1. Vibratsioonianalüütiku elektrilised alused

Enne mootori defektide diagnoosimist vibratsioonispektrite põhjal on oluline mõista peamisi elektrilisi sagedusi, mis mootori vibratsiooni põhjustavad.

1.1. Liinisagedus (LF)

Vahelduvvoolu toitesagedus: 50 Hz enamikus Euroopas, Aasias, Aafrikas ja Venemaal; 60 Hz Põhja-Ameerikas ning Lõuna-Ameerika ja Aasia osades. Kõik mootori elektromagnetilised jõud tulenevad sellest sagedusest.

1.2. Kahekordne liinisagedus (2×LF)

The domineeriv elektromagnetilise jõu sagedus Vahelduvvoolumootorites. 50 Hz süsteemis on 2×LF = 100 Hz; 60 Hz süsteemis, 2×LF = 120 Hz. Staatori ja rootori vaheline magnetiline tõmbejõud saavutab haripunkti kaks korda elektritsükli jooksul, mis teeb iga vahelduvvoolumootori põhiliseks "elektrilise vibratsiooni" sageduseks 2×LF.

1.3. Sünkroonkiirus ja libisemine

Staatori magnetväli pöörleb sünkroonse kiirusega:

kus P on pooluste arv. Asünkroonmootori rootor pöörleb alati veidi aeglasemalt. See erinevus on libisemine:

Tüüpiline täiskoormuse libisemine standardsete induktsioonmootorite puhul: 1–5%. 2-pooluselise mootori puhul sagedusel 50 Hz: N_s = 3000 p/min, tegelik kiirus ≈ 2940–2970 p/min.

1.4. Posti läbimise sagedus (F_p)

Rootori pooluste "libisemise kiirus" staatori poolustest mööda. Tulemuseks on universaalne — pooluste arvust sõltumatu:

Mootori puhul, mis töötab sagedusel 50 Hz ja millel on 2% libistus: F_p = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. See sagedus ilmneb purunenud rootorivarraste spektrites iseloomulike külgribadena.

1.5. Rootori lati läbimissagedus

Kus R on rootorivarraste arv. See sagedus ja selle külgribad muutuvad oluliseks rootorivarraste kahjustumise korral.

1.6. Peamiste sageduste võrdlustabel

StaatoriRootorMähisedÕhupiluMehaanilineAksiaalne Igasugune õhupilu moonutus muudab otseselt magnetilist tõmbejõudu ja see omakorda muudab koheselt vibratsioonimustrit. Sümbol ± tähistab külgribasid (modulatsiooni).

2. Diagnostiliste meetodite ülevaade

Ükski meetod ei suuda tuvastada kõiki elektrimootori defekte. Tugev diagnostikaprogramm ühendab mitu üksteist täiendavat meetodit:

VibratsioonMCSAESAMCATermograafia Ükski meetod ei anna täielikku katvust. Soovitatav on kombineeritud diagnostiline lähenemisviis.

2.1. Vibratsioonispektri analüüs

Peamine tööriist enamiku pöörlevate seadmete diagnostikaks. Laagrikorpustel olevad kiirendusmõõturid jäädvustavad spektreid, mis näitavad mehaanilisi defekte (tasakaalustamatus, joondusviga, laagrite kulumine) ja mõningaid elektrilisi defekte (ebaühtlane õhupilu, lahtised mähised). Siiski, Ainult vibratsioonianalüüs ei suuda tuvastada kõiki mootori elektrilisi rikkeid.

2.2. Mootori voolu signatuuri analüüs (MCSA)

Ühe faasi vooluklamber püüab kinni vooluspektri. Katkised rootorilatid tekitavad külgribasid LF ± F p. MCSA-d tehakse veebis ja see on täiesti mitteinvasiivne.

2.3. Elektrilise signatuuri analüüs (ESA)

Analüüsib MCC-s samaaegselt nii pinge- kui ka vooluspektrit. Tuvastab toitepinge asümmeetriat, harmoonilist moonutust ja toitekvaliteedi probleeme.

