1. Villamos alapismeretek rezgéselemzők számára

Mielőtt a rezgési spektrumok alapján motorhibákat diagnosztizálnánk, elengedhetetlen megérteni a motor rezgését előidéző fő elektromos frekvenciákat.

1.1. Vonalfrekvencia (LF)

A váltakozó áramú tápfeszültség frekvenciája: 50 Hz Európa, Ázsia, Afrika és Oroszország nagy részén; 60 Hz Észak-Amerikában, valamint Dél-Amerika és Ázsia egyes részein. A motorban fellépő összes elektromágneses erő ebből a frekvenciából származik.

1.2. Kétszeres vonali frekvencia (2×LF)

A domináns elektromágneses erőfrekvencia AC motorokban. Egy 50 Hz-es rendszerben 2×LF = 100 Hz; egy 60 Hz-es rendszerben 2×LF = 120 Hz. Az állórész és a forgórész közötti mágneses vonzóerő elektromos ciklusonként kétszer éri el a csúcspontját, így a 2×LF minden váltakozó áramú motor alapvető "elektromos rezgési" frekvenciája.

1.3. Szinkronsebesség és szlip

Az állórész mágneses mezeje szinkronsebességgel forog:

ahol P a pólusok száma. Az indukciós motor forgórésze mindig valamivel lassabban forog. Ez a különbség a következő: csúszás:

Tipikus teljes terheléses csúszás standard indukciós motoroknál: 1–5%. 2 pólusú motor esetén 50 Hz-en: N_s = 3000 ford/perc, tényleges fordulatszám ≈ 2940–2970 ford/perc.

1.4. Rúdáthaladási frekvencia (F_p)

Az a sebesség, amellyel a rotor pólusai "elcsúsznak az állórész pólusai mellett". Az eredmény: egyetemes — pólusszámtól függetlenül:

50 Hz-en működő motor esetén, 2% szlippel: F_p = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Ez a frekvencia jellegzetes oldalsávokként jelenik meg a törött rotorrudak spektrumában.

1.5. Rotorrúd áteresztési frekvenciája

Ahol R a rotorrudak száma. Ez a frekvencia és oldalsávjai akkor válnak jelentőssé, ha a rotorrudak megsérülnek.

1.6. Kulcsfontosságú frekvenciareferencia-táblázat

ÁllórészRotorTekercselésekLégrésMechanikaiTengelyirányú Bármely légrés-torzulás közvetlenül megváltoztatja a mágneses vonzást, és ez azonnal megváltoztatja a rezgési mintázatot. A ± szimbólum az oldalsávokat (modulációt) jelöli.

2. Diagnosztikai módszerek áttekintése

Egyetlen technika sem képes minden villanymotor-hibát kimutatni. Egy robusztus diagnosztikai program több egymást kiegészítő módszert kombinál:

RezgésMCSAESAMCATermográfia Egyetlen módszer sem nyújt teljes körű lefedettséget. A kombinált diagnosztikai megközelítés alkalmazása erősen ajánlott.

2.1. Rezgésspektrum-elemzés

A legtöbb forgóberendezés diagnosztikájának elsődleges eszköze. A csapágyházakon lévő gyorsulásmérők spektrumokat rögzítenek, amelyek mechanikai hibákat (kiegyensúlyozatlanság, eltolódás, csapágykopás) és néhány elektromos hibát (egyenetlen légrés, laza tekercsek) mutatnak ki. Azonban, A rezgéselemzés önmagában nem képes minden motorvillamos hibát kimutatni.

2.2. Motoráram-leképezés (MCSA)

Az egyik fázison lévő áramszorító rögzíti az áram spektrumát. A törött rotorrudak oldalsávokat hoznak létre a következő ponton: LF ± F p. Az MCSA-t online végzik, és teljesen non-invazív.

2.3. Elektromos jelátviteli elemzés (ESA)

Egyidejűleg elemzi a feszültség- és áramspektrumokat az MCC-n. Észleli a tápfeszültség aszimmetriáját, a harmonikus torzítást és a tápellátás minőségével kapcsolatos problémákat.

