電気モーターのステーター欠陥の理解
ステーターの欠陥 電動機の固定子巻線および鉄心に生じる故障には、絶縁破壊、巻線間短絡、相間短絡、地絡、巻線の汚染、および積層板の損傷などがあります。これらは主要な故障モードであり、固定子巻線の故障は電動機全体の故障の約30～40％を占めており、 ベアリングの故障. ステーターの故障はモーターの磁気的対称性を乱し、その非対称性は機械的に次のように現れる。 振動 で 周波数の2倍 （60 Hz電源では120 Hz、50 Hz電源では100 Hz）、また、電流不平衡による電気的要因、サーモグラフィ画像、および絶縁抵抗試験においても確認できます。
固定子（ステーター）の不具合を理解することは重要です。なぜなら、こうした不具合は通常、数か月から数年という長い時間をかけて徐々に進行するため、早期発見の機会は十分にあるものの、放置すれば火災やモーターの甚大な損傷、あるいは重大な安全上の危険を伴う壊滅的な焼損へと発展する恐れがあるからです。これらは、以下で取り上げる回転子（ローター）側の問題と並んで重要な課題です。 電気的な不具合 および、より広範な モーター欠陥.
1. ステータの欠陥の種類
断熱材の不具合
最も大きな単一のカテゴリーであり、ほとんどの場合、ここがステーターのトラブルの発端となる。
- ターン間短絡： 同じコイルの隣接する巻線間の絶縁が破損します。短絡した巻線には過剰な循環電流が流れ、局所的な過熱箇所が生じます。この故障は最初は軽微ですが、次第に他の巻線にも波及していきます。電流の不平衡、熱による過熱箇所、および2×f振動の増大によって検出され、固定子の故障の大部分を占めています。
- 相間短絡： 相間の絶縁が破壊される。これは巻線間短絡よりも深刻であり、即座にトリップを引き起こしたり、重大な損傷を与えたりする可能性がある。通常、大きな電流不平衡として現れ、過電流保護装置を作動させることがある。
- 地絡（相－フレーム間）： 巻線とフレーム間の絶縁が破損します。これは、モーターのフレームに電圧が印加され、感電の危険が生じる可能性があるため、安全上の問題となります。この不具合は、漏電保護装置や絶縁抵抗測定によって検出され、通常は絶縁材の経年劣化、汚染、機械的損傷、または湿気によって引き起こされます。
巻き込みによる物理ダメージ
- 機械的損傷： 設置やメンテナンスの際に損傷したコイル。
- 熱損傷： 絶縁体と銅の両方を劣化させる過熱。
- 汚染： 巻線に油、化学物質、または導電性の粉塵が付着している。
- 湿気による損傷： 水の浸入により、表面のトラッキングや短絡が発生する。
- コロナ損傷： 高電圧により周囲の空気がイオン化され、絶縁体が侵食される。
ラミネート加工に関する問題
- コア積層体が互いに短絡し、効率が低下し、発熱を引き起こした。
- 積層板の損傷または緩み。
- 体幹のずれや偏りは、 エアギャップ.
- その結果、渦電流損失が増加し、局所的な高温箇所が生じます。
2. 固定子の故障原因
熱分解
- オーバーロード: 過大な電流により、巻線が絶縁定格を超える温度まで加熱される。
- 冷却が停止しました： 換気が不十分だと、熱による劣化が早まります。
- 周囲温度が高い場合： 冷却効果を低下させる。
- 頻繁な始動： 繰り返し発生する突入電流は、熱的ストレスを引き起こす。
- 断熱材の耐用年数： 経験則として、定格温度より10℃高くなるごとに、絶縁寿命は半分になります。
電気的応力
- 電圧サージ： 雷やスイッチング過渡現象は、絶縁体に負荷をかける。
- 電圧不平衡： 不均等な相電圧は循環電流を引き起こす――これは密接に関連している 電気的不平衡.
- Over-voltage: 定格電圧を超えて動作している。
- VFD effects: PWMスイッチングによる高いdV/dtは、絶縁層、特にコイルの最初の数巻線に悪影響を及ぼす。
汚染と環境
- 水分： 湿度や水分の侵入により、絶縁抵抗が低下します。
- 導電性粉塵： 金属粒子やカーボンダストが絶縁層をショートさせる。
- 化学薬品: 腐食性または溶剤の蒸気が断熱システムを侵食する。
- オイルおよびグリース： 石油製品は有機断熱材を劣化させる。
機械的な原因
- 振動： 過度な振動により、絶縁体が摩耗する。
- 熱サイクル： 繰り返される膨張と収縮により、断熱材にひび割れが生じます。
- Rotor strikes: ローターとの接触により、巻線に物理的な損傷が生じます。
- 設置時の損傷： 巻き戻しや交換時の乱暴な取り扱い。
3.振動シグネチャー
主要指標：線周波数の2倍
固定子に問題がある場合の特徴は、電源周波数の2倍の周波数を持つエネルギーが現れることです：
- 頻度： 60 Hzシステムでは120 Hz、50 Hzシステムでは100 Hz — 周波数の倍数である 周波数、軸回転数ではなく。
- 機構： 非対称な磁場は、不均衡な電磁力を生じさせる。これは一種の 磁力 電源周波数の2倍の周波数でパルスする。
- 正常なモーター： 2×f成分は常に存在しますが、その値は小さく（1×の約10％未満です）。
- 固定子の欠陥： 2×fの振幅は上昇している（1×の約20～50％を上回り、場合によってはさらに高くなることもある）。
- 進行状況: 断層の状態が悪化するにつれて、振幅は大きくなる。
磁気的な2×fと機械的な2×fを見分ける実用的なテストが一つあります。それは、電源を切ることです。純粋に電磁的な成分は、電源が切れると瞬時に消失しますが、機械的な 走行速度 高調波は、ローターが減速して止まる際にのみ減衰する。
追加コンポーネント
- 線周波数（1×f）成分が増加する可能性があります。
- より高い 倍音 (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ります。
- 電磁力は、しばしば120/100 Hzのハム音として聞こえることがある。
4. 検出方法
振動解析
- 2倍の線周波数の振幅を監視し、経時的な変化をグラフ化する。
- と照らし合わせて ベースライン または同様のモーターと比較して。
- 2×fが1×走行速度振動の約30%を超えた場合にアラートを発報する。
- 上昇傾向は、固定された設計特性というよりは、進行性の不具合であることを裏付けている。
電流測定
- 相電流バランス： 各相の電流を測定する。
- 10%を超える不均衡： これは巻線に問題があることを示しています。
- クランプメーター： 簡単な現場測定。
- 電力品質アナライザ： 詳細な電流波形解析を行い、これによって、特定するために用いられたモーター電流の特性解析を補完する 破損したローターバー.
