1. Dasar-Dasar Kelistrikan untuk Analis Getaran

Sebelum mendiagnosis kerusakan motor dari spektrum getaran, penting untuk memahami frekuensi listrik utama yang mendorong getaran motor.

1.1. Frekuensi Saluran (LF)

Frekuensi catu daya AC: 50 Hz di sebagian besar Eropa, Asia, Afrika, dan Rusia; 60 Hz di Amerika Utara dan sebagian Amerika Selatan dan Asia. Semua gaya elektromagnetik dalam motor berasal dari frekuensi ini.

1.2. Dua Kali Frekuensi Saluran (2×LF)

The frekuensi gaya elektromagnetik dominan pada motor AC. Pada sistem 50 Hz, 2×LF = 100 Hz; dalam sistem 60 Hz, 2×LF = 120 Hz. Gaya tarik magnet antara stator dan rotor mencapai puncaknya dua kali per siklus listrik, sehingga 2×LF menjadi frekuensi "getaran listrik" fundamental dari setiap motor AC.

1.3. Kecepatan dan Selip Sinkron

Medan magnet stator berputar dengan kecepatan sinkron:

di mana P adalah jumlah kutub. Rotor motor induksi selalu berputar sedikit lebih lambat. Perbedaan ini adalah tergelincir:

Slip beban penuh tipikal untuk motor induksi standar: 1–5%. Untuk motor 2 kutub pada 50 Hz: N_s = 3000 RPM, kecepatan aktual ≈ 2940–2970 RPM.

1.4. Frekuensi Lewat Kutub (F)_p)

Kecepatan di mana kutub rotor "meluncur melewati" kutub stator. Hasilnya adalah universal — terlepas dari jumlah tiang:

Untuk motor yang beroperasi pada 50 Hz dengan slip 2%: F_p = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Frekuensi ini muncul sebagai pita samping karakteristik dalam spektrum batang rotor yang rusak.

1.5. Frekuensi Lewatnya Batang Rotor

Di mana R adalah jumlah batang rotor. Frekuensi ini dan pita sampingnya menjadi signifikan ketika batang rotor rusak.

1.6. Tabel Referensi Frekuensi Utama

StatorRotorGulunganCelah udaraMekanisAksial Setiap distorsi celah udara secara langsung mengubah gaya tarik magnet, dan itu segera mengubah pola getaran. Simbol ± menunjukkan pita samping (modulasi).

2. Gambaran Umum Metode Diagnostik

Tidak ada satu teknik pun yang dapat mendeteksi semua kerusakan motor listrik. Program diagnostik yang handal menggabungkan beberapa metode yang saling melengkapi:

GetaranMCSAESAMCATermografi Tidak ada satu metode pun yang memberikan cakupan penuh. Pendekatan diagnostik gabungan sangat dianjurkan.

2.1. Analisis Spektral Getaran

Alat utama untuk sebagian besar diagnostik peralatan berputar. Akselerometer pada rumah bantalan menangkap spektrum yang mengungkapkan cacat mekanis (ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, keausan bantalan) dan beberapa cacat listrik (celah udara tidak rata, lilitan longgar). Namun, Analisis getaran saja tidak dapat mendeteksi semua kerusakan listrik motor..

2.2. Analisis Tanda Arus Motor (MCSA)

Penjepit arus pada satu fasa menangkap spektrum arus. Batang rotor yang patah menghasilkan pita samping pada LF ± F p. MCSA dilakukan secara online dan sepenuhnya non-invasif.

2.3. Analisis Tanda Listrik (ESA)

Menganalisis spektrum tegangan dan arus secara simultan di MCC. Mendeteksi asimetri tegangan suplai, distorsi harmonik, dan masalah kualitas daya.

2.4. Analisis Rangkaian Motor (MCA)

Sebuah offline Pengujian ini mengukur resistansi antar fasa, induktansi, impedansi, dan resistansi isolasi. Sangat penting selama penghentian operasional untuk pemeliharaan.

2.5. Pemantauan Suhu

Pemantauan suhu lilitan stator dan suhu bantalan memberikan peringatan dini terhadap kelebihan beban, masalah pendinginan, dan degradasi isolasi.

3. Cacat Stator

Kerusakan stator bertanggung jawab atas sekitar 23–37% dari semua kegagalan motorik. Stator adalah bagian stasioner yang berisi inti besi berlapis dan kumparan. Cacat pada stator menghasilkan getaran terutama pada bagian-bagian tertentu. 2×LF (100 Hz / 120 Hz) dan kelipatannya.

3.1. Eksentrisitas Stator — Celah Udara Tidak Merata

Jarak celah udara antara rotor dan stator biasanya 0,25–2 mm. Bahkan variasi 10% pun menciptakan ketidakseimbangan gaya elektromagnetik yang terukur.