2.4. Motoráramkör-elemzés (MCA)

Egy offline Fázisközi ellenállás, induktivitás, impedancia és szigetelési ellenállás mérésére szolgáló teszt. Elengedhetetlen karbantartási leállások esetén.

2.5. Hőmérséklet-monitorozás

Az állórész tekercselés hőmérsékletének és a csapágyhőmérséklet trendjének figyelése korai figyelmeztetést ad a túlterhelésre, a hűtési problémákra és a szigetelés romlására.

3. Állórész hibák

Az állórészhibák körülbelül a következőkért felelősek: 23–37% az összes motorhiba közül. Az állórész az álló rész, amely a lemezes vasmagot és a tekercseket tartalmazza. A hibák elsősorban a következő helyen okoznak rezgést: 2×LF (100 Hz / 120 Hz) és annak többszörösei.

3.1. Az állórész excentricitása – egyenetlen légrés

A rotor és az állórész közötti légrés jellemzően 0,25–2 mm. Már egy 10% variáció is mérhető elektromágneses erőkiegyensúlyozatlanságot hoz létre.

Okok

• Puha láb – a leggyakoribb ok
• Kopott vagy sérült csapágyházak
• A keret deformációja nem megfelelő szállítás vagy beszerelés miatt
• Termikus torzulás üzemi körülmények között
• Rossz gyártási tűrések

Spektrális aláírás

• Tipikusan domináns 2×LF a radiális sebességspektrumban
• Gyakran kismértékű növekedéssel jár együtt 1x és 2x kiegyensúlyozatlan mágneses vonzás (UMP) miatt
• Statikus excentricitás: a 2×LF dominál, kevés modulációval
• Dinamikus komponens: oldalsávok a 2×LF ± 1X megjelenhet

Súlyossági értékelés

Megjegyzés: Ezek csak illusztrációk, nem hivatalos szabványok. Mindig a gép saját alapértékeivel kell összehasonlítani.

Megerősítő teszt

Kikapcsolási teszt (próbateszt): A rezgés figyelése közben kapcsolja ki a motort. Ha a 2×LF csúcsérték meredeken esik – másodperceken belül, sokkal gyorsabban, mint a mechanikus kigurulás – a forrás elektromágneses.

3.2. Laza állórész tekercsek

Az állórész tekercseit minden működési ciklus alatt 2×LF elektromágneses erők érik. Az évek során a mechanikai rögzítés (epoxi, lakk, ékek) elhasználódhat. A laza tekercsek 2×LF frekvencián, növekvő amplitúdóval rezegnek, ami a szigetelés kopását felgyorsítja a berágódási hajlam miatt.

Spektrális aláírás

• Túlnyomórészt radiális rezgés
• A 2×LF kevésbé stabil lehet — enyhe amplitúdóingadozások
• Súlyos esetek: felharmonikusok 4×LF, 6×LF frekvencián

Következmények

Ez az roncsolja a tekercselés szigetelését — felgyorsult degradációhoz, kiszámíthatatlan földzárlatokhoz és teljes állórész-meghibásodáshoz vezet, ami visszatekerést igényel.

3.3. Laza tápkábel — Fázisaszimmetria

A rossz érintkezés ellenállás-aszimmetriát okoz. 1% feszültség aszimmetria körülbelül okoz 6–10% áram aszimmetria. A kiegyensúlyozatlan áramok egy visszafelé forgó mágneses térkomponenst hoznak létre.

