1. Vibrācijas analītiķa elektriskās pamatzināšanas

Pirms motora defektu diagnosticēšanas, izmantojot vibrācijas spektrus, ir svarīgi saprast galvenās elektriskās frekvences, kas izraisa motora vibrāciju.

1.1. Līnijas frekvence (LF)

Maiņstrāvas barošanas frekvence: 50 Hz lielākajā daļā Eiropas, Āzijas, Āfrikas un Krievijas; 60 Hz Ziemeļamerikā un daļā Dienvidamerikas un Āzijas. Visi elektromagnētiskie spēki motorā rodas no šīs frekvences.

1.2. Divkārša līnijas frekvence (2×LF)

Portāls dominējošā elektromagnētiskā spēka frekvence maiņstrāvas motoros. 50 Hz sistēmā 2×LF = 100 Hz; 60 Hz sistēmā, 2×LF = 120 Hz. Magnētiskais pievilkšanās spēks starp statoru un rotoru sasniedz maksimumu divas reizes elektriskā cikla laikā, padarot 2×LF par katra maiņstrāvas motora pamata "elektriskās vibrācijas" frekvenci.

1.3. Sinhronais ātrums un slīdēšana

Statora magnētiskais lauks griežas sinhronā ātrumā:

kur P ir polu skaits. Indukcijas motora rotors vienmēr griežas nedaudz lēnāk. Šī atšķirība ir slīdēšana:

Tipiska pilnas slodzes slīdēšana standarta indukcijas motoriem: 1–5%. 2 polu motoram ar frekvenci 50 Hz: N_s = 3000 apgr./min., faktiskais ātrums ≈ 2940–2970 apgr./min.

1.4. Kāta caurlaides frekvence (F_p)

Ātrums, ar kādu rotora poli "slīd garām" statora poliem. Rezultāts ir universāls — neatkarīgi no polu skaita:

Motoram, kas darbojas ar 50 Hz frekvenci un 2% slīdēšanu: F_p = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Šī frekvence parādās kā raksturīgas sānu joslas salauztu rotora stieņu spektros.

1.5. Rotora stieņa caurlaides frekvence

Kur R ir rotora stieņu skaits. Šī frekvence un tās sānu joslas kļūst nozīmīgas, ja rotora stieņi ir bojāti.

1.6. Atslēgu frekvenču atsauces tabula

StatorsRotorsTinumiGaisa spraugaMehānisksAksiāls Jebkura gaisa spraugas deformācija tieši maina magnētisko pievilkšanas spēku, un tas nekavējoties maina vibrācijas modeli. Simbols ± apzīmē sānu joslas (modulāciju).

2. Diagnostikas metožu pārskats

Neviena atsevišķa metode nevar noteikt visus elektromotora defektus. Stabila diagnostikas programma apvieno vairākas savstarpēji papildinošas metodes:

VibrācijaMCSAEKAMCATermogrāfija Neviena atsevišķa metode nesniedz pilnīgu pārklājumu. Stingri ieteicama kombinēta diagnostikas pieeja.

2.1. Vibrāciju spektrālā analīze

Galvenais instruments lielākajai daļai rotējošu iekārtu diagnostikai. Akselerometri uz gultņu korpusiem uztver spektrus, kas atklāj mehāniskus defektus (nelīdzsvarotību, nobīdi, gultņu nodilumu) un dažus elektriskus defektus (nevienmērīgu gaisa spraugu, vaļīgus tinumus). Tomēr, vibrācijas analīze vien nevar noteikt visus motora elektriskos defektus.

2.2. Motora strāvas raksturlielumu analīze (MCSA)

Strāvas skava vienā fāzē uztver strāvas spektru. Bojāti rotora stieņi rada sānu joslas pie LF ± F p. MCSA tiek veikta tiešsaistē un ir pilnīgi neinvazīva.

2.3. Elektrisko parakstu analīze (ESA)

Vienlaikus analizē gan sprieguma, gan strāvas spektru MCC. Nosaka barošanas sprieguma asimetriju, harmoniskos kropļojumus un jaudas kvalitātes problēmas.

