電気不平衡を理解する
電気的不平衡 - とも呼ばれる。 位相アンバランス, 位相不均衡, 電圧不平衡 または 電流アンバランス — 三相システムにおいて、三相の電圧または電流の大きさが不均等である、あるいは電気角でちょうど120度離れていない状態。このような非対称性は、電源側に起因するものであれ、モーターの巻線内部に起因するものであれ、 モーター 巻線は、アンバランスな電磁力、過度の巻線加熱、逆相電流、トルク脈動、そして特性を発生させる。 振動 倍である。 電源周波数.
電気的アンバランスを厄介にしているのは、そのてこ作用である。2～3%程度のわずかな電圧アンバランスでも、6～10倍大きな電流アンバランスを引き起こし、モーター効率、熱マージン、絶縁体の寿命を静かに損なう。これは、電力供給の問題、工場内の配電不良、またはモーター自体の欠陥から発生する、産業施設で最も一般的で、最も見過ごされている問題の1つである。その振動の特徴はいくつかの純粋な機械的欠陥と周波数を共有しているため、メンテナンスチームが遭遇する中でも最も頻繁に誤診される状態の一つでもある。
1.位相アンバランスとは？電圧、電流、位相角のアンバランス
「位相のアンバランス」は、同じ状態の日常的な現場での呼び名であり、3つの異なるが関連した形で現れる。どれを測定しているかを知ることが重要である。電圧のアンバランスは電源がモーターに与える原因であり、電流のアンバランスはその増幅された結果であり、モーターはそれに応じて苦しむことになる。 効果 それに対してモーターは苦しむ。.
電圧不平衡
電圧不平衡は、3つのライン間（またはラインとニュートラル間）電圧の不平等です。各相ペア（AB、BC、CA）間の電圧を読み取ることで測定され、NEMAの定義を使用してパーセンテージで表されます： %電圧アンバランス＝（平均からの最大偏差÷平均）×100一例として、477V、480V、483Vの各相の平均は480Vであり、最大偏差は3Vで、0.625%のアンバランスとなる。NEMA MG-1では1%以下は許容範囲とされているが、IECでは約2%まで許容範囲とされている。電圧アンバランスは、この後に続くほとんどすべての要因の上流にあるため、最初に傾向を監視すべきパラメータである。
電流不平衡
電流アンバランスとは、三相電流（IA, IB, IC)をクランプメーターで測定し、同じ最大偏差式で計算します。電流アンバランスに関する重要な事実は、その感度です。モータの負列インピーダンスは低いため、わずかな電圧アンバランスが電流アンバランスに拡大されます。 6倍から10倍わずか1%の電圧アンバランスが6～10%の電流アンバランスとして現れることがある。これはまさに、電流のほうがより敏感な早期警告指標である理由であり、供給が安定しているにもかかわらず電流アンバランスが上昇している場合、モーター内部で進行中の故障を示している理由でもある。
位相角の不平衡
3つ目の形態は角度的なもので、3つの位相は、たとえ大きさが等しくても、正確に120°離れていません。これはマグニチュード・アンバランスよりも一般的ではなく、単純な電圧計では見ることができません。角度のアンバランスは、マグニチュードのアンバランスと同じ脈動トルクと余分な加熱を発生させ、この2つはしばしば一緒に発生します。.
2.電気的アンバランスがモーターに振動を発生させるメカニズム
電気的な非対称性と機械的な振動の間には、エアギャップ磁場が関係している。バランスの取れたマシンでは、回転磁界はスムーズで、半径方向の磁力は安定した対称的な引きになります。アンバランスでは、その対称性が崩れ、次のような現象が生じます。 逆相 主磁場に対して逆回転する磁場である。.
での振動が支配的である。 周波数の2倍:50 Hz電源の場合は100 Hz、60 Hz電源の場合は120 Hzです。この2×ライン成分は、純粋に電磁気的なものである。 エアギャップ, 回転質量からの機械的な力ではありません。その振幅はアンバランスの度合いに応じて変化するため、電源の悪化や巻線故障の発生は、100/120 Hzのピークが着実に上昇することで現れます。 スペクトラム.
