電気モーターのステーター欠陥の理解
定義: ステータ欠陥とは何ですか?
ステーターの欠陥 電気モーターの固定巻線とコアの故障には、絶縁破壊、巻線間短絡、相間故障、地絡、巻線汚染、ラミネーション損傷などが含まれます。固定子巻線の故障は、モーター故障全体の30～40%を占め、モーターの故障の中では、巻線故障に次いで2番目に多い故障となっています。 ベアリングの故障. ステーターの問題は、特徴的な電磁不均衡を引き起こし、 振動 ライン周波数の 2 倍 (60 Hz モーターの場合は 120 Hz、50 Hz モーターの場合は 100 Hz) で発生し、電流不均衡、熱画像、絶縁抵抗テストによって検出できます。.
ステーターの欠陥は数か月から数年かけてゆっくりと進行することが多く、早期に検出する機会が得られるため、ステーターの欠陥を理解することは重要です。ただし、対処しないと、火災、広範囲にわたるモーターの損傷、または安全上の危険を伴う壊滅的な故障に進行する可能性があります。.
ステータ欠陥の種類
1. 絶縁不良
ターン・トゥ・ターン・ショート
- 説明 同じコイル内の隣接するターン間の絶縁が不良
- 効果： 短絡したターンは過剰な電流を流し、局所的な加熱を引き起こす
- 進行状況: 最初は小さく始まり、徐々にターン数を増やしていきます
- 検出： 電流の不均衡、熱画像上のホットスポット、2×f振動の上昇
- 最も一般的なもの: ステーター故障の大部分を占める
相間故障
- 説明 異なる相間の絶縁不良
- 効果： モーターが直ちに停止したり損傷したりする可能性がある
- 重大度： ターン・トゥ・ターンのショートよりも深刻
- 検出： 大きな電流不均衡により過電流保護が作動する可能性があります
地絡故障（位相対フレーム）
- 説明 モーターフレームへの巻線絶縁が不良
- 安全性の問題: モーターフレームに通電し、感電の危険が生じる可能性があります
- 検出： 地絡保護トリップ、絶縁抵抗試験
- 原因: 絶縁材の劣化、汚染、機械的損傷、湿気
2. 巻き込みによる物理的ダメージ
- 機械的損傷: 設置またはメンテナンス中に損傷したコイル
- 熱によるダメージ: 過熱による絶縁材と銅の劣化
- 汚染： 巻線上の油、化学薬品、導電性の粉塵
- 湿気による損傷: 水の浸入によりトラッキングとショートが発生する
- コロナ被害： 高電圧により空気のイオン化と絶縁体の侵食が起こる
3. ラミネートの問題
- コアラミネーションの短絡（効率の低下、発熱）
- 損傷したまたは緩んだラミネーション
- コアの変位またはシフト
- 渦電流損失とホットスポットを生成
ステーター故障の原因
熱分解
- オーバーロード: 絶縁定格を超える過電流による加熱巻線
- 冷却ブロック: 換気不足は熱老化を加速させる
- 周囲温度: 周囲温度が高いと冷却効果が減少する
- 頻繁な起動: 始動時の突入電流により熱ストレスが生じる
- 絶縁寿命: 定格温度より10℃高いごとに絶縁寿命は半分になります
電気的ストレス
- 電圧サージ: 雷、スイッチング過渡現象による絶縁のストレス
- 電圧不均衡: 不等相電圧による循環電流の発生
- 過電圧: 定格電圧以上で動作
- VFD効果: PWMスイッチングによる高dV/dtが絶縁を侵す
汚染と環境
- 水分： 湿気や水の侵入により絶縁抵抗が減少する
- 導電性ダスト: 絶縁材を橋渡しする金属粒子または炭素粉塵
- 化学薬品: 腐食性または溶剤蒸気が断熱材を攻撃する
- オイルとグリース: 有機断熱材を劣化させる石油製品
機械的な原因
- 振動： 過度の振動による絶縁材の摩耗
- 熱サイクリング: 膨張/収縮による曲げとひび割れ断熱材
- ローターストライク: ローター接触によるステーター巻線の損傷
- 設置による損傷: 巻き戻しや交換時の乱暴な取り扱い
振動シグネチャー
主なインジケーター: 2×ライン周波数
ステーターの問題の特徴:
