Rootorivarda defektide mõistmine
Rootori varda defektid — mida nimetatakse ka purunenud või pragunenud rootorvarrasteks — on murdumised, praod või suure takistusega ühendused lühisrootoriga induktsioonimootori juhtmetes mootor rootor. Lühisrootor on valmistatud alumiinium- või vasktorudest, mis on paigutatud lamineeritud raudtuuma piludesse, kusjuures iga toru mõlemad otsad on ühendatud lühisrõngaste (otsarõngaste) abil. Kui toru murdub või otsarõnga ühenduskoht praguneb, ei saa vool enam kahjustatud juhtme kaudu takistusteta voolata. Selle tulemuseks on elektromagnetiline asümmeetria, pulseeriv pöördemoment ja väga iseloomulik vibratsioon ja praegune allkiri, mida tähistab külgribad jaotatud libisemissagedusega.
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.
Thermal stress
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 line.
- Külgribad: sümmeetrilised paarid punktis fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs, where fs on libisemissagedus (tavaliselt 1–3 Hz).
- Muster: ühtlaste vahedega, sümmeetrilised külgribad libistussageduse intervallidega — täiesti erinevalt külgribadest laagrivigad, mis asuvad defektide esinemissageduste ümbruses.
Libisemissageduse arvutamine
Libisemissagedus on sünkroonse ja tegeliku kiiruse vahe, mida väljendatakse hertsides: fs = (Nsünkroonimine - Ntegelik) / 60. Vaatleme 4-poolusega 60 Hz mootorit, mille sünkroonkiirus on 1800 p/min ja mis töötab koormuse all kiirusel 1750 p/min. Siis fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz, ning kiirusejoon asub tasemel 29,17 Hz. Seega tekivad külgribad sagedusel 29,17 ± 0,833 Hz – st sagedustel 28,3 Hz ja 30,0 Hz. A 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 liinisagedus pigem kui jooksukiirus, ja need ilmnevad sagedusel fjoon ± 2fs — kaks korda suurem libisemissagedus. 60 Hz mootori puhul, mille libisemissagedus on 1 Hz, asuvad külgribad sagedustel 58 Hz ja 62 Hz. Nende amplituud suureneb purunenud ribide arvu kasvades ning mõnel juhul tuvastab MCSA rikke varem kui vibratsioon. Sama libisemisega seotud füüsikaline põhimõte on aluseks ka seotud poolide vaheline sagedus kasutatakse elektriline rike diagnosis.
4. Avastamine, diagnoosimine ja välitingimustes mõõtmine
Selleks et eristada külgribasid, mis asuvad domineerivast töösageduse tippväärtusest vaid murdosa hertsi kaugusel, on vaja head sageduslahutusvõimet. Korrapärane protseduur kulgeb järgmiselt:
- Arvuta välja eeldatav muster: määrata sünkroonkiirus pooluste arvu ja võrgusageduse alusel, mõõta tegelik töökäik ja arvutada libisemissagedus.
- Hangi kõrge eraldusvõimega spektriandmed: use a fine 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 reavahe ja ridade arvu.
- Kõrvalribade otsimine: otsi sümmeetrilisi piike sagedusel 1× ± nihkesagedus 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 on mõeldud. Seade töötab mootori enda laagrites töökäigul ja registreerib töökäigu kiiruse kõvera ning selle libisemissageduse külgribad otse töötaval masinal, mis võimaldab teil kinnitada varraste murdumise diagnoosi kohapeal ilma masinat lahti monteerimata ning jälgida seejärel rikke tõsidust aja jooksul.
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. stator 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.
Rotorvarraste defektid kuuluvad diagnostiliselt kõige kergemini eristatavate mootoririkke hulka: nende iseloomulike libisemissageduse külgribade tõttu on neid võimalik usaldusväärselt tuvastada nii vibratsioonidiagnostika ja jooksva analüüsi abil. Nende varajane avastamine muudab potentsiaalse katastroofilise rootori rikke ja pikaajalise planeerimata seisaku planeeritud ja hallatavaks remondiks.