Spektrális aláírás

• 2×LF amplitúdó nő a kiegyensúlyozatlan mágneses vonzás miatt
• Bizonyos esetekben, oldalsávok ±⅓×LF közelében (~16,7 Hz 50 Hz-es rendszerekben) a 2×LF csúcs körül
• Az áramspektrumban (MCSA): megemelkedett negatív szekvenciájú áram

Gyakorlati ellenőrzések

• Ellenőrizze az összes kábelvégződést, a gyűjtősín csatlakozásait és a kontaktor érintkezőit
• Fázisok közötti ellenállás mérése – egymástól 1%-n belül
• Mérje meg a tápfeszültséget mindhárom fázison – az aszimmetria nem haladhatja meg a 1%-t
• Kábelvégző doboz infravörös termográfiája

3.4. Rövidzárlatos állórész-laminációk

A rétegek közötti szigetelés sérülése lehetővé teszi az örvényáramok keringését, ami lokalizált forró pontokat hoz létre. Nem mindig észlelhető a rezgési spektrumokban. Az infravörös termográfia az elsődleges detektálási módszer. Offline: elektromágneses magteszt (EL-CID teszt).

3.5. Menetek közötti rövidzárlat

A menetek közötti rövidzárlat egy lokalizált keringőáram-hurkot hoz létre, csökkentve az érintett tekercsben a tényleges menetek számát. Megnövekedett 2×LF, az LF áram megemelkedett 3. harmonikusa és a fázisáram aszimmetriája. Legjobban offline MCA túlfeszültség-teszttel észlelhető.

2×LF1X / 2XOldalsávok A kikapcsolás utáni teszt megerősíti az elektromágneses eredetet: ha a 2×LF meredeken csökken a feszültségmentesítéskor (sokkal gyorsabban, mint a kigurulás), akkor a forrás elektromágneses.

4. Rotorhibák

A rotorhibák körülbelül 5–10% motorhibák de gyakran a legnehezebb a korai felismerésük.

4.1. Törött rotorrudak és repedt véggyűrűk

Amikor egy rúd eltörik, az áram újraelosztása lokális mágneses aszimmetriát hoz létre – gyakorlatilag egy "mágneses nehézfoltot", amely csúszási frekvencián forog az állórész mezőjéhez képest.

Rezgésjel

• 1x csúcspont oldalsávok ± F-nél_p. 50 Hz / 2% csúszás esetén: oldalsávok 1X ± 2 Hz-en.
• Súlyos esetekben: további oldalsávok ± 2F-on_p, ± 3F_p
• 2×LF F is megjelenhet_p oldalsávok

MCSA aláírás

MCSA súlyossági skála

Fontos: Az MCSA állandó terhelést igényel a névleges feltételekhez közel. Részleges terhelésnél az oldalsáv amplitúdója csökken.

Időhullámforma

A törött rotorrudak jellegzetes jelenséget hoznak létre ""verés" minta — amplitúdómodulál a pólusáthaladási frekvencián. Gyakran látható, mielőtt a spektrális oldalsávok hangsúlyossá válnának.

1x±Fp oldalsávokMCSA oldalsávok A törött rotorrudakat legjobb MCSA-val megerősíteni. A rezgési spektrum a hibára utal; az MCSA kvantitatív súlyossági értékelést nyújt.

4.2. Rotor excentricitása (statikus és dinamikus)

Statikus excentricitás

A tengely középvonala eltolódott az állórész furatától. Emelt 2×LF. Áramerősségben: rotorhorony felharmonikusai f_RBPF ± LF.

Dinamikus excentricitás

A rotor középpontja az állórész furatának középpontja körül kering. 1X 2×LF oldalsávval és megnövelt rotorrúd-áthaladási frekvencia. Áramerősség esetén: oldalsávok a következőnél: LF ± f_rothadás.

A gyakorlatban mindkét típus általában egyszerre van jelen – a minta szuperpozíció.

4.3. Termikus rotorív

A nagy motorokban hőmérséklet-gradiens alakulhat ki, ami átmenetileg meghajlást okozhat. 1X, ami idővel változik indítás után – jellemzően 15–60 percig növekszik, majd stabilizálódik. A fázisszög a meghajlás előrehaladtával eltolódik. A mechanikai kiegyensúlyozatlanságtól (amely stabil) való megkülönböztetéshez figyelje meg az 1X amplitúdót és fázist 30–60 percig az indítás után.