2.4. Mootori vooluahela analüüs (MCA)

Üks võrguühenduseta Faasidevahelise takistuse, induktiivsuse, impedantsi ja isolatsioonitakistuse test. Oluline hoolduskatkestuste ajal.

2.5. Temperatuuri jälgimine

Staatori mähise temperatuuri ja laagri temperatuuri trendid annavad varajase hoiatuse ülekoormuse, jahutusprobleemide ja isolatsiooni halvenemise kohta.

3. Staatori defektid

Staatori defektid põhjustavad umbes 23–37% kõigist mootoririketest. Staator on statsionaarne osa, mis sisaldab lamineeritud rauast südamikku ja mähiseid. Defektid tekitavad vibratsiooni peamiselt ... 2×maandussagedus (100 Hz / 120 Hz) ja selle kordsed.

3.1. Staatori ekstsentrilisus — ebaühtlane õhupilu

Rootori ja staatori vaheline õhupilu on tavaliselt 0,25–2 mm. Isegi 10% variatsioon tekitab mõõdetava elektromagnetilise jõu tasakaalustamatuse.

Põhjused

• Pehme jalg - kõige levinum põhjus
• Kulunud või kahjustatud laagrikorpused
• Raami deformatsioon ebaõige transpordi või paigaldamise tõttu
• Termiline moonutus töötingimustes
• Halvad tootmistolerantsid

Spektraalne signatuur

• Tavaliselt domineeriv 2×LF radiaalkiiruse spektris
• Sageli kaasneb sellega väike suurenemine 1x ja 2 korda tasakaalustamata magnetilise tõmbejõu (UMP) tõttu
• Staatiline ekstsentrilisus: 2×LF domineerib vähese modulatsiooniga
• Dünaamiline komponent: külgribad kell 2×LF ± 1X võib ilmuda

Raskusastme hindamine

Märkus: Need on illustratiivsed juhised, mitte ametlik standard. Võrrelge alati masina enda võrdlusalusega.

Kinnitustest

Väljalülitustest (hetktest): Vibratsiooni jälgides lülitage mootor välja. Kui 2×LF tipp langeb järsult – sekundite jooksul, palju kiiremini kui mehaaniline mahajooksul – on allikas elektromagnetiline.

3.2. Lahtised staatori mähised

Staatori mähised puutuvad iga töötsükli ajal kokku 2×LF elektromagnetiliste jõududega. Aastate jooksul võib mehaaniline kinnitus (epoksü, lakk, kiilud) laguneda. Lahtised mähised vibreerivad 2×LF sagedusel suureneva amplituudiga, kiirendades isolatsiooni kulumist hõõrdumise tõttu.

Spektraalne signatuur

• Valdavalt radiaalne vibratsioon
• 2×LF võib olla vähem stabiilne — amplituudi väikesed kõikumised
• Rasketel juhtudel: harmoonilised 4×LF, 6×LF juures

Tagajärjed

See on mähise isolatsiooni hävitav — viib kiirenenud lagunemiseni, ettearvamatute maandusrikete ja staatori täieliku rikkeni, mis nõuab tagasikerimist.

3.3. Lahtine toitekaabel — faaside asümmeetria

Halb kontakt tekitab takistuse asümmeetria. 1% pinge asümmeetria põhjustab umbes 6–10% voolu asümmeetria. Tasakaalustamata voolud loovad tagasi pöörleva magnetvälja komponendi.