2.4. Motora ķēdes analīze (MCA)

An bezsaistē Fāžu savstarpējās pretestības, induktivitātes, impedances un izolācijas pretestības mērīšanas pārbaude. Būtiski apkopes pārtraukumu laikā.

2.5. Temperatūras uzraudzība

Statora tinuma temperatūras un gultņu temperatūras tendences sniedz agrīnu brīdinājumu par pārslodzi, dzesēšanas problēmām un izolācijas degradāciju.

3. Statora defekti

Statora defekti ir atbildīgi par aptuveni 23–37% no visām motora kļūmēm. Stators ir nekustīgā daļa, kurā atrodas laminētais dzelzs serde un tinumi. Defekti rada vibrāciju galvenokārt pie 2×ZF (100 Hz / 120 Hz) un tā daudzkārtņi.

3.1. Statora ekscentricitāte — nevienmērīga gaisa sprauga

Gaisa sprauga starp rotoru un statoru parasti ir 0,25–2 mm. Pat 10% variācija rada izmērāmu elektromagnētiskā spēka nelīdzsvarotību.

Cēloņi

• Mīksta pēda — visbiežākais iemesls
• Nodiluši vai bojāti gultņu korpusi
• Rāmja deformācija nepareizas transportēšanas vai uzstādīšanas dēļ
• Termiskā deformācija ekspluatācijas apstākļos
• Sliktas ražošanas pielaides

Spektrālais paraksts

• Parasti dominējošais 2×LF radiālā ātruma spektrā
• Bieži vien to pavada neliels pieaugums. 1x un 2x nesabalansēta magnētiskā vilkšanas spēka (UMP) dēļ
• Statiskā ekscentricitāte: dominē 2×LF ar nelielu modulāciju
• Dinamiskā komponente: sānu joslas pie 2×LF ± 1X var parādīties

Smaguma novērtējums

Piezīme. Šīs ir ilustratīvas vadlīnijas, nevis formāls standarts. Vienmēr salīdziniet ar ierīces bāzes līniju.

Apstiprinājuma tests

Izslēgšanas tests (īslaicīgas vibrācijas tests): Kamēr tiek uzraudzīta vibrācija, atvienojiet motoru no strāvas. Ja 2×LF maksimums strauji krītas — dažu sekunžu laikā, daudz ātrāk nekā mehāniska ripošana, — avots ir elektromagnētisks.

3.2. Vaļīgi statora tinumi

Statora tinumi katrā darbības ciklā tiek pakļauti elektromagnētiskajiem spēkiem ar 2×LF frekvenci. Gadu gaitā mehāniskā fiksācija (epoksīdsveķi, laka, ķīļi) var nolietoties. Vaļīgi tinumi vibrē ar 2×LF frekvenci ar pieaugošu amplitūdu, paātrinot izolācijas nodilumu frekvenču veidošanās dēļ.

Spektrālais paraksts

• Pārsvarā radiālā vibrācija
• 2×LF var būt mazāk stabils — nelielas amplitūdas svārstības
• Smagos gadījumos: harmonikas pie 4×LF, 6×LF

Sekas

Tas ir destruktīva tinumu izolācijai — noved pie paātrinātas degradācijas, neparedzamiem zemējuma slēgumiem un pilnīgas statora atteices, kuras dēļ ir nepieciešama pārtīšana.

3.3. Vaļīgs strāvas kabelis — fāzes asimetrija

Slikts kontakts rada pretestības asimetriju. Pat 1% sprieguma asimetrija izraisa aptuveni 6–10% strāvas asimetrija. Nesabalansētās strāvas rada atpakaļ rotējošu magnētiskā lauka komponentu.

