Rootorivarda defektide mõistmine
Rootorivarraste defektid — mida nimetatakse ka purunenud või pragunenud rootorvarrasteks — on murdumised, praod või suure takistusega ühendused lühisrootoriga induktsioonimootori juhtmetes mootor rootor. Lühisrootor koosneb alumiinium- või vaskvarrastest, mis paiknevad lamineeritud raudsüdamiku piludes; iga varda mõlemad otsad on ühendatud lühisrõngastega (otsarõngastega). Kui varras murdub või otsarõnga ühendus praguneb, ei saa vool enam kahjustatud juhi kaudu takistusteta voolata. Selle tulemuseks on elektromagnetiline asümmeetria, pulseeriv pöördemoment ja väga iseloomulik vibratsioon ja praegune allkiri, mida tähistab külgribad Vahekorras poolide vaheline sagedus (pooluste arv × libisemissagedus).
Rotorvarraste rikked moodustavad hinnanguliselt 10–15% induktsioonimootorite rikete koguarvust. Need on ohtlikud just seetõttu, et need arenevad järk-järgult: üksainus murtud rootorivarras koormab naaberjuhtmeid liigselt ning see, mis algab ühe pragunenud juhtme purunemisega, võib põhjustada mitmeid katkestusi, tugevaid pöördemomendi kõikumisi ja lõpuks rootori purunemise, kui seda õigel ajal ei märgata.
1. Rotorvarraste defektide liigid
See rikke tüüp hõlmab mitut erinevat mehhanismi, mis kõik häirivad rootori elektrilist sümmeetriat sarnasel viisil:
- Murtud rootori varred: Juhtme täielik murdumine, mis toimub tavaliselt otsaringi lähedal, kus koonduvad termilised ja mehaanilised pinged. Murdumine algab peaaegu alati väsimuspraoga ja areneb edasi täielikuks murdumise.
- Murtud otsarõngad: Murdumised lühisrõngastes, mis ühendavad varrasteid omavahel, esinevad kõige sagedamini varraste ja rõngaste ühenduskohtades. Nende elektriline mõju on sarnane murdunud varraste omaga. Need esinevad sagedamini suurtes masinates, sageli käivituvates mootorites ja suure inertsiga koormuste puhul.
- Suure vastupidavusega liitekohtad: Tootmisvigadest, temperatuurikõikumistest või korrosioonist tingitud halb elektriline ühendus varraste ja otsaringi vahel. Sümptomid sarnanevad varraste purunemisega, kuid on sageli vahelduvad ja annavad märku märksa vähem märgatavalt kui selge murdumine.
- Rootori poorsus: Alumiiniumist survevalurotorites esinevad valutühimikud, mis vähendavad juhtme tegelikku ristlõiget. Poorsus on tootmisviga, mis võib aastaid märkamatult püsida, enne kui see areneb pragudeks ja murdudeks.
2. Miks rootorvarred purunevad
Mootori rikked on tingitud mitmetest termilistest, mehaanilistest, tootmis- ja kasutusega seotud teguritest, mis mootori kasutusaja jooksul üksteist vastastikku mõjutavad.
Termopinge
Iga käivitamine ja seiskamine paneb rootori läbi paisumise ja kokkutõmbumise tsükli. Kuna alumiinium paisub palju rohkem kui seda ümbritsev raudtuum, põhjustab see erinev paisumine varraste lahtitulemist ja liidete väsimist. Sagedased käivitamised tekitavad korduvaid termilisi šokke ning iga kohalik suure takistusega koht muutub kuumaks kohaks, mis kiirendab kahjustuste tekkimist.
Mehaaniline koormus
Ka voolujuhtmed on vastupidavad tsentrifugaaljõud (oluline kiiresti töötavate masinate puhul), tavapärase töö ajal tekkivad pulseerivad elektromagnetilised jõud ning käivitamisel tekkivad tugevad voolud, mis põhjustavad mehaanilisi lööke. Välised vibratsioon ajamilt edasi kantav koormus väsitab varrasteid veelgi.
Tootmisvead ja kasutustingimused
Valu poorne struktuur, nõrk ühendus varraste ja otsaringi vahel, materjalisisaldused ning ebapiisav kuumtöötlus loovad kõik eeldused hilisematele rikete tekkeks. Kasutamisel on suurimad ohutegurid sagedased käivitamised, suure inertsiga koormused pikkade kiirendusaegadega, rootori blokeerumised koos nendega kaasnevate äärmuslike voolutugevustega ning ühefaasiline töö – töötamine ühe toitefaasi kaotuse korral, mis sunnib tekitama tugevalt asümmeetrilist voolujoonet läbi puuri.