Spektraalne signatuur

• 2×LF amplituud suureneb tasakaalustamata magnetilise tõmbe tõttu
• Mõnel juhul, külgribad ±⅓×LF lähedal (~16,7 Hz 50 Hz süsteemides) 2×LF tipu ümber
• Vooluspektris (MCSA): kõrgendatud negatiivse järjestusega vool

Praktilised kontrollid

• Kontrollige kõiki kaabliotsteid, siiniühendusi ja kontaktori kontakte.
• Mõõtke faasidevahelist takistust – üksteisest 1% raadiuses
• Mõõtke toitepinget kõigil kolmel faasil – asümmeetria ei tohiks ületada 1%
• Kaabli otsakarbi IR-termograafia

3.4. Lühistatud staatori laminaadid

Kihtidevahelise isolatsiooni kahjustus võimaldab pöörisvooludel ringelda, tekitades lokaalseid kuumpunkte. Vibratsioonispektrites pole see alati tuvastatav. IR-termograafia on peamine tuvastusmeetod. Võrguühenduseta: elektromagnetilise südamiku test (EL-CID test).

3.5. Pöördudevaheline lühis

Keerdudevaheline lühis loob lokaliseeritud ringvooluahela, mis vähendab mõjutatud mähise efektiivseid keerde. Tekitab suurenenud 2×LF, voolu madalsagedusliku 3. harmoonilise kõrgenemine ja faasivoolu asümmeetria. Parim tuvastada võrguühenduseta MCA löögitesti abil.

2×LF1X / 2XKülgribad Väljalülitustest kinnitab elektromagnetilist päritolu: kui 2×LF langeb pinge väljalülitamisel järsult (palju kiiremini kui mahajooksul), on allikas elektromagnetiline.

4. Rootori defektid

Rootori defektid moodustavad ligikaudu 5–10% mootoririkkeid kuid neid on sageli kõige raskem varakult avastada.

4.1. Katkised rootorivardad ja pragunenud otsarõngad

Kui varras puruneb, tekitab voolu ümberjaotumine lokaalse magnetilise asümmeetria – sisuliselt "magnetilise raske koha", mis pöörleb staatorivälja suhtes libisemissagedusel.

Vibratsiooni signatuur

• 1x tipp koos külgribad ± F juures_p. 50 Hz / 2% libisemise korral: külgribad sagedusel 1X ± 2 Hz.
• Rasketel juhtudel: täiendavad külgribad ± 2F juures_p, ± 3F_p
• 2×LF võib näidata ka F-i_p külgribad

MCSA allkiri

MCSA raskusastme skaala

Tähtis: MCSA nõuab nimitingimustele lähedast püsivat koormust. Osalise koormuse korral külgriba amplituud langeb.

Aja lainekuju

Katkised rootorivardad tekitavad iseloomuliku tunnuse ""peksmise" muster — amplituudmoduleerub pooluse läbimissagedusel. Sageli nähtav enne, kui spektraalsed külgribad esile kerkivad.

1x±Fp külgribadMCSA külgribad Katkised rootorivardad on kõige parem kinnitada MCSA abil. Vibratsioonispekter viitab defektile; MCSA annab kvantitatiivse hinnangu defekti tõsidusest.

4.2. Rootori ekstsentrilisus (staatiline ja dünaamiline)

Staatiline ekstsentrilisus

Võlli keskjoone nihe staatori avast. Tekitab kõrgendatud 2×LF. Voolutugevus: rootori soone harmoonilised väärtused f_RBPF ± LF.

Dünaamiline ekstsentrilisus

Rootori keskpunkt tiirleb ümber staatori ava keskpunkti. Tekitab 1X 2×LF külgribadega ja kõrgendatud rootorivarda läbimissagedus. Voolus: külgribad kell LF ± f_mädanema.

Praktikas esinevad mõlemad tüübid tavaliselt samaaegselt – muster on superpositsioon.

4.3. Termorootori kaar

Suurtes mootorites võib tekkida temperatuurigradient, mis põhjustab ajutist kõikumist. 1X, mis aja jooksul varieerub pärast käivitamist – tavaliselt suureneb 15–60 minutit, seejärel stabiliseerub. Faasinurk triivib, kui vibu areneb. Eristage mehaanilisest tasakaalustamatusest (mis on stabiilne), jälgides 1X amplituudi ja faasi 30–60 minutit pärast käivitamist.