4.4. Elektromágneses tér elmozdulása (axiális eltolódás)

Ha a rotor axiálisan elmozdult az állórészhez képest az elektromágneses tér eloszlása axiálisan aszimmetrikussá válik. A rotor rezgést tapasztal axiális elektromágneses erő 2×LF-nél.

Okok

• A rotor tengelyirányú helytelen pozicionálása összeszerelés közben vagy csapágycsere után
• Csapágykopás, amely túlzott axiális játékot eredményez
• Tengely tolóereje a hajtott gépből
• Hőtágulás működés közben

Axiális EM erőEltolás / túlnyúlásÁllórész CLÉrzékelés Az axiális 2×LF, amely kikapcsoláskor azonnal eltűnik, a legfontosabb megkülönböztető tényező a mechanikai okoktól.

5. Csapágyakkal kapcsolatos elektromos hibák

5.1. Csapágyáramok és EDM

A tengely és a ház közötti feszültség áramot okoz a csapágyakon keresztül. Források: mágneses aszimmetria, frekvenciaváltó közös módusú feszültség, sztatikus töltés. Az ismételt kisülések mikroszkopikus gödröket hoznak létre (Elektromos szikraforgácsolás) ami a következőhöz vezet fuvolázás — egyenletesen elosztott barázdák a futópályákon.

Spektrális aláírás

• Csapágyhiba-gyakoriságok (BPFO, BPFI, BSF) nagyon egyenletes, "tiszta" csúcsokkal
• Megemelt nagyfrekvenciás zajszint a gyorsulási spektrumban
• Speciális: jellegzetes "mosódeszka" hang

Megelőzés

• Szigetelt csapágyak (bevonatos gyűrűk)
• Tengelyföldelő kefék (különösen frekvenciaváltós alkalmazásokhoz)
• Közös módusú szűrők a frekvenciaváltó kimenetén
• Normál tengelyfeszültség mérése — 0,5 V csúcsérték alatt

6. Változtatható frekvenciájú meghajtó (VFD) hatásai

6.1. Frekvenciaváltás

A motor összes elektromos frekvenciája arányosan eltolódik a frekvenciaváltó kimeneti frekvenciájával. Ha a frekvenciaváltó 45 Hz-en működik, a 2×LF érték 90 Hz lesz. A riasztási sávokat be kell állítani. sebességfüggő.

6.2. PWM harmonikusok

A kapcsolási frekvencia (2–16 kHz) és az oldalsávok megjelennek a spektrumokban. Hallható zajt és csapágyáramokat okozhat.

6.3. Torziós gerjesztés

Az alacsony rendű harmonikusok (5., 7., 11., 13.) nyomatékpulzációkat hoznak létre, amelyek gerjeszthetik a torziós természetes frekvenciákat.

6.4. Rezonancia gerjesztés

Ahogy a frekvenciaváltó (VFD) egy sebességtartományon áthalad, a gerjesztési frekvenciák áthaladhatnak a szerkezeti természetes frekvenciákon. A frekvenciaváltóval vezérelt berendezésekhez kritikus sebességtérképeket kell létrehozni.

7. Differenciáldiagnosztikai összefoglaló

ElektromosMechanikai2×LF elemzésRotorhibák A kikapcsolás utáni teszt az első elágazás a diagnosztikai fában. Miután az elektromos eredet megerősítést nyert, a domináns frekvencia és irány szűkíti a diagnózist.

8. Műszerezés és mérési technikák

8.1. Rezgésmérési követelmények

8.2. Balanset-1A motordiagnosztikához

Hordozható kétcsatornás vibrációs mérő Balanset-1A (VibroMera) alapvető képességeket kínál a motorrezgés-diagnosztikához:

A motorhiba diagnosztizálása és kijavítása után a Balanset-1A használható helyszíni rotorkiegyensúlyozás — a teljes diagnosztikától a korrekcióig tartó munkafolyamat végrehajtása a motor kiszerelése nélkül.

