Diagnose elektrischer Fehler in Wechselstrommotoren

1. Einleitung: Elektrische Fehler als Schwingungsquelle

Während Schwingungsanalyse ist typischerweise mit mechanischen Fehlern verbunden wie Unwucht und Lagerdefekte, ist es auch ein sehr leistungsfähiges Werkzeug zur Erkennung von Problemen in Wechselstrom-Induktionsmotoren. Elektrische Fehler erzeugen pulsierende magnetische Kräfte, die Stator und Rotor des Motors zum Vibrieren bringen. Diese Vibrationen werden durch das Motorgehäuse übertragen und können von einem Beschleunigungsmesser.

Der Schlüssel zur Diagnose elektrischer Fehler liegt darin, nach bestimmten Mustern bei Frequenzen zu suchen, die mit der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) und der Polzahl des Motors zusammenhängen.

2. Statorfehler

Probleme mit dem Stator, wie z. B. loses Eisen, lockere Spulen oder kurzgeschlossene Bleche, können dazu führen, dass der Stator exzentrisch wird oder sich verformt. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Magnetfeld.

• Vibrationssignatur: Der primäre Indikator für einen Statorfehler ist eine Schwingungsspitze mit hoher Amplitude bei 2-fache Netzfrequenz (2xFL)Bei einem 60-Hz-Motor sind dies 120 Hz (7200 CPM). Bei einem 50-Hz-Motor sind dies 100 Hz (6000 CPM).
• Eigenschaften: Diese 2xFL-Spitze weist typischerweise eine sehr gleichmäßige Amplitude auf und reagiert nicht empfindlich auf die Motorlast. Die Vibration ist häufig in Richtung der Stator-Montagefüße am stärksten.

3. Rotorfehler (gebrochene Rotorstäbe)

Gebrochene oder gebrochene Rotorstäbe sind eine häufige Fehlerursache bei Wechselstrom-Induktionsmotoren. Wenn ein Stab bricht, wird der Stromfluss im Rotor unterbrochen, was zu lokaler Erwärmung und einem pulsierenden Drehmoment führt.

• Vibrationssignatur: Das klassische Zeichen für Rotorstabprobleme ist Seitenbänder der Polpassfrequenz (FP) rund um die Laufgeschwindigkeit (1X) Peak und seine Harmonischen.
• Poldurchgangsfrequenz (FP): Dies ist die Geschwindigkeit, mit der der Rotor am rotierenden Magnetfeld des Stators vorbeirutscht. Sie wird wie folgt berechnet: FP = Anzahl der Pole × SchlupffrequenzDie Schlupffrequenz ist die Differenz zwischen der Synchrondrehzahl des Magnetfelds und der tatsächlichen Laufdrehzahl des Rotors.
• Eigenschaften: Suchen Sie nach einer 1X-Spitze mit zwei deutlichen Seitenbändern, eines bei (1X + FP) und eines bei (1X – FP). Bei zunehmendem Rotorschaden können auch Seitenbänder um die 2X- und 3X-Harmonischen auftreten. Im Gegensatz zu Statorproblemen ist dieses Merkmal sehr lastabhängig. Die Seitenbänder nehmen mit zunehmender Motorlast an Amplitude zu und können im Leerlauf vollständig verschwinden.

4. Exzentrischer Luftspalt

Der Luftspalt ist der kleine Abstand zwischen Rotor und Stator. Ist dieser Spalt nicht überall gleichmäßig, entsteht eine ungleichmäßige magnetische Anziehungskraft, die den Rotor zum Vibrieren bringt.

• Statische Exzentrizität: Der Rotor ist in den Lagern zentriert, der Statorkern ist jedoch unrund. Die engste Stelle des Luftspalts ist räumlich fixiert.
• Dynamische Exzentrizität: Der Rotor selbst ist unrund, sodass die engste Stelle des Luftspalts mit dem Rotor rotiert.
• Vibrationssignatur: Beide Arten von Exzentrizität erzeugen Seitenbänder der Poldurchgangsfrequenz (FP) um die Spitze der 2-fachen Netzfrequenz (2xFL). In schweren Fällen kann ein komplexes Muster von Seitenbändern bei 2xFL ± FP sowie Seitenbänder um die Harmonischen der Laufgeschwindigkeit auftreten.

5. Bestätigung und Best Practices

• Hochauflösendes Spektrum: Die Diagnose elektrischer Fehler erfordert eine hochauflösende FFT-Spektrum um die Oberwellen der Laufgeschwindigkeit klar von den Oberwellen der Netzfrequenz und ihren Seitenbändern zu trennen.
• Die Belastung ist kritisch: Bei Problemen mit dem Rotorstab *muss* der Motor einer erheblichen Belastung ausgesetzt sein (normalerweise >75%), damit der Defekt sichtbar wird.
• Mit anderen Technologien bestätigen: Elektrische Fehler können mithilfe anderer Technologien wie der Motorstromanalyse (MCA) oder der Infrarotthermografie bestätigt werden, mit der die lokale Erwärmung durch gebrochene Rotorstäbe oder kurzgeschlossene Bleche erkannt werden kann.

← Zurück zum Hauptindex