Dijagnostika električnih kvarova u AC motorima vibracijskom analizom
Električni kvarovi u AC asinkrenim motorima su nedostaci u magnetnom krugu — statoru, rotoru, ili zračnom rasporu između njih — koji se izdaju kroz vibraciju. Iako Analiza vibracija je najčešće povezana s mehaničkim problemima kao što je neravnoteža i kvarovi ležaja, ona je također moćan način pronalaženja elektične neispravnosti. Električni kvarovi stvaraju pulzirajuće magnetske sile koje čine da stator i rotor vibriraju; te vibracije se šire kroz motor okvir i lako se bilježe s akcelerometar. Umijeće leži u prepoznavanju obrazaca vezanih uz frekvenciju napajanja i broj polova motora.
1. Uvod: Električni kvarovi kao izvor vibracija
Ključ za dijagnostiku električnih kvarova je tražiti specifične vrhove na frekvencijama vezanim uz frekvenciju mrežnog napona — 50 Hz ili 60 Hz ovisno o području — i broj polova u motoru. Budući da su te sile magnetne, a ne čisto mehaničke, dva pokazatelja razlikuju ih od običnih mehaničkih kvarova: njihove frekvencije su vezane uz napajanje, a ne uz brzinu vretena, i mnoge od njih se mijenjaju s opterećenjem motora. Klasičan dijagnostički test je smanjena opterećenja tijekom promatranja spektra; vrh koji se sruši kada se ukloni opterećenje gotovo je sigurno električnog podrijetla. Jasno razumijevanje električna frekvencija i motora klizanje je temelj svake dijagnoze ispod.
2. Kvarovi statora
Problemi statora — labavo željezo, labavost namota ili kratko spojene lamele — mogu učiniti stator ekscentričnim ili deformiranim, stvarajući neujednačeno magnetsko polje oko provrta. Rezultat je tipično magnetska sila koja pulsira na dvostrukoj mrežnoj frekvenciji.
- Vibracijski potpis: najčešći pokazatelj je povišen vrh na 2× mrežne frekvencije (2×FL). Za motor od 60 Hz to je 120 Hz (7200 CPM); za motor od 50 Hz to je 100 Hz (6000 CPM). Imajte na umu da vrh na 2×FL nije jedinstven za kvarove statora — mogu ga povećati i neuravnoteženost napona napajanja, ekscentričnost zračnog raspora i rezonancija okvira.
- Karakteristike: 2×FL vrh je obično stabilniji i manje osjetljiv na opterećenje od potpisa šipki rotora, ali nije zajamčeno konstantan — potvrdite dijagnozu provjerama fazne struje i usporedbom spektra pod opterećenjem i bez opterećenja. Vibracije su često najveće u smjeru nogu za pričvršćenje statora, gdje je okvir najkrutiji prema pulsirajućem privlačenju. Kvarovi statora lako se mogu zamijeniti za mehaničke labavost na brzini 2× vrtnje, pa su test opterećenja i precizan odabir frekvencije važni.
3. Kvarovi rotora (slomljene rotorske šipke)
Puknutih ili slomljenih rotorskih šipki česta je greška u AC asinkronim motorima. Kada se šipka prekine, ona prekida protok struje u rotorskom kavezu, što uzrokuje lokalizirano zagrijavanje i pulsirajući moment koji modulira vibraciju na brzini vrtnje.
- Vibracijski potpis: klasičan znak slomljene rotorske šipke je frekvencija prolaska pola (FP) bočni pojasevi koji se proteže preko radna brzina (1×) vrha i njegove harmonici.
- Frekvencija prolaska pola (FP): brzina kojom rotor prolazi pokraj rotirajućeg magnetskog polja, izračunata kao FP = broj polova × frekvencija klizanja, gdje je frekvencija klizanja razlika između sinkrone brzine polja i stvarne brzine vretena.
- Karakteristike: tražite 1× vrh omeđen dvjema jasnim bočnim trakama, jednom na (1× + FP) i jedan na (1× − FP). Kako se oštećenje pogoršava, bočne trake pojavljuju se i oko harmonika 2× i 3×. Za razliku od kvarova statora, ovaj je obrazac izrazito osjetljiv na opterećenje — bočne trake rastu kako opterećenje raste i mogu potpuno nestati bez opterećenja.
4. Ekscentrični zračni raspor
The zračni razmak je mali razmak između rotora i statora. Ako nije ujednačen oko otvora, rezultat je neuravnoteženost magnetsko privlačenje koja prisiljava rotor na vibraciju.
- Statička ekscentričnost: rotor se okreće centriran u svojim ležajevima, ali je jezgra statora izvan okruglog oblika, pa je najuža točka razmaka fiksirana u prostoru.
- Dinamička ekscentričnost: rotor sam po sebi je izvan okruglog oblika ili decentriran, pa se najuža točka razmaka rotira s rotorom — stanje usko povezano s ekscentričnosti rotora.
- Vibracijski potpis: statička ekscentričnost tipično podiže stalan vrh na 2×FL, jer se točka uskog zazora ne pomiče. Dinamički ekscentricitet modulira zazor dok se rotor okreće, stvarajući vibraciju na 1× radne brzine i bočne trake frekvencije prolaska polova — na 2×FL ± FP i oko harmonika radne brzine. U praksi ta dva fenomena često koegzistiraju, dajući složen kombinirani uzorak.
5. Potvrda i najbolje prakse
Električni kvarovi nalaze se blizu komponenti brzine vrtnje u spektru, pa je disciplinirano mjerenje nužno da bi se razlikovali.
- Spektar visoke rezolucije: dijagnostika električnih kvarova zahtijeva spektar visoke rezolucije FFT spektar s dovoljno linija da se harmonici brzine vrtnje odvoje od harmonika mrežne frekvencije i njihovih blisko raspoređenih bočnih pojaseva. A zoom FFT je često jedini način da se čisto razriješe bočni pojasevi frekvencije klizanja.
- Opterećenje je kritično: za probleme s rotorom motor mora raditi pod značajnim opterećenjem — obično iznad 75% — da bi se kvar prikazao. Promjena opterećenja tijekom promatranja vrhova je najpouzdaniji diskriminator na terenu između električne i mehaničke podrijetla.
- Uhvatite na terenu: prijenosni analizator s dva kanala poput Balanset-1A bilježi spektar i sinhroniziranu brzinu vrtnje na motoru na mjestu, što olakšava označavanje vrha statora od 2×FL ili bočnih pojaseva prolaza polova ovisnih o opterećenju prije nego što se uputite u rastavljanje — i, gdje se pravi uzrok pokaže kao mehanička nebalansirani rotor, na uravnotežiti rotor pri istoj posjeti.
- Potvrdi s drugim tehnologijama: dijagnoze se mogu potkrijepiti analizom struje motora (MCSA) ili s termografijom u infracrvenom spektru, što otkriva lokalizirano zagrijavanje nastalo prekinutim magnetskim jezgrama ili kratkim spojenim laminacijama. Usporedba s bržom familijom motorni nedostaci izbjegava zbrkanost električne greške s mehaničkom greškom.