8.3. Mérési bevált gyakorlatok

• Három irány – függőleges, vízszintes és axiális – minden csapágyon. Az axiális irányú elmozdulás kritikus az elektromágneses mezőben.
• Felületek előkészítése — festék és rozsda eltávolítása a megbízható gyorsulásmérő-csatlakozás érdekében
• Állandó állapotú állapotok — névleges sebesség, terhelés, hőmérséklet
• Üzemeltetési körülmények rögzítése — sebesség, terhelés, feszültség, áramerősség minden mérésnél
• Következetes időzítés — ugyanazok a feltételek a trend-összehasonlításokhoz
• Kikapcsolási teszt elektromos rezgés gyanúja esetén – másodpercek alatt, megbízható forrásazonosítást biztosít

9. Normatív hivatkozások

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Rezgés. A gépek rezgésének mérése és értékelése. 1. rész. Általános irányelvek.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Állapotfelügyelet. Rezgésállapot-felügyelet. 2. rész. Képzés és tanúsítás.
• ISO 20816-1:2016 szabvány — Mechanikai rezgés. Mérés és értékelés. 1. rész: Általános irányelvek.
• ISO 10816-3:2009 szabvány — Géprezgés értékelése. 3. rész: 15 kW-nál nagyobb teljesítményű ipari gépek.
• IEC 60034-14:2018 — Villamos forgógépek. 14. rész: Mechanikai rezgés.
• IEEE 43-2013 — Ajánlott gyakorlat a szigetelési ellenállás vizsgálatához.
• IEEE 1415-2006 — Útmutató az indukciós gépek karbantartási vizsgálatához.
• NEMA MG 1-2021 — Motorok és generátorok. Rezgési határértékek és vizsgálatok.
• ISO 1940-1:2003 — A rotorok kiegyensúlyozására vonatkozó minőségi követelmények.

10. Következtetés

1. A 2×LF az elsődleges elektromágneses indikátor. Egy, a tápfeszültség frekvenciájának pontosan kétszeresénél lévő kiemelkedő csúcs erősen elektromágneses forrásra utal. A kikapcsolási teszt ezt megerősíti.
2. Az irány számít. Radiális 2×LF → légrés / tekercsek / tápellátás. Tengelyirányú 2×LF + 1X → elektromágneses tér elmozdulása — az egyik legroncsolóbb hiba.
3. Az oldalsávok mesélik el a történetet. ± ⅓×LF → tápkábel problémák. ± F_p → törött rotorrudak. Az oldalsáv-mintázat gyakran diagnosztikusabb, mint a főcsúcs.
4. A spektrális felbontás kritikus fontosságú. 50 Hz-es 2 pólusú motorok esetén a 2X és a 2×LF csak ~2 Hz különbséggel rendelkeznek. A felbontás ≤ 0,5 Hz kötelező.
5. Módszerek kombinálása. Rezgés + MCSA + MCA + Termográfia. Nincs olyan módszer, amely minden hibát lefedne.
6. Beszélj a villanyszerelőkkel. A motorjavító személyzet pótolhatatlan ismeretekkel rendelkezik az egyes motorokról, azok történetéről és ellátási feltételeiről.

Ajánlott munkafolyamat

Diagnosztikai lépésekMCSAEllenőrzés Kövesse ezt a sorrendet szisztematikusan. A kikapcsolási teszt (2. lépés) másodperceket vesz igénybe, és megbízhatóan megkülönbözteti az elektromos és a mechanikus forrást.

Modern hordozható kétcsatornás vibrációs mérők, mint például a Balanset-1A Lehetővé teszik a terepi mérnökök számára a motorhibák azonosításához szükséges felbontással és fázispontossággal történő spektrális rezgéselemzést – az egyenetlen légrések észlelésétől a fáziskereszt-elemzésen át a későbbi helyszíni rotorkiegyensúlyozásig.