Elektros disbalanso supratimas
Elektros disbalansas — also called fazių disbalansas, fazių nesimetrija, įtampos disbalansas arba srovės disbalansas — tai būklė trifazėje sistemoje, kai trijų fazių įtampos arba srovės yra nevienodo dydžio arba nėra atskirtos tiksliai 120 elektrinių laipsnių kampu. Ši asimetrija, nesvarbu, ar ji kyla iš maitinimo tinklo, ar pačiame variklis apvijose, sukuria nesubalansuotas elektromagnetines jėgas, per didelį apvijų kaitimą, neigiamos sekos sroves, sukimo momento pulsacijas ir būdingą vibracija at twice the tinklo dažnis.
Elektrinį disbalansą apgaulingu daro jo poveikio mastas: net nedidelis 2–3% įtampos disbalansas gali sukelti šešis ar dešimt kartų didesnį srovės disbalansą, nepastebimai mažindamas variklio naudingumą, šiluminę atsargą ir izoliacijos tarnavimo laiką. Tai viena dažniausių — ir dažniausiai nepastebimų — problemų pramonės objektuose, kylanti dėl elektros tiekimo problemų, prasto vidaus paskirstymo arba defektų pačiame variklyje. Kadangi jos vibracijos požymiai dalijasi dažniais su keliais tikrais mechaniniais gedimais, tai taip pat yra viena iš dažniausiai klaidingai diagnozuojamų būklių, su kuriomis susiduria techninės priežiūros komandos.
1. Kas yra fazių nesimetrija? Įtampos, srovės ir fazių kampo disbalansas
“Fazių nesimetrija” yra įprastas cecho terminas tai pačiai būklei apibūdinti, ir ji pasireiškia trimis skirtingomis, bet susijusiomis formomis. Svarbu žinoti, kurią jų matuojate: įtampos disbalansas yra priežastis, kurią maitinimas perduoda varikliui, o srovės disbalansas yra sustiprintas poveikis variklis kenčia atsakydamas.
Įtampos disbalansas
Įtampos disbalansas yra trijų fazinių (arba fazės ir neutralės) įtampų nelygybė. Jis matuojamas skaitymo pagrindu tarp kiekvienos fazės poros — AB, BC ir CA — ir išreiškiamas procentais pagal NEMA apibrėžimą: % įtampos disbalansas = (didžiausias nuokrypis nuo vidurkio ÷ vidurkis) × 100. Konkretaus pavyzdžio atveju, 477 V, 480 V ir 483 V fazės vidutinės yra 480 V; didžiausias nuokrypis yra 3 V, suteikiantis 0,625% disbalansą. NEMA MG-1 laiko priimtinu bet ką žemiau 1%, o IEC praktika toleruoja iki apie 2%. Įtampos disbalansas yra pirmas parametras, į kurį reikia atkreipti dėmesį, nes tai yra beveik visų tolesnių reiškinių pirminė priežastis.
Srovės disbalansas
Srovės disbalansas yra trijų fazinių srovių nelygybė (IA, IB, IC), matuojama tvirtinimo ampermetu ir skaičiuojama tuo pačiu maksimalaus nuokrypio formule. Pagrindinė faktą apie srovės disbalansą yra jo jautrumas: kadangi variklio neigiamos sekos impedansas yra žemas, kuklus įtampos disbalansas padidinamas į srovės disbalansą maždaug šeštis iki dešimt kartų didesnis. Beveik nepastebimas 1% įtampos disbalansas gali todėl pasirodyti kaip 6–10% srovės disbalansas — tai yra tiksliai todėl, kodėl srovė yra jautresnis ankstyvasis įspėjimas, ir kodėl didėjantis srovės disbalansas tvaraus tiekimo atveju rodo besivystantį gedimą variklyje.
