تشخیص خرابیهای الکتریکی در موتورهای AC با تحلیل ارتعاش
خرابیهای الکتریکی در موتورهای القایی AC نقایصی در مدار مغناطیسی هستند — استاتور، روتور، یا شکاف هوایی بین آنها — که خود را از طریق ارتعاش نشان میدهند. اگرچه تحلیل ارتعاشات اغلب با مشکلات مکانیکی مانند عدم تعادل و عیوب یاتاقانمرتبط است، این روش همچنین روشی قدرتمند برای یافتن مشکل الکتریکی است. خرابیهای الکتریکی نیروهای مغناطیسی نوسانی ایجاد میکنند که باعث ارتعاش استاتور و روتور میشوند؛ این ارتعاشات از طریق بدنه موتور منتقل میشوند و به آسانی توسط یک شتاب سنجثبت میشوند. هنر در شناخت الگوهای مرتبط با فرکانس تغذیه و تعداد قطب موتور نهفته است.
۱. مقدمه: خطاهای الکتریکی به عنوان منبع ارتعاش
کلید تشخیص خرابیهای الکتریکی نگاه به پیکهای خاصی در فرکانسهای مرتبط با فرکانس خط الکتریکی — 50 هرتز یا 60 هرتز بسته به منطقه — و تعداد قطب موتور است. چون این نیروها مغناطیسی هستند نه صرفاً مکانیکی، دو نشانهی آنها را از خرابیهای مکانیکی معمولی متمایز میکند: فرکانس آنها به تغذیه قفل میشود نه به سرعت شافت، و بسیاری از آنها با بار موتور تغییر میکنند. آزمایش تشخیصی کلاسیک حذف بار در حین مشاهدهی طیف است؛ یک پیک که در هنگام حذف بار فروپاشی میشود تقریباً مطمئناً الکتریکی ریشه دارد. درک شفاف فرکانس الکتریکی و از موتور لغزش بر تمام تشخیصهای زیر حاکم است.
۲. خطاهای استاتور
مشکلات استاتور — شل بودن هسته آهنی، لقی سیمپیچ یا ورقهای اتصالکوتاهشده — میتوانند باعث خروج از مرکز یا اعوجاج استاتور شوند و یک میدان مغناطیسی ناهموار در پیرامون حفره ایجاد کنند. نتیجه معمولاً یک نیروی مغناطیسی است که در دو برابر فرکانس خط نوسان میکند.
- امضای ارتعاش: رایجترین شاخص، یک پیک افزایشیافته در 2× فرکانس خط (2×FL)است. برای یک موتور 60 Hz این مقدار 120 Hz (7200 CPM) است؛ برای یک موتور 50 Hz این مقدار 100 Hz (6000 CPM) است. توجه داشته باشید که یک پیک 2×FL مختص عیوب استاتور نیست — نامتعادلی ولتاژ تغذیه، خروج از مرکز فاصله هوایی و رزونانس فریم نیز میتوانند آن را افزایش دهند.
- ویژگیها: 2×FL معمولاً پایدارتر و کمتر وابسته به بار از نشانههای میله روتور است، اما تضمینی برای ثابتبودن آن وجود ندارد — تشخیص را با بررسی جریان فاز و مقایسه طیفهای بارگذاریشده و بیبار تأیید کنید. ارتعاش اغلب در جهت پایههای نصب استاتور بیشترین مقدار را دارد، جایی که فریم در برابر نیروی ضربانی کشش سختی بیشتری دارد. نقصهای استاتور به راحتی با مکانیکی اشتباه گرفته میشوند سستی در ۲برابر سرعت دوران، بنابراین آزمون بار و قرائت فرکانسی دقیق مهم است.
۳. خطاهای روتور (شکستگی میلههای روتور)
میلههای روتور شکسته یا ترکدار یک خرابی رایج در موتورهای القایی AC است. هنگامی که یک میله شکست میخورد، جریان را در قفس روتور مختل میکند، گرمایش محلی و گشتاور ضربانی تولید میکند که ارتعاش سرعت دوران را مدوله میکند.
- امضای ارتعاش: علامت کلاسیکی میلههای روتور شکسته است فرکانس عبور قطب (FP) نوارهای کناری در کنار سرعت کار (۱×) پیک و نواحی آن هارمونیک ها.