3. Vibratsioon ja voolu iseloom
Rotorvarraste kahjustuse diagnoosimise tunnuseks on töökäigu kiiruse ümber koondunud külgribade rühm.
- Keskne tipp: 1× jooksukiirus (fr), tavaline jooksukiirus joon.
- Külgribad: sümmeetrilised paarid punktis fr ± FP, fr ± 2FP, fr ± 3FP, kus FP on pooluste möödumissagedus — pooluste arv × libisemissagedus (tavaliselt mõni herts).
- Muster: ühtlaselt paiknevad sümmeetrilised külgribad pooluste möödumissageduse sammuga — täiesti erinevalt laagrivigad, mis asuvad defektide esinemissageduste ümbruses.
Libisemise ja pooluste möödumissageduste arvutamine
Libisemissagedus on sünkroonse ja tegeliku kiiruse vahe, mida väljendatakse hertsides: fs = (Nsünkroonimine - Ntegelik) / 60, ja külgribade vahe on pooluste möödumissagedus FP = poolusi × fs. Vaadake 4-pooluselist 60 Hz mootorit, mille sünkroonkiirus on 1800 rpm ja mis töötab koormusel 1750 rpm. Siis fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz, FP = 4 × 0.833 = 3.33 Hz ja töökiiruse sagedusjoon asub sagedusel 29.17 Hz. Seetõttu ilmuvad külgribad 29.17 ± 3.33 Hz juures — see tähendab 25.8 Hz ja 32.5 Hz. Üks harmooniliste sageduste kalkulaator ja a mootori libisemise kalkulaator muudab selle ümberarvestamise lihtsaks, kui seadistate mõõtmist töökohas.
Koormusest sõltuvus
Kuna libisemine – ja seega ka katkistesse varrastesse voolav vool – suureneb koormuse kasvades, on külgribad koormusest sõltuvad. Koormuseta on need minimaalsed; kerge koormuse korral hakkavad need ilmnema; ning täiskoormusel on need kõige tugevamad ja kõige paremini tuvastatavad. Praktiline reegel on lihtne: kahtlase mootori parima tuvastatavuse tagamiseks tuleb seda alati testida tavapärase töökoormuse juures.
Praegune allkiri (MCSA)
Mootori voolu signatuuri analüüs toob esile samad füüsikalised seaduspärasused elektrivaldkonnas. Siin kogunevad külgribad ümber võrgusagedus pigem kui jooksukiirus, ja need ilmnevad sagedusel fliin ± 2·s·fliin, kus s on suhteline libisemine — sama ±FP sama sagedusvahe nagu vibratsioonis, kuna 2·s·fliin = FP. Ülaltoodud 4-pooluselise 60 Hz mootori puhul (s = 50/1800 ≈ 2.8%) annab see külgribad 56.7 Hz ja 63.3 Hz juures. Nende amplituud kasvab katkiste varraste arvu suurenedes ja mõnel juhul tuvastab MCSA vea varem kui vibratsioon. Sama libisemisega seotud füüsika on aluseks ka sellega seotud poolide vaheline sagedus kasutatakse elektriline rike diagnoos.
4. Avastamine, diagnoosimine ja välitingimustes mõõtmine
Domineerivast pöörlemissageduse tipust vaid mõne hertsi kaugusel olevate külgribade eraldamine nõuab suurt sageduslahutust. Distsiplineeritud protseduur on järgmine:
- Arvuta välja eeldatav muster: määrake sünkroonkiirus pooluste arvu ja võrgusageduse järgi, mõõtke tegelik pöörlemiskiirus ning arvutage libisemis- ja pooluste möödumissagedused.
- Hangi kõrge eraldusvõimega spektriandmed: kasutage peenikest FFT lahutusvõime (parem kui umbes 0,2 Hz), nii et tihedalt paiknevad külgribad eralduvad selgelt 1× joonest. A FFT resolutsiooni kalkulaator aitab teil valida sobiva sagedusvahemiku ja joonte arvu.
- Kõrvalribade otsimine: otsige sümmeetrilisi tippe sagedustel 1× ± pooluste läbimise sagedus ja selle kordsetel.
