Diagnosi dei guasti elettrici nei motori CA mediante analisi delle vibrazioni
Guasti elettrici nei motori ad induzione CA sono difetti nel circuito magnetico — lo statore, il rotore o l'intercapedine d'aria tra di essi — che si manifestano attraverso le vibrazioni. Sebbene analisi delle vibrazioni sia più spesso associata a problemi meccanici quali squilibrio e difetti dei cuscinetti, è anche un metodo efficace per individuare anomalie di natura elettrica. I guasti elettrici generano forze magnetiche pulsanti che fanno vibrare statore e rotore; tali vibrazioni si propagano attraverso il carter del motore e sono facilmente rilevabili da un accelerometro. L'abilità consiste nel riconoscere pattern legati alla frequenza di alimentazione e al numero di poli del motore.
1. Introduzione: guasti elettrici come fonte di vibrazioni
La chiave per diagnosticare i guasti elettrici è individuare picchi specifici a frequenze correlate alla frequenza di rete — 50 Hz o 60 Hz a seconda della regione — e al numero di poli del motore. Poiché queste forze sono di natura magnetica e non puramente meccanica, due indizi le distinguono dai normali guasti meccanici: le loro frequenze sono sincronizzate con la rete anziché con la velocità dell'albero, e molte di esse variano con il carico del motore. Il classico test diagnostico consiste nel ridurre il carico mentre si osserva lo spettro; un picco che scompare al rilascio del carico è quasi certamente di origine elettrica. Una chiara comprensione di frequenza elettrica and of motor scorrimento è alla base di ogni diagnosi riportata di seguito.
2. Guasti dello statore
I problemi dello statore — ferro allentato, allentamento delle bobine o lamierini in corto circuito — possono rendere lo statore eccentrico o deformato, producendo un campo magnetico non uniforme attorno al foro. Il risultato è tipicamente una forza magnetica che pulsa al doppio della frequenza di linea.
- Firma vibrazionale: l'indicatore più comune è un picco elevato a 2× la frequenza di rete (2×FL). Per un motore a 60 Hz questo è 120 Hz (7200 CPM); per un motore a 50 Hz è 100 Hz (6000 CPM). Si noti che un picco a 2×FL non è esclusivo dei guasti dello statore — squilibrio della tensione di alimentazione, eccentricità del traferro e risonanza del telaio possono anch'essi aumentarlo.
- Caratteristiche: the 2×FL di solito è più stabile e meno sensibile al carico rispetto alle firme delle barre di rotore, ma non è garantito che resti costante — confermare la diagnosi con controlli della corrente di fase e confrontando gli spettri a carico e a vuoto. La vibrazione è spesso massima nella direzione dei piedi di fissaggio dello statore, dove il telaio è più rigido contro la trazione pulsante. Difetti dello statore vengono facilmente confusi con problemi meccanici di scioltezza a 2× la velocità di rotazione, pertanto il test di carico e una lettura precisa della frequenza sono fondamentali.
3. Guasti al rotore (barre del rotore rotte)
Le barre del rotore incrinate o rotte sono un guasto comune nei motori ad induzione CA. Quando una barra si rompe, interrompe il flusso di corrente nella gabbia del rotore, producendo un surriscaldamento localizzato e una coppia pulsante che modula la vibrazione alla velocità di rotazione.
- Firma vibrazionale: il segnale caratteristico di barre del rotore rotte È frequenza di passaggio dei poli (FP) bande laterali straddling the velocità di rotazione (1×) peak and its armoniche.
- Frequenza di passaggio dei poli (FP): la frequenza con cui il rotore scivola rispetto al campo magnetico rotante, calcolata come FP = numero di poli × frequenza di scorrimento, dove la frequenza di scorrimento è la differenza tra la velocità sincrona del campo e la velocità effettiva dell'albero.
- Caratteristiche: cercare un picco a 1× affiancato da due bande laterali distinte, una a (1× + FP) e una a (1× − FP). Con l'aggravarsi del danno, le bande laterali compaiono anche attorno alle armoniche 2× e 3×. A differenza dei guasti allo statore, questa firma è molto sensibile al carico — le bande laterali crescono all'aumentare del carico e possono scomparire completamente a vuoto.
4. Traferro eccentrico
Il traferro è il piccolo spazio tra rotore e statore. Se non è uniforme attorno all'alesaggio, il risultato è uno squilibrio attrazione magnetica che costringe il rotore a vibrare.
- Eccentricità statica: il rotore ruota centrato nei propri cuscinetti, ma il nucleo dello statore non è circolare, quindi il punto più stretto del traferro è fisso nello spazio.
- Eccentricità dinamica: il rotore stesso non è circolare o è decentrato, quindi il punto più stretto del traferro ruota insieme al rotore — una condizione strettamente collegata a eccentricità del rotore.
- Firma vibrazionale: l'eccentricità statica in genere aumenta un picco stabile a 2×FL, perché il punto di traferro stretto non si muove. L’eccentricità dinamica modula il traferro mentre il rotore gira, producendo vibrazione alla velocità di rotazione 1× e bande laterali alla frequenza di passaggio dei poli — a 2×FL ± FP e attorno alle armoniche della velocità di rotazione. In pratica i due fenomeni spesso coesistono, dando un pattern combinato complesso.
5. Conferma e buone pratiche
I guasti elettrici si trovano vicino alle componenti della velocità di rotazione nello spettro, quindi una misurazione disciplinata è essenziale per distinguerli.
- Spettro ad alta risoluzione: la diagnosi dei guasti elettrici richiede uno spettro ad alta risoluzione Spettro FFT con un numero sufficiente di linee per separare le armoniche della velocità di rotazione dalle armoniche della frequenza di rete e dalle loro bande laterali ravvicinate. Un zoom FFT è spesso l'unico modo per risolvere chiaramente le bande laterali alla frequenza di scorrimento.
- Il carico è determinante: per i problemi alle barre del rotore, il motore deve funzionare sotto un carico significativo — in genere superiore al 75% — affinché il difetto si manifesti. Variare il carico osservando i picchi è il discriminatore di campo più affidabile tra sorgenti elettriche e meccaniche.
- Acquisizione sul campo: un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A registra lo spettro e la velocità di rotazione sincronizzata sul motore in situ, rendendo semplice rilevare un picco 2×FL dello statore o bande laterali di passaggio dei poli dipendenti dal carico prima di procedere a uno smontaggio — e, nei casi in cui il vero responsabile si riveli essere uno squilibrio meccanico, per equilibrare il rotore nella stessa visita.
- Conferma con altre tecnologie: le diagnosi possono essere corroborate con l'analisi della firma della corrente del motore (MCSA) o con termografia a infrarossi, che rivela il surriscaldamento localizzato causato da barre rotte o lamierini in cortocircuito. Verifica incrociata con la famiglia più ampia di difetti del motore evita di confondere un guasto elettrico con uno meccanico.