2つ目の、より微妙なサインは 走行速度の1倍, このポールパス変調は、運転速度のピーク付近にサイドバンドを発生させます。この極通過変調は、走行速度のピークの周囲にサイドバン ドを生成し、次のようなロータ関連の電気的問題の典型的な 指標となります。 破損したローターバーこれらのサイドバンドを正しく読み取ることで、アナリストは供給側のアンバランスとローターに焼き付いた故障を切り分けることができる。
3.電気的アンバランスと機械的アンバランスの区別
電磁気的な2×ライン周波数成分は、2極モーターの運転速度の2倍に非常に近いため、次のような機械的な故障と混同されることが多い。 ずれ または緩みも2×軸速エネルギーを発生させます。これらを見分けることは、モータの振動を診断する上で最も有用なスキルであり、信頼性の高いテストが2つあります。.
一つ目は 周波数精度電気部品は主電源にロックされている。 まさに 100Hzまたは120Hzであるのに対し、機械的な2×は実際の運転速度の2倍（誘導モーターのスリップのため、常に同期速度の2倍よりわずかに低い）に位置する。十分なスペクトル分解能があれば、ピークは分離します。負荷によって動かないラインロックされたピークは電気的なもので、シャフト速度に追従するピークは機械的なものです。.
2つ目は、最も決定的なことである。 パワーオフテスト疑わしいピークをリアルタイムで観察しながら、モーターへの電力を遮断する。真の電気的成分は たちまち消える 磁気的強制力は電流が停止した瞬間に消滅するのに対し、機械的成分はローターが惰性で減速するにつれて徐々に減衰するためである。この瞬時消失テストは、電気的起源を確認するための古典的で明確な方法であり、必要なのはライブスペクトラム表示と停止ボタンだけである。
4.電気的アンバランスの原因
アンバランスの原因は、グリッドから内側に向かうにつれて、自然に3つの層に分類される。.
公共事業の供給問題
供給におけるアンバランスは、一般的に、アンバランスな配電変圧器、3相サービスの1相に接続された大きな単相負荷、長い送電線間の不均等なインピーダンス、またはより広いユーティリティ障害状態から生じる。これらは、電力が建物に入る前から存在する電圧アンバランスを生じさせ、サービス入口で測定することで診断される。.
施設の分布
プラントの内部では、1相の高抵抗接続、1相を部分的に損失させるヒューズの溶断、導体に異なるインピーダンスを与える不等長ケーブル、または極端な場合、1相の完全な損失であるシングルフェイズが通常の原因です。端子の緩みや腐食は、これらの中で最も頻繁に発生し、最も簡単に修正できるもので、多くの場合、接合部が加熱するにつれて負荷時に悪化するアンバランスとして現れます。.
モーター内部の原因
電源がバランスしていることが確認されても電流がバランスしていない場合、故障はモーター内部にあります。ターン間短絡は1相の有効巻数を減少させ、製造上のばらつきは巻線抵抗をわずかに不均等なままにし、端子接続は劣化し、損傷した巻線の部分的な短絡または開回路は深刻な非対称性を生じさせます。 固定子巻線の欠陥エアギャップ偏心（ローターがボアの中心にない状態）は関連する電磁気的な原因であり、それ自体が偏った磁気を発生させ、巻線の問題を頻繁に伴う。
5.運動能力への影響
過熱
過熱は最も深刻な結果であり、アンバランスがモーターを死滅させるメカニズムです。非対称性によって負電流が発生し、余分な熱を放散する一方、一方の相は設計をはるかに上回る電流を流すことになります。温度上昇は原因に比例しません。経験則によると、3%の電圧アンバランスで巻線温度が18～25%上昇します。絶縁体の寿命は、温度が10℃上昇するごとにおよそ半分になるため、絶縁体の老朽化が急速に進み、早期故障につながります。.