Fazės kampo disbalansas
Trečioji forma yra kampinė: trys fazoriniai dydžiai nebėra atskirti tiksliai 120°, nors jų amplitudės yra lygios. Tai yra rečiau nei amplitudės disbalansas ir negali būti matomos paprastu voltmetu — reikalingas galios kokybės analizatorius, kuris išsprendžia fazorinių santykius. Kampinis disbalansas gamina tą patį pulsavimą ir papildomą šilumą kaip amplitudės disbalansas, ir abu dažnai pasitaiko kartu.
2. Kaip Elektrinė Įtampa Sukelia Vibraciją Varikliuose
Ryšys tarp elektrinės asimetrijos ir mechaninės vibracijos eina per oro plyšio magnetinį lauką. Subalansuotoje mašinoje besisukantis laukas yra sklandus, o radialinės magnetinės jėgos sudaro nuolatinį, simetrišką traukimą. Disbalansas nulaužia tą simetriją ir įveda negative-sequence komponentę — lauką besisukantį atgal pagrindinio lauko atžvilgiu — kuris jį trenkia ir moduliuoja magnetinę jėgą.
Dominuojantis rezultatas yra vibracija esant dvigubai didesnis tinklo dažnis: 100 Hz esant 50 Hz maitinimui arba 120 Hz esant 60 Hz maitinimui. Ši 2× tinklo dedamoji yra grynai elektromagnetinės kilmės — tai pulsuojanti traukos jėga tarp oro tarpas, ne mechaninę jėgą iš besisukančios masės. Jo amplitudė skalės su disbalanso laipsniu, todėl bloginantis tiekimas arba besivystantis naminis gedimas pasirodo kaip nuolat didėjantis 100/120 Hz smailė spektras.
Antroji, subtilesnė signatūra pasirodo esant 1× bėgimo greitis, moduliuojama šlydimo polių praėjimo dažniu (polių skaičius padauginus iš šlydimo dažnio). Šis polių praėjimo moduliavimas sukuria šalinius juostas aplink veikimo greičio smailę ir yra klasikinis rotoriaus elektrinės problemos ženklas, tokios kaip sugedę rotoriaus strypai. Šios šalinės juostos skaitymas teisingai yra tai, kas leidžia analitikui atskirti tiekimo pusės disbalansą nuo gedimo įraityto rotoriuje.
3. Elektrinės ir Mechaninės Disbalanso Atskyra
Kadangi elektromagnetinis 2× linijos dažnio komponentas yra labai arti dvigubo veikimo greičio dviejų polių varikliu, jis rutininiškai painiojamas su mechaniniais gedimais tokiais kaip nesuderinimas arba voltas, kurie taip pat generuoja 2× velenų energiją. Jų atskyra yra vienas naudingiausias diagnostikos įgūdis variklio vibracijai, ir yra du patikimi testai.
The first is dažnio tikslumas. Elektros komponentas yra susietas su tinklu tiksliai 100 Hz arba 120 Hz, o mechaninė 2× yra dvigubai didesniu faktinės darbo greičio dydžiu — kuri, indukcinio variklio slydimo dėl, visada šiek tiek žemiau dvigubos sinchroninės greičio. Pakankamos spektrinės skiriamosios gebos atveju smailės atsiskiria: linijoje užrakintos smailės, kurios nejuda su apkrova, yra elektrinės; smailė, kuri seka veleno greičiui, yra mechaninė.
Antroji — ir labiausiai lemiama — yra power-off test. Stebėkite įtariamą smailę realiame laike ir nutraukite variklio maitinimą. Tikrasis elektros komponentas iš karto išnyksta išjungus šaltinį, nes magnetinis poveikis iš karto išnyksta, kai tik srovė sustabdoma, o mechaninis komponentas palaipsniui silpnėja, kai rotas nuslenka. Šis momentinis-išnykimas testas yra klasikinis, nedviprasmis būdas patvirtinti elektrinę kilmę, ir jam nereikia nieko daugiau, kaip tiesioginės spektro parodymo ir sustabdymo mygtuko.
