振動解析によるACモーターの電気的不具合の診断
電気的障害 AC誘導モーターにおける不具合とは、磁気回路——固定子、回転子、またはそれらの間のエアギャップ——の欠陥であり、振動としてその兆候が現れます。 振動解析 は機械的な問題（例えば アンバランス そして ベアリングの欠陥など）と最もよく関連付けられますが、電気的な不具合を検出する強力な手法でもあります。電気的な欠陥は脈動する磁気力を生成し、固定子と回転子を振動させます。その振動はモーターのフレームを伝わり、 加速度計によって容易に検出できます。重要なのは、電源周波数やモーターの極数に関連するパターンを認識することです。
1. はじめに：振動源としての電気故障
電気的不具合を診断する鍵は、電源周波数（地域によって50 Hzまたは60 Hz）やモーターの極数に関連する特定の周波数ピークを探すことです。これらの力は純粋に機械的なものではなく磁気的なものであるため、通常の機械的不具合と区別する2つの手がかりがあります。周波数が軸回転速度ではなく電源にロックされること、そしてそれらの多くが負荷の変化によって変動することです。典型的な診断テストは、スペクトルを監視しながら負荷を落とすことです。負荷を取り除いた際に消えるピークは、ほぼ確実に電気的な原因によるものです。 周波数 and of motor スリップ 下記のあらゆる診断の基礎となります。
2. ステータの故障
固定子の問題——鉄心の弛み、コイルの緩み、または積層鉄心の短絡——は、固定子を偏心または変形させ、ボア周囲に不均一な磁場を生じさせることがあります。その結果、電源周波数の2倍で脈動する磁気力が発生します。
- 振動シグネチャ: 主な指標は、次の周波数における高振幅ピークです： 電源周波数の2倍（2×FL)60Hzモーターの場合、これは120Hz（7200CPM）です。50Hzモーターの場合、これは100Hz（6000CPM）です。
- 特徴: the 2×FL ピークは振幅が非常に安定しており、負荷の影響をほとんど受けません。振動は、フレームが脈動する引力に対して最も剛性が高い、固定子取付け足の方向で最も高くなることが多いです。 ステーターの欠陥 は機械的な 緩み （回転速度の2倍）と誤認されやすいため、負荷試験と正確な周波数読み取りが重要です。
3. ローターの故障（ローターバーの破損）
AC誘導モーターでは、ローターバーのひび割れや破損が一般的な故障です。バーが破損すると、ローターケージにおける電流の流れが乱され、局所的な発熱と、運転速度振動を変調させる脈動トルクが生じます。
- 振動シグネチャ: 古典的な兆候である 破損したローターバー は 極通過周波数 (FP) サイドバンド straddling the 走行速度（1倍） peak and its 倍音.
- ポール通過周波数 (FP): 回転磁界に対してローターが滑る速度であり、次の式で算出されます： FP = 極数 × すべり周波数ここで、すべり周波数とは磁界の同期速度と実際のシャフト回転速度との差です。
- 特徴: 1× ピークの両側に明確なサイドバンドが現れるパターンを探してください。一方は (1× + FP)、もう一方は (1× − FP) の位置にあります。損傷が進行するにつれ、2× および 3× 高調波の周囲にもサイドバンドが現れます。固定子の欠陥とは異なり、この特徴は負荷に非常に敏感です — 負荷が増加するにつれてサイドバンドは大きくなり、無負荷状態では完全に消えることがあります。
4. 偏心エアギャップ
について エアギャップ はロータと固定子の間の小さなクリアランスです。これがボア全周にわたって均一でない場合、不均衡な 磁力 が発生し、ロータに振動を引き起こします。
- 静止偏心: ロータは軸受内で中心に回転していますが、固定子コアが真円でないため、ギャップが最も狭い点が空間内で固定されています。
- 動的偏心： ロータ自体が真円でないか中心からずれているため、ギャップが最も狭い点がロータとともに回転します — これは ローターの偏心.
- 振動シグネチャ: どちらの形態も 2×FL ピークの周囲にポールパス周波数のサイドバンドを生じます。重篤な場合には複雑なパターンが現れ、2×FL ± FP の周囲だけでなく、回転速度高調波の周囲にもサイドバンドが発生します。
5. 確認とベストプラクティス
電気的な欠陥はスペクトル上で回転速度成分に近い位置にあるため、それらを識別するには規律ある計測が不可欠です。
- 高分解能スペクトラム: 電気的障害の診断には高分解能が必要 FFTスペクトル 回転速度高調波と電源周波数高調波、およびそれらの近接したサイドバンドを分離するために十分なライン数を確保してください。 ズームFFT すべり周波数のサイドバンドを明確に分解するには、多くの場合これが唯一の方法です。
- 負荷は重要です： ロータバーの問題では、欠陥を検出するためにモータを相当の負荷（通常 75% 以上）で運転しなければなりません。ピークを監視しながら負荷を変化させることが、電気的原因と機械的原因を現場で見分けるための最も信頼性の高い方法です。
- 現場での計測： 次のような携帯型 2 チャンネル振動解析器 バランセット-1A 現場にてスペクトルとモーターの同期運転速度を記録し、分解作業に踏み切る前に2×FL ステーターのピークや負荷依存のポールパス・サイドバンドを容易に特定できます。また、真の原因が機械的なアンバランスであることが判明した場合には、 ローターのバランスをとる 同じ訪問で。.
- 他の技術による確認： 診断結果は、モーター電流特性解析（MCSA）または 赤外線サーモグラフィーによって裏付けることができます。これにより、折損したバーや短絡した積層コアによって生じる局所的な熱を可視化できます。より広範な モーター欠陥 との照合により、電気的な故障と機械的な故障を混同することを防ぎます。
