Capire le barre del rotore rotte
Definizione: Cosa sono le barre del rotore rotte?
Barre del rotore rotte sono fratture complete delle barre conduttrici nei rotori dei motori a induzione a gabbia di scoiattolo. Questa è essenzialmente la stessa condizione di difetti della barra del rotore ma enfatizza specificamente la rottura completa delle barre piuttosto che le crepe o le connessioni ad alta resistenza. Quando una o più barre si rompono, la corrente elettrica non può fluire attraverso di esse, creando un'asimmetria elettromagnetica che produce la caratteristica vibrazione e firme attuali con bande laterali A frequenza di slittamento spaziatura attorno alla velocità di corsa.
Le barre del rotore rotte sono particolarmente insidiose perché creano una modalità di guasto a cascata: una barra rotta aumenta la corrente e lo stress nelle barre adiacenti, causandone il progressivo guasto. Se non rilevata tempestivamente (singola barra rotta), la condizione può rapidamente peggiorare fino a causare la rottura di più barre e il guasto catastrofico del rotore, con conseguente necessità di sostituzione del motore.
Come si rompono le barre del rotore
Fatica termica (più comune)
Cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento:
- Corrente di avviamento: Durante l'avviamento del motore, la corrente del rotore è 5-7 volte normale (condizione di rotore bloccato)
- Espansione termica: Le barre di alluminio si espandono notevolmente (coefficiente 23 µm/m/°C)
- Vincolo: Il nucleo di ferro si espande meno (12 µm/m/°C), limitando l'espansione della barra
- Stress: L'espansione differenziale crea stress termico nelle barre
- Fatica: I cicli di avvio ripetuti causano affaticamento a basso ciclo
- Inizio della crepa: Tipicamente nella giunzione tra barra e anello terminale (punto di forte sollecitazione)
Stress meccanico
- Forze centrifughe ad alta velocità
- Forze elettromagnetiche durante il funzionamento e l'avviamento
- Vibrazioni da fonti esterne
- Carico d'urto durante gli avviamenti o i cambi di carico
Difetti di fabbricazione
- Porosità: Vuoti nei rotori in alluminio fuso
- Scarsa adesione: Inadeguato legame tra barra e nucleo
- Inclusioni di materiali: Contaminanti nella fusione
- Giunti ad anello dell'estremità debole: Collegamenti scadenti tra barra e anello terminale
Condizioni operative
- Avviamento frequente: Ogni avvio è un evento di stress termico e meccanico
- Carichi ad alta inerzia: Tempi di accelerazione lunghi aumentano lo stress della barra
- Servizio di retromarcia: L'intasamento crea correnti estreme
- Monofase: Funzionamento con sovraccarichi delle barre del rotore perse una fase
La caratteristica firma della banda laterale
Perché compaiono le bande laterali
Il modello diagnostico distintivo:
- La barra rotta non può trasportare corrente, creando asimmetria elettrica
- L'asimmetria ruota alla frequenza di slittamento (differenza tra velocità sincrona e velocità del rotore)
- Crea pulsazioni di coppia a frequenza di slittamento 2×
- La pulsazione di coppia modula 1× la vibrazione dallo squilibrio meccanico
- Risultato: bande laterali a velocità di corsa ± intervalli di frequenza di scorrimento
Modello di vibrazione
- Picco Centrale: 1× velocità di corsa (fr)
- Banda laterale inferiore: fr – fs (dove fs = frequenza di scorrimento)
- Banda laterale superiore: fr + fs
- Bande laterali multiple: fr ± 2fs, fr ± 3fs all'aumentare della gravità
- Simmetria: Bande laterali simmetriche attorno al picco 1×
Esempio
Motore a 4 poli, 60 Hz a pieno carico:
- Velocità sincrona: 1800 giri/min
- Velocità effettiva: 1750 giri/min (29,17 Hz)
- Slittamento: 50 giri/min (0,833 Hz)
- Le vibrazioni raggiungono il picco a: 28,3 Hz, 29,17 Hz, 30,0 Hz
- Barra spezzata confermata da bande laterali simmetriche a ±0,833 Hz
Firma corrente (MCSA)