4. Elektrinės Nebalanso Priežastys
Nebalanso šaltiniai natūraliai skaidosi į tris sluoksnius, judant nuo tinklo link mašinos.
Elektros tiekimo tinklo problemos
Tiekiant energiją, nebalansas dažniausiai atsiranda dėl nesubalansuotų paskirstymo transformatorių, didelių vienfazių apkrovų, prijungtų prie vienos trijų fazinės linijos, nelygios impedancijos ilgose perdavimo linijose arba platesnių energijos tiekėjo gedimo sąlygų. Šios sukuria įtampos nebalansą, kuris yra prieš pat energijai į pastatą patenkant, ir jis diagnozuojamas matuojant prie elektros tiekimo įėjimo.
Įrenginių paskirstymas
Gamykloje įprasti kaltininkai yra viena aukšto pasipriešinimo sąsaja vienoje fazėje, sugadinta degutuota, iš dalies prarandanti fazę, nelygios kabelio ilgiai, suteikiantys laidams skirtingą impedansą, arba — kraštutiniame atveju — vienfazavimas, visiškas vienos fazės praradimas. Pralaida arba surizavusi gnybtų jungtis yra dažniausias ir lengviausia pataisomos iš šių, ir dažnai pasirodo kaip nebalansas, kuris blogėja veikiant apkrovai, kai jungtis įkaista.
Vidinės variklio priežastys
Kai tiekimas yra patvirtintas subalansuotas, bet srovė nėra, gedimas yra viduje variklio. Posūkio srovės sumažina efektyvius posūkius vienoje fazėje; gamybos variacijos gali palikti apvijos varžas šiek tiek nelygias; gnybtų jungtys blogėja; ir dalinė trumpojo sujungimo arba atdaros grandinės sugadintoje apvijoje sukuria didelę asimetriją — visas sutampant su platesniu statoriaus apvijos defektai. Oro tarpo ekscentriškumas — rotas, kuris nėra centruotas skylėje — yra susijusi elektromagnetinė priežastis, kuri sukuria savo nesubalansuotą magnetinį traukimą ir dažnai lydi apvijos problemas.
5. Poveikis Variklio Veikimui
Perkaitimas
Perkaitimas yra rimčiausias pasekmė ir mechanizmas, per kurį nebalansas žudo variklius. Asimetrija sukuria neigiamos sekos srovės, kurios išskiria papildomą šilumą, o viena fazė galiausiai gauna daug daugiau srovės nei buvo skirta. Temperatūros padidėjimas yra neproporcingas priežasčiai: taisyklė sako, kad 3% įtampos nebalansas gali sukelti 18–25% apvijos temperatūros padidėjimą. Kadangi izoliacijos tarnavimo laikas maždaug sumažėja perpus kas 10 °C papildomos temperatūros, rezultatas yra greita izoliacijos senėjimas ir prematura nesėkmė — 3% įtampos nebalansas gali sutrumpinti variklio tarnavimo laiką iki pusės.
Efektyvumas, Galios Koeficientas ir Energijos Išlaidos
Nebalansas mažina efektyvumą per cirkuliuojančias ir neigiamos sekos srovės, kurios neveikia, mažina galios koeficientą ir padidina bendrą energijos suvartojimą — tipinis vidutinis nebalansas kainuoja 1–2% efektyvumo. Papildomą traukimą lengva neįvertinti per metų tęstinį veikimą; Trifazio variklio galios skaičiuoklė padeda apskaičiuoti papildomą įėjimo galią, kurią nebalansas švaisty.