Spektrālais paraksts

• 2×LF amplitūda palielinās nesabalansēta magnētiskā vilkmes spēka dēļ
• Dažos gadījumos, sānu joslas tuvu ±⅓×LF (~16,7 Hz 50 Hz sistēmās) ap 2×LF maksimumu
• Strāvas spektrā (MCSA): paaugstināta negatīvās secības strāva

Praktiskās pārbaudes

• Pārbaudiet visus kabeļu savienojumus, kopņu savienojumus, kontaktoru kontaktus
• Izmēriet fāžu pretestību — 1% robežās vienu no otras
• Izmēriet barošanas spriegumu visās trīs fāzēs — asimetrijai nevajadzētu pārsniegt 1%
• Kabeļu savienojuma kārbas IR termogrāfija

3.4. Īsslēgtas statora laminācijas

Starpslāņu izolācijas bojājumi ļauj cirkulēt virpuļstrāvām, radot lokalizētus karstos punktus. Ne vienmēr nosakāms vibrācijas spektros — IR termogrāfija ir galvenā noteikšanas metode. Bezsaistē: elektromagnētiskā kodola pārbaude (EL-CID pārbaude).

3.5. Īsslēgums starp apgriezieniem

Īsslēgums starp apgriezieniem rada lokalizētu cirkulējošas strāvas cilpu, samazinot efektīvos vijumus skartajā spolē. Rada palielinātu 2×LF, paaugstināta ZF 3. harmonika strāvā un fāzes strāvas asimetrija. Vislabāk noteikt ar MCA pārsprieguma testu bezsaistē.

2×LF1X / 2XSānu joslas Izslēgšanas tests apstiprina elektromagnētisko izcelsmi: ja 2×LF strauji samazinās pēc enerģijas atvienošanas (daudz ātrāk nekā ripošanas laikā), avots ir elektromagnētisks.

4. Rotora defekti

Rotora defekti veido aptuveni 5–10% motora kļūmju bet bieži vien tās ir visgrūtāk atklāt agrīnā stadijā.

4.1. Salauzti rotora stieņi un saplaisājuši gala gredzeni

Kad stienis saplīst, strāvas pārdale rada lokālu magnētisko asimetriju — faktiski "magnētisku smago punktu", kas rotē slīdēšanas frekvencē attiecībā pret statora lauku.

Vibrācijas paraksts

• 1x maksimums ar sānu joslas pie ± F_p. 50 Hz / 2% slīdēšanai: sānu joslas pie 1X ± 2 Hz.
• Smagos gadījumos: papildu sānu joslas pie ± 2F_p, ± 3°F_p
• 2×LF var parādīties arī F_p sānu joslas

MCSA paraksts

MCSA smaguma skala

Svarīgi: MCSA nepieciešama pastāvīga slodze tuvu nominālajiem apstākļiem. Daļējas slodzes gadījumā sānu joslas amplitūda samazinās.

Laika viļņu forma

Salauzti rotora stieņi rada raksturlielumu ""pukstēšanas" modelis — amplitūda modulējas polu caurlaides frekvencē. Bieži redzams, pirms kļūst izteiktas spektrālās sānu joslas.

1x±Fp sānu joslasMCSA sānu joslas Bojātus rotora stieņus vislabāk var apstiprināt ar MCSA metodi. Vibrācijas spektrs norāda uz defektu; MCSA sniedz kvantitatīvu defekta smaguma novērtējumu.

4.2. Rotora ekscentricitāte (statiskā un dinamiskā)

Statiskā ekscentricitāte

Vārpstas centra līnijas nobīde no statora urbuma. Rada paaugstinātu 2×LF. Strāvā: rotora rievas harmonikas pie f_RBPF ± LF.

Dinamiskā ekscentricitāte

Rotora centrs riņķo ap statora urbuma centru. Ražo 1X ar 2×LF sānu joslām un paaugstināta rotora stieņa caurlaides frekvence. Strāvā: sānu joslas pie LF ± f_puve.

Praksē abi veidi parasti ir sastopami vienlaicīgi — modelis ir superpozīcija.

4.3. Termiskā rotora loka

Lieliem motoriem var rasties temperatūras gradients, kas izraisa īslaicīgu izliekumu. 1X, kas mainās atkarībā no laika pēc iedarbināšanas — parasti palielinās 15–60 minūtes, pēc tam stabilizējas. Fāzes leņķis mainās, attīstoties izliekumam. Lai atšķirtu no mehāniskā disbalansa (kas ir stabils), uzraugiet 1X amplitūdu un fāzi 30–60 minūtes pēc iedarbināšanas.

