Elektriskās disbalansa izpratne
Elektriskā disbalansa - ko sauc arī par fāžu nelīdzsvarotība, fāžu nelīdzsvarotība, sprieguma nelīdzsvarotība vai strāvas nelīdzsvarotība - ir stāvoklis trīsfāzu sistēmā, kad spriegumi vai strāvas trīs fāzēs nav vienāda lieluma vai nav atdalītas precīzi par 120 elektriskiem grādiem. Šī asimetrija, neatkarīgi no tā, vai tās izcelsme ir barošanas avotā vai sistēmas iekšienē, ir atkarīga no tā, vai tā rodas strāvas padevē vai motors tinumu, rada nesabalansētus elektromagnētiskos spēkus, pārmērīgu tinumu sakaršanu, negatīvas secības strāvas, griezes momenta pulsācijas un raksturīgu elektrisku strāvu. vibrācija divreiz vairāk nekā tīkla frekvence.
Elektriskā nelīdzsvarotība ir maldinoša, jo tā ir saistīta ar sviru: pat neliela sprieguma nelīdzsvarotība 2-3% var radīt sešas līdz desmit reizes lielāku strāvas nelīdzsvarotību, kas nesteidzīgi samazina motora efektivitāti, siltuma rezervi un izolācijas ilgumu. Tā ir viena no visbiežāk sastopamajām - un visvairāk nepamanītajām - problēmām rūpnieciskajās iekārtās, kas rodas no komunālo pakalpojumu piegādes problēmām, sliktas sadales uzņēmumā vai defektiem pašā motorā. Tā kā tā vibrāciju signatūra ir vienāda frekvenču ziņā ar vairākiem patiesiem mehāniskiem defektiem, tas ir arī viens no visbiežāk nepareizi diagnosticētajiem apstākļiem, ar ko saskaras tehniskās apkopes komanda.
1. Kas ir fāžu nelīdzsvarotība? Spriegums, strāva un fāžu leņķa nelīdzsvarotība
“Fāžu nelīdzsvarotība” ir ikdienišķs šī stāvokļa nosaukums, un tas izpaužas trīs dažādās, bet savstarpēji saistītās formās. Ir svarīgi zināt, kuru no tām mēra: sprieguma nelīdzsvarotība ir iemesls, ko motoram rada barošanas avots, bet strāvas nelīdzsvarotība ir pastiprinātā strāva. ietekme motors reaģē uz to nelabvēlīgi.
Sprieguma asimetrija
Sprieguma nesabalansētība ir trīs spriegumu starp līnijām (vai starp līniju un neitrāliju) nevienlīdzība. To mēra, nolasot spriegumu starp katru fāžu pāri - AB, BC un CA - un izsaka procentos, izmantojot NEMA definīciju: % sprieguma nelīdzsvarotība = (maksimālā novirze no vidējā ÷ vidējais) × 100. Darba piemērs: 477 V, 480 V un 483 V fāzes vidēji ir 480 V; maksimālā novirze ir 3 V, kas dod 0,625% disbalansu. NEMA MG-1 par pieņemamu uzskata visu, kas mazāks par 1%, bet IEC prakse pieļauj līdz aptuveni 2%. Sprieguma nelīdzsvarotība ir parametrs, kam jāpievērš uzmanība vispirms, jo tā ir gandrīz visu turpmāko parametru virzītājspēks.
Strāvas asimetrija
Strāvas nelīdzsvarotība ir trīs fāžu strāvu nevienlīdzība (IA, IB, IC), ko mēra ar skavas mērītāju un aprēķina pēc tās pašas maksimālās novirzes formulas. Galvenais fakts par strāvas nelīdzsvarotību ir tās jutība: tā kā motora negatīvās sekvences pretestība ir zema, neliela sprieguma nelīdzsvarotība tiek palielināta līdz strāvas nelīdzsvarotībai, kas ir aptuveni vienāda ar strāvas nelīdzsvarotību. sešas līdz desmit reizes lielāks. Tāpēc tikko pamanāms 1% sprieguma disbalanss var parādīties kā 6-10% strāvas disbalanss - tieši tāpēc strāva ir jutīgāks agrīnā brīdinājuma mērījums un tāpēc pieaugošs strāvas disbalanss citādi stabilā barošanas avotā norāda uz bojājumu, kas rodas motora iekšienē.
Fāžu leņķa asimetrija
Trešā forma ir leņķa forma: trīs fazorus vairs nenošķir precīzi 120°, pat ja to lielumi ir vienādi. Tas ir retāk sastopams nekā magnitūdas nelīdzsvarotība, un to nevar novērot ar vienkāršu voltmetru - tam nepieciešams jaudas kvalitātes analizators, kas izšķir fazoru attiecības. Stūra disbalanss rada tādu pašu pulsējošu griezes momentu un papildu sasilšanu kā magnitūdas disbalanss, un abas šīs parādības bieži notiek kopā.