Sukimo Momento Pulsacijos ir Vibracijos
Elektriniu atžvilgiu, neigiamos sekos laukas sukuria pulsavimą du kartus dažniau nei linijos dažnis, kuris varo torsinė vibracija pavaros grandinėje ir gali sukelti sukimo rezonansai. Radialiai tas pats priverstinis svyravimas pasireiškia kaip 100/120 Hz vibracijos, aprašytos aukščiau, kurios amplitudė yra proporcinga disbalanso laipsniui ir kurią nesunku supainioti su statoriaus gedimais ar magnetine traukos jėga, nes visos jos egzistuoja tais pačiais elektriniais dažniais.
Sumažėjusi Eksploatavimo Trukmė ir Galios Mažinimas
Skirtos terminines apkrovas sutrumpina izoliacijos resursą ir priverčia variklį eksploatuoti žemiau jo vardinės galios. NEMA šią problemą sprendžia tiesioginai atliekant derating curve: esant 1% viršijančiam įtampos nesubalansavimui variklio naudojama galia turi būti mažinama, o esant 5% nesubalansavimui mažinimo koeficientas sumažėja iki maždaug 0,75 — tai reiškia, kad ketvirtadalis variklio vardinės galios prarandama tik norint palaikyti jį šiluminėse ribose.
6. NEMA ir IEC Ribos Įtampai ir Srovei Nesubalansuoti
Du standartai nustato priimtinas ribas, ir jie naudoja šiek tiek skirtingus apibrėžimus, todėl verta tiksliai žinoti, kuris standartinis metodas buvo panaudotas atliekant matavimą.
NEMA MG-1 apibrėžia įtampos nesubalansavimą kaip maksimalų nuokrypį nuo vidurkio, padalytą iš vidurkio (formulė, naudojama šiame straipsnyje), ir rekomenduoja variklį eksploatuoti elektros tiekimo sistemose su ne didesniu nei 1% įtampos nesubalansavimų. Viršijus tą ribą, NEMA reikalauja variklio galios mažinti pagal paskelbtą kreivę; jis aiškiai pataria against neeksploatuoti variklio, kurio įtampos nesubalansavimas viršija 5%.
IEC naudoja simetrinių komponenčių apibrėžimą — neigiamos sekos įtampos santykį su teigiama seka — ir paprastai leidžia 2% nuolatinėje eksploatacijoje. Mažiems praktikoje pasitaikantiems nesubalansavimams abi formulės duoda panašius rezultatus, tačiau ataskaitose ir priėmimo bandymuose svarbu, kuris apibrėžimas yra naudojamas.
Srovei nėra vienos universalios ribos, tačiau plačiai naudojama lauko taisyklė yra srovės nesubalansavimą laikyti žemiau apie 10%, tirti, jei viršijama, ir bet kokį didesnį nuokrypį laikyti besivystančiu gedimų ženklu. Dėl šešis su dešimt kartų sustiprėjimo, įtampos nesubalansavimą laikant žemiau NEMA 1% tikslo yra veikliausias būdas srovės nesubalansavimą laikyti šiame diapazone. Variklio vardinės plokštelės srovės skaičiuoklė nurodo tikėtiną pilnos apkrovos srovę, su kuria palyginti kiekvieną fazę.
7. Nustatymas ir Matavimai
Įtampos ir Srovės Skaitymai
Pradėkite nuo elektrinių matavimų, atliktų varikliui veikiant su normalia apkrova. Perskaitykite tris linijines įtampas ties variklio gnybtais — ne elektros tiekimo skydo, — taigi įtampos kritimas šaltinio kabelyje būtų įskaitytas, tada apskaičiuokite vidurkį ir procentinį nuokrypį. Tada naudodamiesi žnyple skaityti kiekvienos fazės srovę ir palyginti su tikėtina vardinė pilna apkrovos srovė, ir apskaičiuoti dabartinę disbalansą. Dokumentuojant ir stebint abi reikšmes laikui bėgant, vieninis rodmuo paverčiamas į ankstyvojo įspėjimo indikatorių.