Penyebab

• Kaki lembut — penyebab paling umum
• Rumah bantalan yang aus atau rusak
• Deformasi rangka akibat pengangkutan atau pemasangan yang tidak tepat.
• Distorsi termal dalam kondisi pengoperasian
• Toleransi manufaktur yang buruk

Tanda Spektral

• Biasanya dominan 2×LF dalam spektrum kecepatan radial
• Seringkali disertai dengan sedikit peningkatan 1X dan 2X disebabkan oleh gaya tarik magnet yang tidak seimbang (UMP)
• Eksentrisitas statis: 2×LF mendominasi dengan sedikit modulasi
• Komponen dinamis: pita samping pada 2×LF ± 1X mungkin tampak

Penilaian Tingkat Keparahan

Catatan: Ini adalah pedoman ilustratif, bukan standar formal. Selalu bandingkan dengan standar dasar mesin itu sendiri.

Tes Konfirmasi

Uji mati daya (uji cepat): Sambil memantau getaran, matikan daya motor. Jika puncak 2×LF turun tajam — dalam hitungan detik, jauh lebih cepat daripada perlambatan mekanis — sumbernya adalah elektromagnetik.

3.2. Gulungan Stator yang Longgar

Gulungan stator dikenai gaya elektromagnetik sebesar 2×LF selama setiap siklus operasi. Seiring waktu, fiksasi mekanis (epoksi, pernis, baji) dapat mengalami degradasi. Gulungan yang longgar bergetar sebesar 2×LF dengan amplitudo yang meningkat, mempercepat keausan isolasi melalui gesekan.

Tanda Spektral

• Getaran dominan radial
• 2×LF mungkin kurang stabil — fluktuasi amplitudo kecil
• Kasus parah: harmonik pada 4×LF, 6×LF

Konsekuensi

Ini merusak isolasi lilitan — menyebabkan degradasi yang dipercepat, gangguan tanah yang tidak terduga, dan kegagalan stator total yang memerlukan penggulungan ulang.

3.3. Kabel Daya Longgar — Asimetri Fase

Kontak yang buruk menciptakan asimetri resistansi. Bahkan Asimetri tegangan 1% menyebabkan kira-kira asimetri arus 6–10%. Arus yang tidak seimbang menciptakan komponen medan magnet yang berputar ke belakang.

Tanda Spektral

• Amplitudo 2×LF meningkat karena tarikan magnet yang tidak seimbang.
• Dalam beberapa kasus, pita samping di dekat ±⅓×LF (~16,7 Hz pada sistem 50 Hz) di sekitar puncak 2×LF
• Dalam spektrum arus (MCSA): arus sekuens negatif yang meningkat

Pemeriksaan Praktis

• Periksa semua ujung kabel, sambungan bus bar, dan kontak kontaktor.
• Ukur resistansi antar fasa — dalam rentang 1% satu sama lain
• Ukur tegangan suplai pada ketiga fasa — asimetri tidak boleh melebihi 1%
• Termografi IR pada kotak terminasi kabel

3.4. Laminasi Stator yang Korsleting

Kerusakan pada isolasi antar-laminasi memungkinkan arus eddy beredar, menciptakan titik panas lokal. Tidak selalu terdeteksi dalam spektrum getaran — Termografi IR adalah metode deteksi utama.. Offline: uji inti elektromagnetik (uji EL-CID).

3.5. Hubungan Pendek Antar Lilitan

Hubungan pendek antar lilitan menciptakan lingkaran arus sirkulasi lokal, mengurangi jumlah lilitan efektif pada kumparan yang terpengaruh. Menghasilkan peningkatan 2×LF, peningkatan harmonik ke-3 dari LF pada arus, dan asimetri arus fasa. Paling baik dideteksi melalui uji lonjakan MCA secara offline.

2×LF1X / 2XPita samping Uji mati daya mengkonfirmasi asal elektromagnetik: jika 2×LF turun tajam saat daya dimatikan (jauh lebih cepat daripada saat meluncur), sumbernya adalah elektromagnetik.

4. Cacat Rotor

Kerusakan rotor menyumbang sekitar 5–10% kegagalan motorik tetapi seringkali paling sulit untuk dideteksi sejak dini.

4.1. Batang Rotor yang Patah dan Cincin Ujung yang Retak

Ketika sebuah batang magnet patah, redistribusi arus menciptakan asimetri magnetik lokal — secara efektif sebuah "titik berat magnetik" yang berputar pada frekuensi slip relatif terhadap medan stator.