4.4. Elektromagnētiskā lauka nobīde (aksiālā nobīde)

Ja rotors ir aksiāli nobīdīts attiecībā pret statoru elektromagnētiskā lauka sadalījums kļūst aksiāli asimetrisks. Rotors piedzīvo svārstības aksiālais elektromagnētiskais spēks pie 2×LF.

Cēloņi

• Nepareiza rotora aksiālā pozicionēšana montāžas laikā vai pēc gultņa nomaiņas
• Gultņu nodilums, kas izraisa pārmērīgu aksiālo brīvkustību
• Vārpstas vilce no piedziņas mašīnas
• Termiskā izplešanās darbības laikā

Aksiālais EM spēksNobīde / pārkareStatora CLAtklāšana Aksiālā 2×LF, kas uzreiz izzūd pēc izslēgšanas, ir galvenā atšķirība no mehāniskiem cēloņiem.

5. Ar gultņiem saistīti elektriskie defekti

5.1. Gultņu strāvas un EDM

Spriegums starp vārpstu un korpusu izraisa strāvas plūsmu caur gultņiem. Avoti: magnētiskā asimetrija, VFD kopējā režīma spriegums, statiskā lādiņa. Atkārtotas izlādes rada mikroskopiskas bedres (Elektriskās izlādes apstrāde), kas noved pie flauta — vienmērīgi izvietotas rievas uz sacīkstēm.

Spektrālais paraksts

• Gultņu defektu frekvences (BPFO, BPFI, BSF) ar ļoti vienmērīgiem, "tīriem" maksimumiem
• Paaugstināta augstfrekvences trokšņa grīda paātrinājuma spektrā
• Uzlabots: raksturīga "mazgājamā dēļa" skaņa

Profilakse

• Izolēti gultņi (pārklāti gredzeni)
• Vārpstas zemējuma sukas (īpaši VFD lietojumprogrammām)
• Kopējā režīma filtri VFD izejā
• Regulāra vārpstas sprieguma mērīšana — zem 0,5 V maksimuma

6. Mainīgas frekvences piedziņas (VFD) efekti

6.1. Frekvences maiņa

Visas motora elektriskās frekvences mainās proporcionāli VFD izejas frekvencei. Ja VFD darbojas ar 45 Hz frekvenci, 2×LF kļūst par 90 Hz. Trauksmes joslām jābūt ātrumam pielāgojams.

6.2. PWM harmonikas

Spektros parādās pārslēgšanās frekvence (2–16 kHz) un sānu joslas. Var radīt dzirdamu troksni un gultņu strāvas.

6.3. Vērpes ierosme

Zemākās kārtas harmonikas (5., 7., 11., 13.) rada griezes momenta pulsācijas, kas var ierosināt vērpes dabiskās frekvences.

6.4. Rezonanses ierosme

VFD pārvietojoties pa ātruma diapazonu, ierosmes frekvences var iet cauri strukturālajām dabiskajām frekvencēm. VFD darbināmām iekārtām jāizveido kritiskā ātruma kartes.

7. Diferenciāldiagnostikas kopsavilkums

ElektriskāsMehānisks2×LF analīzeRotora defekti Izslēgšanas momentānās pārbaudes metode ir pirmais atzarojums diagnostikas kokā. Kad elektriskā izcelsme ir apstiprināta, dominējošā frekvence un virziens sašaurina diagnozi.

8. Instrumentācijas un mērīšanas metodes

8.1. Vibrācijas mērīšanas prasības

8.2. Balanset-1A motora diagnostikai

Pārnēsājamais divkanālu vibrometrs Balanset-1A (VibroMera) nodrošina pamatfunkcijas motora vibrācijas diagnostikā:

Pēc motora defekta diagnosticēšanas un novēršanas Balanset-1A var izmantot rotora balansēšana uz vietas — pilnas diagnostikas līdz korekcijas darbplūsmas pabeigšana, nenoņemot motoru.