Vibracijos analizė
Vibracijų matavimas patvirtina, ar elektrinė disbalansa tikrai pasiekia konstrukciją ir kokiu intensyvumu. Iš spektras ties variklio rėmu ir ieškoti padidinto šlapio tiksliai 100 Hz arba 120 Hz dažnyje, palyginti jo amplitudę su mašinos bazine verte ir naudojantis 3 skyriaus dažnio tikslumo bei išjungimo bandymais atskirti jį nuo mechaninio 2×, kurį sukelia nesugretinimas. Dviejų kanalų vibracijos analizatorius su geru spektriniu skiriamumu yra tinkamas įrankis, nes 100 Hz linijos šlapio atskyrimą nuo 98–99 Hz mechaninio šlapio reikalauja skiriamumą, kurį paprastas bendro lygio matuoklis negali suteikti.
Terminis stebėjimas
Galiausiai išmatuokite apvijos arba rėmo temperatūras ir ieškokite temperatūros disbalanso tarp fazių arba bendros temperatūros, kuri yra didesnė nei apkrova to reikalautų. Kadangi šiluma yra mechanizmas, kuriuo disbalansa daro žalą, šiluminė anomalija dažnai pasirodo kartu – arba net anksčiau – nei elektriniai simptomai.
8. Diagnostika naudojant vibracijų analizatorių
Lauke elektrinė disbalansos signatūra nustatoma pagal jos tikslų, tinklo sutvarkaytą dažnį, ir jį aiškiai išskirti yra perkeliamo analizatoriaus darbas. Dviejų kanalų instrumentas, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja vibraciją ties variklio rėmu ir parodo, ar dominuojantis šlapis nukrenta į linijoje užrakiną 100 Hz arba 120 Hz – nurodydamas elektrinę priežastį – arba į 2× darbinį greitį, kuris rodytų negrąžą vietoj to. Lemiamas patvirtinimas lieka išjungimo bandymas: turėdami tiesioginį spektrą ekrane, nutraukite maitinimą ir žiūrėkite, ar įtarimas šlapis dingsta akimirksniu, jei jis yra elektrinis, arba sulėtina su rotoriumi, jei jis yra mechaninis. Pateikiamas Variklio elektros gedimų dažnio skaičiuoklė išvardija tikslų linijoje susijusius dažnius – 2× linijus, poliaus praėjimų šalutines juostas ir slydimui susijusius komponentus – kuriuos reikia ieškoti, paverčiant sumaišytą žemų dažnių spektrą į kontrolinį sąrašą.
9. Taisymas, prevencija ir stebėjimas
Elektros šaltinio disbalanso taisymas
Kai disbalansa yra paslaugos įvade, susisiekite su komunalinių paslaugų teikėju; kitaip klaida yra pastate. Patikrinkite ir priveržkite kiekvieną ryšį paskirstymo sistemoje, patikrinkite, ar saugikliai ir automatiniai jungikliai yra nepažeisti, paskirstykite vienfazės apkrovas tolygiai visose trijose fazėse ir patikrinkite transformatoriaus atšakos nustatymus. Nuostabus dalis viduje atliekos disbalanso – tai nieko daugiau kaip viena suluošinta arba oksiduota gnybtą turinti didesnę varžą nei jos kaimynės.
Variklio šono problemų taisymas
Jei elektros tiekimas patikrintas subalansuotas, bet srovė nėra, pirmiausia išvalykite ir priveržkite variklio terminalą ir kabelio ryšius, tada bandykite izoliācijos varžos ir srovės signatūros analize ieškoti apvijos klaidų. Patvirtinta vidinė apvijos klaida reiškia persukimą arba variklio pakeitimą – nėra jokios sritinės reparacijos posūkio į posūkį per trumpumui.
