破損したローターバーの理解
破損したローターバー とは、誘導電動機のリスケージ型ローターの導体バーが完全に破断することである。この状態は ローターバー欠陥, しかし、この用語は、亀裂や高抵抗の接合部ではなく、完全な破損を強調している。1本または複数のバーが切断されると、電流はもはやその中を流れることができなくなり、その結果生じる電磁気の非対称性によって、特徴的な 振動 および電流シグネチャー サイドバンド の間隔で配置されている。 ポール通過周波数 （極数 × スリップ周波数) around the 運転速度.
折れたバーはカスケード的に破損するため、特に厄介である。1本のバーが折れると、その横のバーに余分な電流と応力が流れ込み、そのバーが順番に破損し始める。バーが1本折れた段階で早期に発見されれば、モーターは監視下で数ヶ月間運転することができるが、見逃すと故障は複数の破損バーへと進行し、交換が必要な壊滅的なローター故障に至ることがある。
1.ローターバーの壊れ方
熱疲労（最も一般的）
加熱と冷却の繰り返しが主な原因であり、そのメカニズムは段階的に追っていく価値がある：
- 起動電流： 始動時、ローターはロック・ローター状態で通常の5～7倍の電流を流す。.
- 熱膨張: アルミ棒は強く膨張し、その係数は約23μm/m/℃である。.
- 制約: 鉄芯の膨張ははるかに小さく（約12μm/m/℃）、棒を拘束する。.
- ストレス： この差膨張は、棒鋼に高い熱応力を発生させる。.
- 疲労： スタートサイクルの繰り返しでローサイクルを駆動 疲労.
- 亀裂の発生： クラックは通常、バーとエンド・リングの接合部、つまり最も応力の高い箇所から始まる。.
機械的ストレス
- 遠心力 高速で。.
- 走行時および始動時の電磁力。.
- 外部から伝わる振動。.
- 始動時や急激な負荷変動時の衝撃荷重。.
製造上の欠陥
- 気孔率： アルミ鋳造ローターのボイド。.
- ボンディングが悪い： バーとコアの結合が不十分。.
- 材料の含有物： 鋳物に閉じ込められた汚染物質。.
- エンドリングのジョイントが弱い： バーとエンド・リングの接続が悪い。.
動作条件
- 頻繁な始動： すべてのスタートは熱的、機械的ストレスのイベントである。.
- 高慣性負荷： 加速時間が長いとバーのストレスが長くなる。.
- 逆転サービス： プラグは極端な電流を発生させる。.
- シングルフェイズ： 1相が失われた状態で運転すると、残りのローターバーに過負荷がかかる。.
2.特性サイドバンドシグネチャー
サイドバンドが現れる理由
特徴的な診断パターンは、明確な原因と結果の連鎖によって生じる：
- 折れたバーは電流を流すことができず、ローターに電気的な非対称性が生じる。.
- その非対称性は回転磁界に対してすべり周波数 fs — 同期速度とローター速度の差で、単位はHzです。
- これにより極通過周波数 F でトルク脈動が生じますP = 極数 × fs — 同等に、単位すべりの2倍に電源周波数を掛けたもの（2·s·fライン).
- トルク脈動は、通常の機械的アンバランスから生じる1×振動を変調する。.
- その結果、運転速度 ± 極通過周波数間隔で配置されたサイドバンドが現れます。
振動パターン
- 中央ピーク： 1× 走行速度 (fr).
- 下側サイドバンド： fr − FP (where FP = poles × fs が極通過周波数です）。
- アッパー・サイドバンド： fr + FP.
- 複数のサイドバンド： fr ± 2FP, fr ± 3FP 深刻さが増すにつれて.
- 対称： サイドバンドは1×ピークの周りに対称的に配置されている。.
実例
全負荷時の4極、60Hzモーター：
- 同期速度：1800 RPM。.
- 実際の回転数：1750 RPM（29.17 Hz）。.
- すべり: 50 RPM、したがってすべり周波数 fs = 50/60 = 0.833 Hz.
- 極通過周波数: FP = 4 poles × 0.833 Hz = 3.33 Hz.
- 振動がピークになるのは次の時です: 25.8 Hz、29.17 Hz、32.5 Hz。
- 破断バーは、±3.33 Hz の対称サイドバンドによって確認されます。
スリップ周波数はこのパターンのすべての基本であるため、問題のモーターについて正確に計算する必要がある。 モータースリップと実回転数計算機 は銘板データから直接これを行う。.
3.電流シグネチャー分析（MCSA）
モーター電流を分析すると、次のような密接に関連したパターンがあることがわかる。 電源周波数:
- 中央ピーク： ライン周波数（50または60Hz）。.