- فرکانس عبور قطب (FP): نرخی که روتور کنار میدان مغناطیسی دوار میگذرد، محاسبهشده بهعنوان FP = تعداد قطبها × فرکانس لغزش، جایی که فرکانس لغزش تفاوت بین سرعت سنکرون میدان و سرعت شافت واقعی است.
- ویژگیها: به یک پیک 1× دقت کنید که توسط دو ناحیه جانبی واضح، یکی در (1× + FP) و یکی در (۱× − FP). همانطور که خرابی شدیدتر میشود، نواحی جانبی به دور هارمونیکهای 2× و 3× نیز ظاهر میشوند. برخلاف عیوب استاتور، این امضا بسیار حساس به بار است — نواحی جانبی با افزایش بار رشد میکنند و میتوانند به طور کامل در حالت بدون بار ناپدید شوند.
۴. شکاف هوایی خارج از مرکز
The فاصلهٔ هوایی فاصله کوچکی بین روتور و استاتور است. اگر بهطور یکنواخت در اطراف سوراخ نباشد، نتیجه یک عدمتعادل است کشش مغناطیسی که روتور را وادار به ارتعاش میکند.
- خروج مرکز ایستا: روتور در مرکز بلبرینگهای خود میچرخد، اما هسته استاتور گرد نیست، بنابراین باریکترین نقطه فاصله در فضا ثابت است.
- خروج مرکز دینامیکی: خود روتور گرد نیست یا خارج از مرکز است، بنابراین باریکترین نقطه فاصله با روتور میچرخد — وضعیتی که ارتباط نزدیکی دارد با اکسانتریسیتی روتور.
- امضای ارتعاش: خروج از مرکز استاتیکی معمولاً یک پیک پایدار در 2×FL, زیرا نقطه با فاصله کوچک حرکت نمیکند. اکسنتریسیته دینامیکی فاصله را هنگام چرخش روتر تنظیم میکند، ارتعاش به سرعت 1× و نواحی جانبی فرکانس گذر پولها — در 2×F تولید میکندL ± FP و در حوالی هارمونیکهای سرعت کارکرد ایجاد میکند. در عمل این دو اغلب همزمان رخ میدهند و یک الگوی ترکیبی پیچیده میسازند.
۵. تأیید و بهترین شیوهها
خرابیهای الکتریکی در نزدیکی اجزای سرعت چرخش در طیف قرار دارند، بنابراین اندازهگیری منضبط برای تمایز بین آنها ضروری است.
- طیف با وضوح بالا: تشخیص خرابیهای الکتریکی نیاز به طیفی با وضوح بالا دارد طیف FFT با تعداد خطوط کافی برای جداسازی هارمونیکهای سرعت چرخش از هارمونیکهای فرکانس شبکه و نوارهای جانبی نزدیک به یکدیگر آنها. یک zoom FFT اغلب تنها راه برای حل تمیز نوارهای جانبی فرکانس لغزش است.
- بار کاری حیاتی است: برای مسائل میلههای روتور، موتور باید تحت بار قابلتوجهی کار کند — معمولاً بالاتر از 75% — تا این عیب آشکار شود. تغییر بار در حین مراقبت از قلهها قابلاعتمادترین روش تشخیص میدانی برای تمایز بین منابع الکتریکی و مکانیکی است.
- آن را در محل ثبت کنید: یک دستگاه تجزیهکننده قابل حمل دوکانالی مانند Balanset-1A طیف و سرعت چرخش هماهنگشده را بر روی موتور در محل ضبط میکند، که تشخیص قله 2×F را آسان میسازدL استاتور یا نوارهای جانبی عبور قطب وابسته به بار قبل از متعهد شدن به تجزیه — و در جایی که آفت واقعی عدم توازن مکانیکی است، برای روتور را متعادل کند در همان بازدید.
- با فناوریهای دیگر تأیید کنید: تشخیصها را میتوان با تجزیهوتحلیل امضای جریان موتور (MCSA) یا با ترموگرافی مادونقرمزتأیید کرد، که گرمایش موضعی ناشی از میلههای شکسته یا صفحههای اتصالکوتاه را نشان میدهد. بررسی متقاطع با خانوادههای گستردهتری از عیوب موتور از اشتباهگرفتن خرابی الکتریکی با یکی مکانیکی جلوگیری میکند.