Tanda Getaran

• 1X puncak dengan pita samping pada ± F_p. Untuk slip 50 Hz / 2%: sideband pada 1X ± 2 Hz
• Kasus parah: pita samping tambahan pada ± 2F_p, ± 3F_p
• 2×LF mungkin juga menunjukkan F_p pita samping

Tanda Tangan MCSA

Skala Tingkat Keparahan MCSA

Penting: MCSA mensyaratkan beban stabil mendekati kondisi nominal. Pada beban parsial, amplitudo sideband menurun.

Bentuk Gelombang Waktu

Batang rotor yang patah menghasilkan karakteristik tertentu. "pola "mengalahkan" — Amplitudo termodulasi pada frekuensi lintasan kutub. Seringkali terlihat sebelum pita samping spektral menjadi menonjol.

1Xpita samping ±FpPita samping MCSA Kerusakan pada rotor bar paling baik dikonfirmasi melalui MCSA. Spektrum getaran menunjukkan kerusakan; MCSA memberikan penilaian tingkat keparahan secara kuantitatif.

4.2. Eksentrisitas Rotor (Statis dan Dinamis)

Eksentrisitas Statis

Jarak antara garis tengah poros dan lubang stator. Menghasilkan posisi yang lebih tinggi. 2×LF. Pada arus: harmonik slot rotor pada F_RBPF ± LF.

Eksentrisitas Dinamis

Pusat rotor berputar mengelilingi pusat lubang stator. Menghasilkan 1X dengan 2×pita samping LF dan frekuensi lintasan batang rotor yang ditingkatkan. Saat ini: pita samping pada LF ± f_membusuk.

Dalam praktiknya, kedua tipe tersebut biasanya hadir secara bersamaan — polanya adalah superposisi.

4.3. Busur Rotor Termal

Motor besar dapat mengembangkan gradien suhu yang menyebabkan lengkungan sementara. Menghasilkan 1X yang bervariasi seiring waktu Setelah dinyalakan — biasanya meningkat selama 15–60 menit, kemudian stabil. Sudut fasa bergeser seiring perkembangan busur. Bedakan dari ketidakseimbangan mekanis (yang stabil) dengan memantau amplitudo dan fasa 1X selama 30–60 menit setelah dinyalakan.

4.4. Pergeseran Medan Elektromagnetik (Pergeseran Aksial)

Jika rotornya bergeser secara aksial Relatif terhadap stator, distribusi medan elektromagnetik menjadi asimetris secara aksial. Rotor mengalami osilasi. gaya elektromagnetik aksial pada 2×LF.

Penyebab

• Posisi aksial rotor yang salah selama perakitan atau setelah penggantian bantalan.
• Keausan bantalan memungkinkan pergerakan aksial yang berlebihan.
• Dorongan poros dari mesin yang digerakkan
• Ekspansi termal selama pengoperasian

Gaya EM aksialPergeseran / tonjolanStator CLDeteksi Gangguan aksial 2×LF yang langsung hilang saat daya dimatikan adalah pembeda utama dari penyebab mekanis.

5. Kerusakan Listrik yang Berkaitan dengan Bantalan

5.1. Arus Bantalan dan EDM

Tegangan antara poros dan rumah bantalan menyebabkan arus mengalir melalui bantalan. Sumber: asimetri magnetik, tegangan common-mode VFD, muatan statis. Pelepasan muatan berulang menciptakan lubang mikroskopis (Pemesinan Pelepasan Listrik) yang mengarah ke main seruling — alur yang berjarak sama pada lintasan.

Tanda Spektral

• Frekuensi kerusakan bantalan (BPFO, BPFI, BSF) dengan puncak yang sangat seragam dan "bersih"
• Tingkat kebisingan frekuensi tinggi yang tinggi pada spektrum akselerasi
• Tingkat Lanjut: suara khas "papan cuci"

Pencegahan

• Bantalan terisolasi (cincin berlapis)
• Sikat pembumian poros (khusus untuk aplikasi VFD)
• Filter mode umum pada keluaran VFD
• Pengukuran tegangan poros reguler — di bawah puncak 0,5 V

6. Efek Penggerak Frekuensi Variabel (VFD)

6.1. Pergeseran Frekuensi

Semua frekuensi listrik motor bergeser secara proporsional dengan frekuensi keluaran VFD. Jika VFD beroperasi pada 45 Hz, 2×LF menjadi 90 Hz. Pita alarm harus adaptif kecepatan.

6.2. Harmonik PWM

Frekuensi switching (2–16 kHz) dan sideband muncul dalam spektrum. Dapat menyebabkan kebisingan yang terdengar dan arus bantalan.

6.3. Eksitasi Torsional

Harmonik orde rendah (ke-5, ke-7, ke-11, ke-13) menciptakan pulsasi torsi yang dapat membangkitkan frekuensi alami torsi.