- サイドバンド: fライン ± 2·s·fライン。ここで s は単位量すべり — 同じ ±FP 振動の場合と同じ間隔です。なぜなら 2·s·fライン は極通過周波数に等しい。
- 例： 上記の4極モータ（s = 50/1800 ≈ 2.8%）では、60 ± 3.33 Hz、すなわち 56.7 Hz と 63.3 Hz に側帯波が現れます。
- 利点： 非侵襲的で連続モニタリングに適している。.
- 感度： 多くの場合、振動よりも早くバーの破損を検出する。その モーターの電気的欠陥頻度計算機 は、これらの正確な電流サイドバンドを予測する。.
4.進行段階
単一の破断バー
- 1×ピークの20-40%付近に小さなサイドバンドが現れる。.
- わずかなトルクの脈動があるが、気づかないことが多い。.
- モーターの性能はほぼ正常である。
- モーターは監視下で何カ月も作動する。.
- それでも交換を計画すべきである。.
複数の隣接する破断バー
- 1×ピークの50%以上の強いサイドバンド。.
- トルク脈動が目立つ。.
- スリップと温度の上昇。.
- 隣接するバーが過熱するにつれ、進行が加速する。.
- 交換が急務となる — 数週間の猶予しかない。
重篤な状態
- サイドバンドは1×ピーク振幅を超えることがある。.
- 被駆動機器に達する激しいトルク脈動。.
- 高い振動と温度。.
- エンドリングの故障やローターの完全な故障のリスク。.
- 早急な交換が必要である。.
5.現場での検出
振動解析
決定的な課題は分解能です。サイドバンドは1×ピークのごく数Hz近く（極通過周波数で、通常は1–4 Hz）に位置するため、分析器はそれらを明瞭に分離できなければなりません。
- 高解像度を使用する FFT — 0.2Hzより高い分解能で — サイドバンドを分離する。 FFT分解能計算機 行数とスパンを選択できます。.
- 電流が流れるとサイドバンドが大きくなるので、負荷をかけてモーターをテストする。.
- 事前にこのモーターの予想すべりと極通過周波数を計算してください。
- 検索 スペクトラム ±F の対称サイドバンドについてP 1×ピーク付近。.
- サイドバンド振幅の経時変化。.
この作業はポータブル機器でも十分に可能である。例えば バランセット-1A モータ軸受で振動スペクトルを取得し、光学レーザータコメータで真の軸速度を読み取ることで、正確な 1× 周波数を確定し、すべりを計算し、折損したロータバーを確認する極通過周波数間隔の側帯波を探せます — すべてモータを通常負荷で運転したまま行えます。同じ計器は 1× 振幅と位相も測定するため、真のロータバー兆候と単純な 運転速度 ローター交換ではなく、バランシングが必要なアンバランス。.
MCSAテスト
- 電流プローブをモーターのリード線にクランプする。.
- 現在の波形を取得し、そのFFTを計算する。.
- fのサイドバンドを探すライン ± 2·s·fライン (that is, fライン ± FP).
- 健康運動基準値と比較する。.
- これは、振動の症状が明らかになる前に、問題の兆候を示すことができます。.
6. 是正措置
即時対応
- 毎月、毎週、毎日と監視頻度を上げる。.
- を通じてサイドバンド振幅の成長率を追跡する。 トレンド分析.
- 予備モーターを注文するか、ローターの交換を計画する。.
- 可能であればデューティサイクルを下げ、始動を最小限にする。.
- 故障解析のために経過を記録する。.
修理オプション
- ローター交換： 大型モーター（100HP以上）に最も信頼できる選択肢です。
- ローターのリキャスト： 専門店ではアルミローターの再鋳造が可能です。
- モーターの交換： 小型モーター（50馬力以下）の場合、最も経済的なルートとなることが多い。
- 原因究明： 再発防止のため、バーが折れた原因を突き止める。
防止
- ソフトスターターまたはVFDを使用して、始動電流と熱応力を削減する。
- 高慣性負荷の始動周波数を制限する。.
- 実際の負荷サイクルに適合する定格のモータを指定してください。高サイクル運転には頻繁始動設計を採用してください。
- モータの換気と冷却を十分に行ってください。
- 単相状態から保護する。
破損したローター・バーが占める割合は、約10-15%に過ぎない。 モーター故障、それでも信頼性の高い早期検出を支える明確な極通過サイドバンドのシグネチャを残すため、振動解析または電流解析で確実に早期検出できます。熱疲労メカニズムを理解し、特徴的なサイドバンドパターンを認識し、その確認項目を 状態監視 プログラムにより、1本のバーの破損が複数のバーの故障に連鎖し、計画外のダウンタイムが長くなる前に、計画的にモーターを交換することができます。