4.4. Elektromagnetvälja nihe (aksiaalne nihe)

Kui rootor on aksiaalselt nihutatud Staatori suhtes muutub elektromagnetvälja jaotus aksiaalselt asümmeetriliseks. Rootor kogeb võnkumist aksiaalne elektromagnetiline jõud 2×LF juures.

Põhjused

• Rootori vale aksiaalne positsioneerimine kokkupaneku ajal või pärast laagri vahetamist
• Laagri kulumine, mis põhjustab liigset aksiaalset lõtku
• Võlli tõukejõud käitatavast masinast
• Soojuspaisumine töötamise ajal

Aksiaalne elektromagnetiline jõudNihe / üleulatusStaatori CLTuvastamine Peamine erinevus mehaanilistest põhjustest on aksiaalne 2×LF, mis kaob koheselt väljalülitamisel.

5. Laagriga seotud elektrilised defektid

5.1. Laagrivoolud ja EDM

Võlli ja korpuse vaheline pinge põhjustab voolu läbi laagrite. Allikad: magnetiline asümmeetria, sagedusmuunduri ühisrežiimi pinge, staatiline laeng. Korduvad tühjenemised tekitavad mikroskoopilisi auke (Elektriline erosioonitöötlus) mis viib flööditehnika — ühtlaselt paigutatud sooned rattavõrudel.

Spektraalne signatuur

• Laagri defektide sagedused (BPFO, BPFI, BSF) väga ühtlaste ja "puhaste" tippudega
• Kõrgendatud kõrgsagedusliku müra alumine piir kiirendusspektris
• Täiustatud: iseloomulik "pesulaua" heli

Ennetamine

• Isoleeritud laagrid (kattega rõngad)
• Võlli maandusharjad (eriti sagedusmuunduri rakenduste jaoks)
• VFD väljundis olevad ühisrežiimi filtrid
• Tavaline võllipinge mõõtmine — alla 0,5 V tippväärtuse

6. Muutuva sagedusega ajami (VFD) efektid

6.1. Sageduse nihutamine

Kõik mootori elektrilised sagedused muutuvad proportsionaalselt sagedusmuunduri väljundsagedusega. Kui sagedusmuundur töötab sagedusel 45 Hz, muutub 2×LF 90 Hz-ks. Häiresagedusribad peavad olema kiiruse järgi kohanduv.

6.2. PWM-i harmoonilised

Spektrites ilmuvad lülitussagedus (2–16 kHz) ja külgribad. Võib põhjustada kuuldavat müra ja laagrivoolusid.

6.3. Väändeergastus

Madalama astme harmoonilised (5., 7., 11., 13.) tekitavad pöördemomendi pulsatsioone, mis võivad ergastada väändeomadussagedusi.

6.4. Resonantsergastus

Kui sagedusmuundur liigub läbi kiirusvahemiku, võivad ergastussagedused läbida struktuurseid loomulikke sagedusi. Sagedusmuunduriga seadmete jaoks tuleks kehtestada kriitilised kiiruskaardid.

7. Diferentsiaaldiagnostika kokkuvõte

ElektrilineMehaaniline2×LF analüüsRootori defektid Väljalülituskatse on diagnostilise puu esimene haru. Kui elektriline päritolu on kinnitatud, kitsendavad diagnoosi domineeriv sagedus ja suund.

8. Instrumentatsioon ja mõõtmistehnikad

8.1. Vibratsiooni mõõtmise nõuded

8.2. Balanset-1A mootori diagnostikaks

Kaasaskantav kahekanaliline vibromeeter Balanset-1A (VibroMera) pakub mootori vibratsiooni diagnostika põhifunktsioone:

Pärast mootori defekti diagnoosimist ja parandamist saab Balanset-1A-d kasutada järgmiselt: rootori kohapealne tasakaalustamine — täieliku diagnostikast paranduseni kestva töövoo lõpuleviimine ilma mootorit eemaldamata.