8.3. Mērīšanas labākā prakse

• Trīs virzieni — vertikāli, horizontāli un aksiāli — uz katra gultņa. Aksiālais virziens ir kritiski svarīgs elektromagnētiskā lauka nobīdei.
• Sagatavojiet virsmas — noņemt krāsu un rūsu, lai nodrošinātu uzticamu akselerometra savienojumu
• Līdzsvara stāvokļa apstākļi — nominālais ātrums, slodze, temperatūra
• Reģistrēt darbības apstākļus — ātrums, slodze, spriegums, strāva ar katru mērījumu
• Konsekventa laika noteikšana — vienādi nosacījumi tendenču salīdzināšanai
• Izslēgšanas tests ja ir aizdomas par elektrisko vibrāciju — aizņem dažas sekundes, nodrošina uzticamu avota identifikāciju

9. Normatīvās atsauces

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Vibrācija. Mašīnu vibrācijas mērīšana un novērtēšana. 1. daļa. Vispārīgas vadlīnijas.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Stāvokļa uzraudzība. Vibrācijas stāvokļa uzraudzība. 2. daļa. Apmācība un sertifikācija.
• ISO 20816-1:2016 — Mehāniskā vibrācija. Mērīšana un novērtēšana. 1. daļa: Vispārīgās vadlīnijas.
• ISO 10816-3:2009 — Mašīnu vibrācijas novērtēšana. 3. daļa: Rūpnieciskās mašīnas >15 kW.
• IEC 60034-14:2018 — Rotējošas elektriskās mašīnas. 14. daļa: Mehāniskā vibrācija.
• IEEE 43-2013 — Ieteicamā izolācijas pretestības pārbaudes prakse.
• IEEE 1415-2006 — Indukcijas iekārtu apkopes testēšanas rokasgrāmata.
• NEMA MG 1-2021 — Motori un ģeneratori. Vibrācijas robežvērtības un testēšana.
• ISO 1940-1:2003 — Rotoru balansēšanas kvalitātes prasības.

10. Secinājums

1. 2×LF ir galvenais elektromagnētiskais indikators. Izteikts maksimums tieši divreiz lielākā barošanas frekvences līmenī spēcīgi norāda uz elektromagnētisko avotu. Izslēgšanas tests sniedz apstiprinājumu.
2. Virziens ir svarīgs. Radiāls 2×LF → gaisa sprauga / tinumi / padeve. Aksiāls 2×LF + 1X → elektromagnētiskā lauka nobīde — viens no postošākajiem defektiem.
3. Sānjoslas stāsta stāstu. ± ⅓×LF → barošanas kabeļa problēmas. ± F_p → salauzti rotora stieņi. Sānu joslu diagramma bieži vien ir diagnostiskāka nekā galvenā virsotne.
4. Spektrālā izšķirtspēja ir kritiski svarīga. Divu polu motoriem ar frekvenci 50 Hz 2X un 2×LF atšķiras tikai ~2 Hz. Obligāta ir izšķirtspēja ≤ 0,5 Hz.
5. Apvienojiet metodes. Vibrācija + MCSA + MCA + Termogrāfija. Neviena metode neaptver visus defektus.
6. Runājiet ar elektriķiem. Autoservisa personālam ir neaizstājamas zināšanas par konkrētiem motoriem, to vēsturi un barošanas apstākļiem.

Ieteicamā darbplūsma

Diagnostikas soļiMCSAVerifikācija Sistemātiski ievērojiet šo secību. Izslēgšanas pārbaude (2. solis) aizņem sekundes un droši atšķir elektrisko un mehānisko avotu.

Mūsdienu pārnēsājamie divkanālu vibrometri, piemēram, Balanset-1A ļauj lauka inženieriem veikt spektrālās vibrācijas analīzi ar izšķirtspēju un fāzes precizitāti, kas nepieciešama motora defektu identificēšanai — sākot no nevienmērīgu gaisa spraugu noteikšanas, izmantojot šķērsfāžu analīzi un beidzot ar sekojošu rotora balansēšanu uz vietas.