Sumažinti galią, įrengimas ir nuolatinis stebėjimas
Kai disbalansa negali būti pašalinta, sekite NEMA derating kreivę ir sumažinkite apkrovą, kad apsaugotumėte apvijas, stebėdami temperatūrą atidžiai. Užkirskite kelią pasikartojimui atliekant diegimą, patikrinę įtampos balansą ties variklio lizdais prieš įjungiant, sudarydami laidus, kad sumažintumėte įtampos kritimą, ir patvirtintumėte teisingą wye-versus-delta jungimą. Naudojant, imkitės periodinių įtampos ir srovės rodmenų, integravo juos į platesnę būklės stebėjimas routine with tendencijų analizė, žiūrėkite dėl susprogdintų saugiklių arba suveiktų jungiklių ir atlikite energijos kokybės apžvalgą, kur variklio problemos kartojasi. Disbalansą traktuojant kaip parametrą, kurį reikia stebėti – o ne sutrikimą, kurį reikia gaudyti po gedimo – yra tai, kas nuo to saugo jį tyliai nescint visą variklio populiacijos gyvenimo trukmę.
10. Dažniausiai užduodami klausimai
Kuo skiriasi įtampos disbalansa nuo srovės disbalanso?
Įtampos disbalansa yra trijų tiekiamo įtampos nelygybė ir dažniausiai yra priežastis; srovės disbalansa yra trijų fazės srovės nelygybė ir yra padidinti efektas. Nes variklio neigiama seka impedansas yra žemas, maža įtampos disbalansa sukuria srovės disbalansą šeši keturi žemos kartų didesnis, todėl srovė yra jautresnis ankstyvojo įspėjimo matavimas.
Kokiu dažniu elektrinė disbalansa pasirodo vibracijoje?
Dvigubu tinklo dažniu — 100 Hz esant 50 Hz maitinimui arba 120 Hz esant 60 Hz maitinimui — nes neigiamos sekos laukas tuo dažniu moduliuoja oro tarpo magnetinę jėgą. Su rotoriumi susiję elektriniai gedimai sukuria šonines juostas aplink 1× sukimosi greitį slydimo polių praėjimo dažniu.
Kaip atskirti elektrinį disbalansą nuo mechaninio disbalanso arba nesulygiavimo?
Naudokite išjungimo testą: nutraukite veikiančio variklio maitinimą ir stebėkite spektrą. Tikra elektrinė komponentė dingsta akimirksniu, o mechaninė mažėja rotoriui lėtėjant. Tikslaus 100/120 Hz piko, kuris nesikeičia esant apkrovai, taip pat pakanka patikimam elektriniam indikatoriui.
Koks įtampos disbalanso lygis yra priimtinas?
NEMA MG-1 rekomenduoja palaikyti mažesnį nei 1% įtampos disbalansą ir reikalauja galios mažinimo jam viršijus šią ribą, taip pat pataria neeksploatuoti virš 5%. IEC, naudodamas simetrinių dedamųjų apibrėžimą, toleruoja iki maždaug 2%. Palaikyti mažesnį nei 1% įtampos disbalansą yra veiksmingiausias būdas išlaikyti srovės disbalansą žemiau dažnai taikomos 10% lauko ribos.
Kodėl mažas įtampos disbalansas sukelia tiek daug kaitimo?
Asimetrija sukuria neigiamos sekos sroves, kurios teka per mažą neigiamos sekos variklio varžą ir išskiria papildomą šilumą, o viena fazė yra perkraunama. 3% įtampos disbalansas gali padidinti apvijų temperatūrą 18–25% ir apytikriai perpus sutrumpinti izoliacijos tarnavimo laiką.
Ar nešiojamasis vibracijų analizatorius gali aptikti elektrinį disbalansą?
Taip. Dviejų kanalų analizatorius, toks kaip Balanset-1A, išskiria 100/120 Hz su tinklu susietą piką, leidžia atlikti išjungimo testą ir nuskaito polių praėjimo šonines juostas, kurios atskiria maitinimo pusės disbalansą nuo rotoriaus gedimo — ir visa tai be atskiro elektros kokybės prietaiso.