L'analisi della corrente del motore mostra un andamento simile:
- Picco Centrale: Frequenza di linea (50 o 60 Hz)
- Bande laterali: fline ± 2fs (nota: frequenza di scorrimento 2× nella corrente, non 1×)
- Esempio: Motore a 60 Hz con scorrimento di 1 Hz → bande laterali a 58 Hz e 62 Hz
- Vantaggio: Non invasivo, può monitorare continuamente
- Sensibilità: Spesso rileva le barre rotte prima della vibrazione
Fasi di progressione
Singola barra rotta
- Compaiono piccole bande laterali (20-40% di picco 1×)
- Leggera pulsazione di coppia (potrebbe non essere percepibile)
- Prestazioni del motore quasi normali
- Può funzionare per mesi con monitoraggio
- La sostituzione dovrebbe essere pianificata
Più barre rotte adiacenti
- Forti bande laterali (> 50% del picco 1×)
- Pulsazione di coppia evidente
- Aumento dello slittamento e della temperatura
- Accelerazione della progressione mentre le barre adiacenti si surriscaldano
- Sostituzione urgente (intervallo di tempo di settimane)
Condizione grave
- Le bande laterali possono superare 1× l'ampiezza di picco
- Forte pulsazione di coppia che colpisce l'attrezzatura condotta
- Elevate vibrazioni e temperature
- Rischio di rottura dell'anello terminale o di rottura completa del rotore
- Sostituzione immediata richiesta
Migliori pratiche di rilevamento
Analisi delle vibrazioni
- Utilizzare FFT ad alta risoluzione (< risoluzione 0,2 Hz) per risolvere le bande laterali
- Testare il motore sotto carico (le bande laterali sono più evidenti con il flusso di corrente)
- Calcola la frequenza di slittamento prevista per il motore
- Cerca lo spettro per bande laterali simmetriche a ±fs intorno a 1×
- Ampiezza della banda laterale di tendenza nel tempo
Test MCSA
- Sonde di corrente a morsetto sui cavi del motore
- Acquisisci la forma d'onda corrente e calcola la FFT
- Cerca bande laterali a fline ± 2fs
- Confronta con la base motoria sana
- Può rilevare prima che i sintomi delle vibrazioni scompaiano
Azioni correttive
Risposta immediata
- Aumentare la frequenza del monitoraggio (mensile → settimanale → giornaliero)
- Tasso di crescita dell'ampiezza della banda laterale della traccia
- Ordina un motore di ricambio o pianifica la sostituzione del rotore
- Ridurre il ciclo di lavoro se possibile (ridurre al minimo gli avviamenti)
- Documentare l'avanzamento per l'analisi dei guasti
Opzioni di riparazione
- Sostituzione del rotore: Più affidabile per motori di grandi dimensioni (> 100 CV)
- Rifusione del rotore: Le officine specializzate possono rifondere i rotori in alluminio
- Sostituzione del motore: Spesso più economico per i piccoli motori (< 50 CV)
- Indagine sulla causa principale: Determinare perché le barre si sono rotte per evitare che si ripetano
Prevenzione
- Utilizzare avviatori graduali o VFD per ridurre la corrente di avviamento e lo stress termico
- Limitare la frequenza di avviamento per carichi ad alta inerzia
- Specificare i motori classificati per il ciclo di lavoro effettivo (motori ad avviamento frequente per servizio ad alto numero di cicli)
- Assicurare un'adeguata ventilazione e raffreddamento del motore
- Proteggere dalle condizioni monofase
Le barre del rotore rotte, pur essendo responsabili solo di 10-151 TP3T di guasti al motore, creano firme distintive della banda laterale di frequenza di scorrimento che consentono un rilevamento precoce affidabile tramite analisi delle vibrazioni o della corrente. La comprensione del meccanismo di fatica termica, il riconoscimento del caratteristico andamento della banda laterale e l'implementazione del monitoraggio delle condizioni consentono la sostituzione pianificata del motore prima che i guasti di una singola barra si trasformino in guasti catastrofici di più barre e lunghi tempi di fermo non pianificati.
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