絶縁抵抗試験
- メガオームメーター（メガー）: 巻線とアース間の抵抗を測定する。
- 承認: 通常、1 kVあたり1 MΩ以上、かつ最低1 MΩ以上。
- トレンド: 数値が低下している場合は、状態が悪化していることを示しています。
- 偏光指数： 10分間の測定値と1分間の測定値の比率（2.0以上が良好、2.0未満は問題あり）。
合格・不合格の基準値は定格電圧と温度に応じて変化するため、 絶縁抵抗（メガー）測定結果の解説 生の測定値をIEEE 43規格に基づく判定値に変換するのに便利です。
サーモグラフィー
- 赤外線カメラにより、モーターフレーム上の高温箇所が確認された。
- 局所的な発熱が、巻線故障箇所を示している。
- 相間の温度の不均衡は、それ自体が兆候である。
- サーモグラフィー 電気試験で異常が検出される前に、発生しつつある不具合を早期に発見できる。
Surge testing
- 電圧インパルスを印加し、位相応答を比較する。
- 他の試験では検出できない巻線間の短絡を検出します。
- 専用の機器が必要です。
- 巻き直し後の品質確認のために、自動車整備工場で一般的に使用されています。
5. 経過と結果
固定子の故障は、明確な段階を経て進行しますが、まさにその点が 状態監視 彼らに対してこれほど効果的なプログラム：
- Early stage: 絶縁抵抗のわずかな低下、電流不平衡の微小な変動（5%未満）、および2×f振動のわずかな上昇――これらは高感度な測定を行わなければ検出できない。
- 中程度の段階： 明らかな電流不平衡（5～15％）、2倍周波数の振動の増加（1倍周波数の20～50％）、サーモグラフィー画像上の目に見えるホットスポット、および絶縁抵抗の低下。
- 進行期： 大きな電流不平衡（15％以上）、極めて高い2×f振動、明らかな過熱、低い絶縁抵抗、および差し迫った故障の現実的なリスク。
- 致命的な障害： 巻線の完全な焼損、火災や発煙の可能性、保護装置の作動やヒューズの断線、および巻き直しや交換を必要とする深刻な損傷。
6. 是正措置
検出時、 深刻度に応じて監視頻度を高め、可能な限り運転負荷を軽減し（負荷や稼働率を下げる）、巻き直しや交換を計画するとともに、再発を防ぐために根本原因を究明してください。
Repair options 主にモーターのサイズに依存する：
- モーター巻き直し： 固定子巻線の交換 — 通常、大型モーター（約100馬力以上）の場合、費用対効果が高い。
- モーターの交換： 通常、小型モーター（約50馬力以下）の場合、より経済的です。
- コイルの交換： 設計によっては、個々のコイルを交換することが可能です。
- 一時的な運用： 初期段階の不具合であれば、交換部品の手配が完了するまで、厳重な監視下で稼働を継続できる場合があります。
防止 主に設計上の許容範囲内での運用が求められます。具体的には、定格電圧、定格電流、定格温度の範囲内で運転すること、十分な換気と冷却を確保すること、適切な筐体やシールにより巻線を汚染から保護すること、重要なモーターにはサージ保護装置を設置すること、定期的な絶縁試験（重要な機械については年1回）を実施すること、そして発生しつつあるホットスポットを早期に発見するために熱調査を行うことです。
7. 振動工具の用途
固定子故障の決定的な症状は機械的なもの――つまり、2倍の電源周波数に相当する振動の増大――であるため、携帯型アナライザは第一線のスクリーニングツールとなります。現場では、技術者が 加速度計 モーター上で、そして バランセット-1A to capture the 振動スペクトル、100/120 Hzの波形の振幅を読み取り、モーターのベースラインと比較して傾向を分析します。その後、電源オフテストを行い、そのピークが電磁的なものかどうかを確認します。銘板のデータを、診断時に探すべき正確な周波数に変換するには、 モーターの電気的欠陥頻度計算機 線周波数、スリップ、および極通過項を提示する。
これらを組み合わせて使用する場合――ライン周波数の2倍の周波数での振動監視、 FFT 「電流解析、赤外線検査、定期的な電気試験――これらの手法により、固定子の故障の大部分を、修理費用がまだ安価な段階で発見することができます。軽微な絶縁劣化から致命的な焼損に至るまでの経過を理解することで、保守チームは適切なタイミングで介入し、巻き直しと交換のどちらが適切かという判断を的確に行うことができるのです。」