効率、力率、エネルギーコスト
アンバランスは、何の役にも立たない循環電流や負電流によって効率を低下させ、力率を低下させ、全体的なエネルギー消費量を増加させます — 典型的な中程度のアンバランスは、効率において1〜2%のコストを要します。その 三相モーター電力計算機 アンバランスが浪費している追加入力電力を定量化するのに役立つ。
トルク脈動と振動
電気的には、負電磁界がライン周波数の2倍の脈動トルクを発生し、これを駆動する。 ねじり振動 ドライブトレインのねじれを誘発する。 共振半径方向には、前述の100/120Hzの振動と同じ強制力が現れ、その振幅はアンバランスの程度に比例し、これらはすべて同じ電気周波数で動いているため、ステーターの故障や磁気吸引力と間違われやすい。
耐用年数の短縮とディレーティング
熱応力は絶縁寿命を縮め、銘板定格以下でモータを運転せざるを得なくなります。NEMA はこの問題に直接対処するために ディレーティング曲線電圧アンバランスが1%を超えると、モータの使用可能容量が減少し、5%アンバランスではディレーティング係数が約0.75に低下します — つまり、単に熱的制限内に収めるためだけに、モータの定格出力の4分の1が犠牲になるということです。
6.電圧と電流の不平衡に関するNEMAとIECの制限値
2つの規格が許容限度を定めており、それぞれ微妙に異なる定義を使っているため、測定がどちらに従っているかを正確に把握しておく価値がある。
NEMA MG-1 は、電圧アンバランスを平均からの最大偏差を平均で割ったものと定義し（本記事ではこの式を使用）、以下の電圧の電源でモーターを運転することを推奨しています。 1%電圧アンバランスそれ以上では、NEMA はモータを公表曲線に沿ってディレーティングすることを要求しており、明確に次のことを推奨しています： に対して 電圧アンバランスが5%を超えるモータを運転する場合。.
IEC は対称成分の定義、つまり正電圧に対する負電圧の比を使用し、一般的には約 2% 連続運転時。実際に見られる小さなアンバランスについては、2つの定義は同じような数値を与えるが、報告や受入試験においては、どちらを引用するかが重要である。
電流については、単一の普遍的な制限はありませんが、広く使用されている現場のガイドラインは、電流アンバランスを約 10%, それ以上は調査し、それ以上は故障の発生として扱う。6倍から10倍に増幅されるため、電圧アンバランスをNEMA 1%の目標値以下に抑えることが、電流アンバランスをこの帯域内に抑える最も効果的な方法です。その モーター銘板電流計算機 は、各相を比較するために予想される全負荷電流を示す。
7.検出と測定
電圧と電流の読み取り
モーターが通常負荷で運転されている状態で、電気測定から始めます。の3つのライン間電圧を読み取ります。 モーター端子 - フィーダーに沿った電圧降下が捕捉されるようにし、平均と偏差パーセントを計算する。各相の電流をクランプメーターで読み取り、予想される電流と比較します。 銘板記載の定格電流, そして電流アンバランスを計算する。両者の値を記録し、経時的に推移させることで、一過性の測定値を早期警告インジケーターに変えることができる。
振動解析
振動測定は、電気的なアンバランスが実際に構造物に到達しているかどうか、またその程度を確認します。振動測定 スペクトラム モーターフレームで、正確に100Hzまたは120Hzで上昇したピークを探し、その振幅をマシンのベースラインと比較し、セクション3の周波数精度とパワーオフテストを使用して、ミスアライメントによる機械的な2×から切り離す。2チャンネル 振動解析装置 100Hzのラインピークと98–99Hzのメカニカルピークを分離するには、単純なオーバーオールレベルメーターでは提供できない解像度が要求されるからだ。
熱監視
最後に、巻線またはフレームの温度を測定し、相間の温度不均衡、または負荷が正当化する温度よりも高い全体的な温度を探します。熱はアンバランスがダメージを与えるメカニズムであるため、熱異常は電気的な症状とともに、あるいはそれよりも先に現れることがよくあります。
8.振動アナライザーによる診断