8.3. Mõõtmise parimad tavad

• Kolm suunda — vertikaalne, horisontaalne ja aksiaalne — igal laagril. Aksiaalne on elektromagnetvälja nihke jaoks kriitilise tähtsusega.
• Pindade ettevalmistamine — eemaldage värv ja rooste usaldusväärse kiirendusmõõturi ühenduse loomiseks
• Püsiseisundi tingimused — nimikiirus, koormus, temperatuur
• Töötingimuste registreerimine — kiirus, koormus, pinge, voolutugevus iga mõõtmisega
• Järjepidev ajastus — samad tingimused trendide võrdlemiseks
• Väljalülitustest elektrilise vibratsiooni kahtluse korral – võtab aega sekundeid, tagab usaldusväärse allika tuvastamise

9. Normatiivsed viited

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Vibratsioon. Masina vibratsiooni mõõtmine ja hindamine. 1. osa. Üldised juhised.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Seisundi jälgimine. Vibratsiooni seisundi jälgimine. 2. osa. Koolitus ja sertifitseerimine.
• ISO 20816-1:2016 — Mehaaniline vibratsioon. Mõõtmine ja hindamine. 1. osa: Üldised juhised.
• ISO 10816-3:2009 — Masinate vibratsiooni hindamine. Osa 3: Tööstusmasinad >15 kW.
• IEC 60034-14:2018 — Pöörlevad elektrimasinad. Osa 14: Mehaaniline vibratsioon.
• IEEE 43-2013 — Isolatsioonitakistuse katsetamise soovituslik tava.
• IEEE 1415-2006 — Induktsioonmasinate hoolduskatsete juhend.
• NEMA MG 1-2021 — Mootorid ja generaatorid. Vibratsiooni piirväärtused ja katsetamine.
• ISO 1940-1:2003 — Rootorite tasakaalustuskvaliteedi nõuded.

10. Kokkuvõte

1. 2×LF on peamine elektromagnetiline indikaator. Märkimisväärne tipp täpselt kaks korda suuremal sagedusel kui toiteallikas viitab tugevalt elektromagnetilisele allikale. Toite väljalülitamise test annab kinnituse.
2. Suund on oluline. Radiaalne 2×LF → õhupilu / mähised / toide. Aksiaalne 2×LF + 1X → elektromagnetvälja nihe — üks kõige hävitavamaid defekte.
3. Külgribad jutustavad loo. ± ⅓×LF → toitekaabli probleemid. ± F_p → katkised rootorilatid. Külgribade muster on sageli diagnostilisem kui põhitipp.
4. Spektraalne lahutusvõime on kriitilise tähtsusega. 2-pooluseliste mootorite puhul sagedusel 50 Hz on 2X ja 2×LF teineteisest vaid ~2 Hz kaugusel. Kohustuslik on eraldusvõime ≤ 0,5 Hz.
5. Kombineeri meetodeid. Vibratsioon + MCSA + MCA + termograafia. Ükski meetod ei kata kõiki defekte.
6. Räägi elektrikutega. Mootoriremondi personalil on asendamatud teadmised konkreetsete mootorite, nende ajaloo ja toitetingimuste kohta.

Soovitatav töövoog

Diagnostilised sammudMCSAKontrollimine Järgige seda järjestust süstemaatiliselt. Väljalülitustest (2. samm) võtab sekundeid ja eristab usaldusväärselt elektrilist ja mehaanilist allikat.

Kaasaegsed kaasaskantavad kahekanalilised vibromeetrid, näiteks Balanset-1A võimaldada väliinseneridel teostada spektraalvibratsiooni analüüsi mootori defektide tuvastamiseks vajaliku eraldusvõime ja faasitäpsusega – alates ebaühtlaste õhupilude tuvastamisest kuni faasidevahelise analüüsi ja järgneva rootori kohapealse tasakaalustamiseni.