- Koormustest: andmete kogumine, kui mootoril on tavaline koormus.
- Kinnita muster: Enne diagnoosi panemist veenduge, et külgribad on sümmeetrilised ja õigesti paigutatud.
Selline kõrge eraldusvõimega spektri salvestamine on just see ülesanne, milleks on mõeldud kaasaskantav kahekanaliline seade, nagu näiteks Balanset-1A ongi see, mille jaoks seade on loodud. Töötades mootori enda laagrites töökiirusel, salvestab see pöörlemissageduse joone ja selle pooluste möödumissageduse külgribad otse töötaval masinal, nii et saate katkise varda diagnoosi kohapeal ilma lahtivõtmiseta kinnitada ja seejärel selle raskusastet aja jooksul jälgida.
Raskusastme hindamine
Laialt kasutatava praktilise reegli kohaselt määratakse tõsidus kõrvalribade kõrguse järgi võrreldes 1× tippväärtusega:
- Kõrvalriba alla 40% 1×-st: võimalik, et üks varras on pragunenud või murdunud – jälgige olukorda edasi.
- 40–60% of 1×: kinnitatud purunenud varras (või vardad) – planeerige asendamine.
- Üle 60% 1×: Mitmed purunenud ribid – vajavad kiiresti asendamist.
- Kõrvalribad, mis on kõrgemad kui 1× tipp: raske seisund, mis nõuab viivitamatut tegutsemist.
5. Tagajärjed ja haiguse kulg
Kui seda ei parandata, jääb üksik defekt harva üheks. Kahjustus areneb läbi äratuntavate etappide:
- Esmane ebaõnnestumine (üks riba): kerge pöördemomendi kõikumine, väikesed tekkivad kõrvalribalained ja minimaalne jõudluse langus. Mootor võib selles seisundis töötada mitu kuud.
- Järkjärgulised rikked (mitu riba): vool, mis oleks pidanud voolama läbi purunenud varda, suunatakse naabervardadesse, põhjustades nende ülekuumenemist; seejärel purunevad ka need vardad termilise koormuse tõttu. Pöördemomendi kõikumised ja vibratsioon suurenevad ning masina seisund võib mõne nädala jooksul halveneda ühest purunenud vardast mitme purunenud vardani.
- Raske seisund: Mitme kõrvuti asuva murdunud varba tagajärjeks on tugev pöördemomendi kõikumine, tugev vibratsioon ja müra ning rootori ülekuumenemine. Lõpptulemuseks on rootori täielik rike, millega kaasneb tõsine oht tekitada kaudset kahju. staator ülemääraste ringvoolude põhjustatud kahjustused.
6. Parandusmeetmed ja ennetamine
Kui defekt on kinnitust leidnud, tuleb seda teadlikult käsitleda, mitte oodata, kuni süsteem rikkeid hakkab andma:
- Tuvastamisel: lühendada kontrolliintervalli (kuuselt nädalasele), kinnitada diagnoos MCSA abil, planeerida mootori või rootori vahetus, varuda varuosad kriitiliste ülesannete jaoks ning selgitada välja, miks ribid üldse purunesid.
- Parandamise võimalused: Suurtel masinatel on kõige usaldusväärsem lahendus rootori vahetamine; väikeste masinate puhul on tihti kõige ökonoomsem lahendus mootori täielik vahetamine; spetsialiseerunud töökojad suudavad alumiiniumrootoreid ümber valada; ning ühe purunenud varraste korral võib masina tööd piiratud ulatuses jätkata, kui seda hoolikalt jälgida.
- Ennetamine: vähendage sagedasi käivitamisi pehmestarterite või sagedusmuundurite abil, vältige ühefaasilist tööd, tagage piisav ventilatsioon ja jahutus, valige mootorid, mis on mõeldud tegelikule töötsüklile, ning kasutage varajast avastamist, et reageerida enne, kui rike laieneb.
Rootorivarraste defektid on ühed diagnostiliselt kõige iseloomulikumad mootorivead: nende iseloomulikud pooluste möödumissageduse külgribad võimaldavad neid usaldusväärselt tuvastada nii vibratsioonidiagnostika ja jooksva analüüsi abil. Nende varajane avastamine muudab potentsiaalse katastroofilise rootori rikke ja pikaajalise planeerimata seisaku planeeritud ja hallatavaks remondiks.