現場では、アンバランスの電気的な特徴は、正確で主電源にロックされた周波数によって定義され、それをきれいに分解するのはポータブル・アナライザーの仕事です。のような2チャンネル分析計は、そのような測定に最適です。 バランセット-1A はモーターフレームでの振動を測定し、支配的なピークがラインロックされた100 Hzまたは120 Hzにあるか（電気的な原因を示唆）、2×ランニングスピードにあるか（ミスアライメントを示唆）を表示します。決定的な確認はやはりパワーオフテストです。画面に表示されるライブスペクトルを見ながら電源を切り、電気的なものであれば疑わしいピークが即座に消えるのを確認し、機械的なものであればローターが惰性で下がるのを確認します。その モーターの電気的欠陥頻度計算機 には、2×ライン、極対サイドバンド、すべり関連成分など、ライン関連の周波数が正確にリストアップされており、紛らわしい低周波スペクトルをチェックリストに変えることができる。
9.是正、予防、監視
供給側のアンバランスを修正する
アンバランスがサービスエントランスに存在する場合は、電力会社に連絡してください。そうでなければ、故障は建物内にあります。配電系統のすべての接続をチェックし、締め、ヒューズとブレーカーに異常がないことを確認し、単相負荷を3相に均等に再分配し、変圧器のタップ設定をチェックする。工場内のアンバランスの意外な大部分は、1つの端子が緩んでいるか酸化しているために、隣の端子よりも抵抗が高くなっていることに他なりません。
モーター側の問題を修正する
電源のバランスは確認されているが、電流がバランスしていない場合は、まずモータの端子とケーブルの接続を清掃して締め付け、次に絶縁抵抗と電流シグネチャ分析を使って巻線の故障をテストします。内部巻線の故障が確認された場合は、巻線を巻き直すかモーターを交換することになります — ターン間短絡に現場修理はありません。
ディレーティング、設置、継続的モニタリング
アンバランスを解消できない場合は、NEMA のディレーティング曲線に従って負荷を軽減し、温度を注意深く監視しながら巻線を保護します。通電前にモータ端子の電圧バランスを確認し、電圧降下を最小にするように導線のサイズを決め、正しいワイ・デルタ接続を確認することで、設置時の再発を防止します。運転中は、定期的に電圧と電流の測定値を取り、それらをより広範な 状態監視 ルーチン トレンド分析, また、ヒューズが切れたりブレーカーが落ちたりしていないか監視し、モーターの問題が再発した場合には電力品質調査を実施します。アンバランスを、故障の後に追いかけるべき故障ではなく、傾向をつかむべきパラメータとして扱うことが、モーター全体の寿命を静かに縮めないようにするのです。.
10.よくある質問
電圧アンバランスと電流アンバランスの違いは何ですか？
電圧アンバランスは3つの電源電圧の不平等であり、通常はこれが原因です。電流アンバランスは3相電流の不平等であり、増幅された影響です。モータの負相インピーダンスは低いため、小さな電圧アンバランスは6倍から10倍の電流アンバランスを生じます。そのため、電流の方がより感度の高い早期警告指標となります。
電気的アンバランスが振動に現れるのはどの周波数ですか？
ライン周波数の2倍、つまり50 Hz電源の場合は100 Hz、60 Hz電源の場合は120 Hzで、負相回転磁界がエアギャップ磁力をその周波数で変調するためです。ロータに関連する電気的故障は、運転速度の1倍付近にスリップポールパス周波数のサイドバンドを追加します。
電気的なアンバランスを、機械的なアンバランスやミスアライメントと見分ける方法は？
パワーオフテストを使用する：スペクトルを見ながら走行中のモーターの電源を切る。真の電気的成分は瞬時に消え、機械的成分はローターが惰性で下がるにつれて減衰する。100/120Hzにラインロックされたピークがあり、負荷によって動かない場合も、信頼できる電気インジケーターです。.
電圧アンバランスはどの程度まで許容できますか？
NEMA MG-1では、電圧アンバランスを1%以下に抑えることを推奨しており、それ以上ではディレーティングが必要で、5%を超える動作は避けるよう勧告している。IECでは、対称コンポーネントの定義を使用して、約2%まで許容しています。電圧アンバランスを1%以下に抑えることは、電流アンバランスを一般的に使用される10%フィールドリミット内に抑える最も効果的な方法である。.
わずかな電圧のアンバランスが、なぜこれほどの加熱を引き起こすのか？
非対称は、片方の相が過負荷になっている間に、モータの低い負極性インピーダンスを逆流する負極性電流を作り出し、余分な熱を放散します。3%の電圧アンバランスは巻線温度を18-25%上昇させ、絶縁寿命を約半分にします。.
ポータブル振動分析装置は電気的アンバランスを検出できますか？
そうです。Balanset-1Aのような2チャンネル・アナライザーは、100/120 Hzのライン・ロック・ピークを分解し、パワー・オフ・テストを実行し、電源側のアンバランスとローター故障を区別するポール・パス・サイドバンドを読み取ります。.