- 頻度： 120 Hz（60 Hz システム）または 100 Hz（50 Hz システム）
- 機構： 非対称磁場による電磁力の不均衡
- 通常のモーター: 2×fは存在するが振幅が低い（< 10% の 1×)
- ステーターの欠陥: 2×f振幅の上昇（> 20-50%の1×以上）
- 進行状況: 断層が悪化するにつれて振幅が増加する
追加コンポーネント
- ライン周波数（1×f）が増加する可能性がある
- 高調波（4×f、6×f）が現れることがある
- 全体的な振動レベルが上昇する可能性がある
- 120/100 Hzのハム音として聞こえる電磁ノイズ
検出方法
振動解析
- 2倍のライン周波数の振幅と傾向を監視する
- ベースラインまたは類似のモーターと比較する
- 1×走行速度振動の2×f > 30%の場合に警告
- 時間の経過とともに増加傾向にあることは、進行性断層を裏付けている。
電流測定
- 相電流バランス: 各相の電流を測定する
- 不均衡 > 10%: 巻き上げの問題を示します
- クランプメーター: 簡単なフィールド測定
- 電力品質アナライザー: 詳細な電流波形解析
絶縁抵抗試験
- メガオームメーター（メガー）: 巻線対地抵抗の測定
- 承認: 通常、1kVあたり1MΩ以上 + 1MΩ以上
- トレンド: 値が減少すると劣化を示す
- 偏光指数: 10分/1分読書比率（> 2.0良好、, < 2.0 疑い）
熱画像
- 赤外線カメラがモーターフレームのホットスポットを検知
- 局所的な加熱は巻線の故障箇所を示す
- 相間の温度不均衡
- 電気テストで問題が明らかになる前に、発生中の障害を検出できます
サージテスト
- 電圧インパルスを印加し、位相応答を比較する
- 他のテストでは検出されないターン間のショートを検出します
- 特殊な機器が必要
- モーターショップで品質検証によく使用される
進行と結果
早期
- わずかな絶縁抵抗の低下
- 小さな電流不均衡（< 5%)
- わずかに2×f振動が増加
- 高感度検査でのみ検出可能
中等度
- 電流不均衡を解消する（5-15%）
- 2×f振動の上昇（1×の20-50%）
- 熱画像で見えるホットスポット
- 絶縁抵抗の低下
上級ステージ
- 大きな電流不均衡（> 15%）
- 非常に高い2×f振動
- 明らかな過熱
- 低い絶縁抵抗
- 即時の失敗のリスク
壊滅的な失敗
- 完全な巻き線バーンアウト
- 火災または煙の可能性
- 保護トリップまたはヒューズ切れ
- 巻き直しまたは交換を必要とするモーターの重大な損傷
是正措置
検出時
- 重大度に応じて監視頻度を増やす
- 可能であれば、動作の厳しさを軽減する（負荷、デューティサイクルを下げる）
- モーターの交換または巻き直しを計画する
- 再発を防ぐために根本原因を調査する
修理オプション
- モーター巻き戻し: ステータ巻線の交換（大型モータ、100HP以上、通常は経済的）
- モーターの交換: 小型モーターの場合はより経済的（通常 50 HP 未満)
- コイル交換: 一部の設計ではコイルを個別に交換可能
- 臨時運行： 初期段階の障害では、綿密な監視により運転を継続できる可能性がある。
防止
- 定格電圧、電流、温度の範囲内で動作
- 適切な換気と冷却を確保する
- 汚染から保護する（筐体、シーリング）
- 重要なモーターにはサージ保護を使用してください
- 定期的な絶縁試験（重要なモータについては毎年）
- 発生中のホットスポットを検出するための熱調査
ステータの欠陥は、モーターの主要な故障モードの一つであり、振動モニタリング（電源周波数の2倍）、電流解析、熱画像診断、定期的な電気試験を組み合わせることで、多くの場合早期に検出できます。軽微な絶縁劣化から壊滅的な巻線故障への進行を理解することで、モーターの故障を予防し、修理と交換の判断を最適化する予知保全戦略が可能になります。.
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