6.4. Eksitasi Resonansi

Saat VFD (Variable Frequency Drive) bergerak melalui rentang kecepatan, frekuensi eksitasi dapat melewati frekuensi alami struktur bangunan. Peta kecepatan kritis harus dibuat untuk peralatan yang digerakkan oleh VFD.

7. Ringkasan Diagnosis Diferensial

ListrikMekanisAnalisis 2×LFKerusakan rotor Tes mati daya mendadak adalah percabangan pertama dalam pohon diagnostik. Setelah asal muasal listrik dipastikan, frekuensi dan arah dominan mempersempit diagnosis.

8. Instrumentasi dan Teknik Pengukuran

8.1. Persyaratan Pengukuran Getaran

8.2. Balanset-1A untuk Diagnostik Motor

Vibrometer portabel dua saluran Balanset-1A (VibroMera) menyediakan kemampuan inti untuk diagnostik getaran motor:

Setelah mendiagnosis dan memperbaiki kerusakan motor, Balanset-1A dapat digunakan untuk penyeimbangan rotor di tempat — menyelesaikan alur kerja diagnostik hingga koreksi secara lengkap tanpa melepas motor.

8.3. Praktik Terbaik Pengukuran

• Tiga arah — vertikal, horizontal, dan aksial — pada setiap bantalan. Aksial sangat penting untuk perpindahan medan EM.
• Siapkan permukaan — hilangkan cat dan karat untuk pemasangan akselerometer yang andal
• Kondisi keadaan tunak — kecepatan nominal, beban, suhu
• Kondisi pengoperasian yang tercatat — kecepatan, beban, tegangan, arus dengan setiap pengukuran
• Ketepatan waktu yang konsisten — kondisi yang sama untuk perbandingan tren
• Uji mati daya Saat getaran listrik dicurigai — hanya butuh beberapa detik, memberikan identifikasi sumber yang andal.

9. Referensi Normatif

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Getaran. Pengukuran dan evaluasi getaran mesin. Bagian 1. Pedoman umum.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Pemantauan kondisi. Pemantauan kondisi getaran. Bagian 2. Pelatihan dan sertifikasi.
• ISO 20816-1:2016 — Getaran mekanis. Pengukuran dan evaluasi. Bagian 1: Pedoman umum.
• Standar ISO 10816-3:2009 — Evaluasi getaran mesin. Bagian 3: Mesin industri >15 kW.
• IEC 60034-14:2018 — Mesin listrik berputar. Bagian 14: Getaran mekanis.
• IEEE 43-2013 — Praktik yang direkomendasikan untuk pengujian resistansi isolasi.
• IEEE 1415-2006 — Panduan untuk pengujian perawatan mesin induksi.
• NEMA MG 1-2021 — Motor dan generator. Batas getaran dan pengujian.
• Standar ISO1940-1:2003 — Menyeimbangkan persyaratan kualitas untuk rotor.

10. Kesimpulan

1. 2×LF adalah indikator elektromagnetik utama. Puncak yang menonjol tepat pada dua kali frekuensi suplai sangat menunjukkan adanya sumber elektromagnetik. Uji mati daya memberikan konfirmasi.
2. Arah itu penting. Radial 2×LF → celah udara / gulungan / suplai. Aksial 2×LF + 1X → perpindahan medan elektromagnetik — salah satu cacat yang paling merusak.
3. Pita samping menceritakan kisahnya. ± ⅓×LF → masalah kabel suplai. ± F_p → Batang rotor yang rusak. Pola pita samping seringkali lebih diagnostik daripada puncak utama.
4. Resolusi spektral sangat penting. Untuk motor 2 kutub pada 50 Hz, 2X dan 2×LF hanya berbeda sekitar 2 Hz. Resolusi ≤ 0,5 Hz adalah wajib.
5. Gabungkan metode. Getaran + MCSA + MCA + Termografi. Tidak ada satu metode pun yang mencakup semua cacat.
6. Bicaralah dengan para teknisi listrik. Personel perbaikan motor memiliki pengetahuan yang tak tergantikan tentang motor tertentu, sejarahnya, dan kondisi pasokannya.

Alur Kerja yang Direkomendasikan

Langkah-langkah diagnostikMCSAVerifikasi Ikuti urutan ini secara sistematis. Tes matikan daya (langkah 2) hanya membutuhkan beberapa detik dan dapat membedakan dengan andal antara sumber listrik dan sumber mekanis.

Vibrometer portabel dua saluran modern seperti Balanset-1A Memungkinkan para insinyur lapangan untuk melakukan analisis getaran spektral dengan resolusi dan akurasi fase yang dibutuhkan untuk identifikasi kerusakan motor — mulai dari mendeteksi celah udara yang tidak merata melalui analisis lintas fase hingga penyeimbangan rotor di tempat selanjutnya.