2. Kā elektriskā nelīdzsvarotība rada vibrāciju motoros
Saikne starp elektrisko asimetriju un mehānisko vibrāciju notiek caur gaisa spraugas magnētisko lauku. Līdzsvarotā mašīnā rotējošais lauks ir vienmērīgs, un radiālie magnētiskie spēki summē vienmērīgu, simetrisku vilci. Izbalansēšana izjauc šo simetriju un rada vilces spēku. negatīvās secības komponents - lauks, kas rotē atpakaļ attiecībā pret galveno lauku, - kas sit pret to un modulē magnētisko spēku.
Dominējošais rezultāts ir vibrācija pie divkāršs tīkla frekvences lielums: 100 Hz, ja ir 50 Hz strāvas padeve, vai 120 Hz, ja ir 60 Hz strāvas padeve. Šī 2 × līnijas komponente ir tīri elektromagnētiska - tas ir pulsējošs pievilkšanas spēks pāri elektrotīklam. gaisa sprauga, nevis rotējošās masas mehāniskais spēks. Tā amplitūda mainās atkarībā no nelīdzsvarotības pakāpes, tāpēc pasliktināta padeve vai radušies tinuma bojājumi izpaužas kā pastāvīgi pieaugošs 100/120 Hz maksimums. spektrs.
Otrs, smalkāks paraksts parādās pie 1× rotācijas ātrums, ko modulē slīdēšanas polu caurlaides frekvence (polu skaits reizināts ar slīdēšanas frekvenci). Šī polu caurlaides modulācija rada sānu joslas ap darba ātruma maksimumu un ir klasisks ar rotoru saistītu elektrisko problēmu pirkstu nospiedums, piem. salauzti rotora stieņi. Pareiza šo sānu joslu nolasīšana ļauj analītiķim nošķirt barošanas puses disbalansu no rotorā iestrādāta bojājuma.
3. Elektriskās un mehāniskās nelīdzsvarotības nošķiršana
Tā kā elektromagnētiskā 2 × līnijas frekvences komponente ir ļoti tuvu divkāršam divpolu motora darbības ātrumam, to parasti sajauc ar mehāniskiem defektiem, piemēram. vārpstu nesakritība vai vaļīgumu, kas arī rada 2 × lielāku vārpstas ātruma enerģiju. To nošķiršana ir visnoderīgākā motora vibrāciju diagnostikas prasme, un ir divi uzticami testi.
Pirmais ir frekvences precizitāte. Elektriskais komponents ir pieslēgts elektrotīklam pie tieši tā 100 Hz vai 120 Hz, savukārt mehāniskā 2× darbojas ar divkāršu faktisko darba ātrumu, kas indukcijas motora slīdēšanas dēļ vienmēr ir nedaudz mazāks par divkāršu sinhrono ātrumu. Ar pietiekamu spektrālo izšķirtspēju pīķi ir atdalāmi: līnijās fiksēts pīķis, kas nemainās līdz ar slodzi, ir elektriskais; pīķis, kas seko vārpstas ātrumam, ir mehāniskais.
Otrais - un izšķirošais - ir izslēgšanas tests. Reāllaikā vērojiet aizdomās turamā pīķa vērtību un pārtrauciet motora barošanu. Patiesa elektriskā sastāvdaļa uzreiz pazūd izslēgšanas brīdī, jo magnētiskais spēks izzūd brīdī, kad apstājas strāva, savukārt mehāniskā sastāvdaļa pakāpeniski samazinās, rotoram noslīdot uz leju. Šis momentānās izzušanas tests ir klasisks, nepārprotams veids, kā apstiprināt elektrisko izcelsmi, un tam nav nepieciešams nekas vairāk kā tikai tiešraides spektra displejs un apturēšanas poga.
4. Elektriskā disbalansa cēloņi
Disbalansa avoti dabiski sadalās trīs slāņos, sākot no tīkla uz mašīnu.
Komunālo pakalpojumu piegādes problēmas
Piegādē nesabalansētību parasti izraisa nesabalansēti sadales transformatori, lielas vienfāzes slodzes, kas pieslēgtas vienai trīsfāzu pakalpojuma fāzei, nevienlīdzīga garu pārvades līniju pretestība vai plašāki komunālo pakalpojumu traucējumi. Tie rada sprieguma nelīdzsvarotību, kas rodas, pirms strāva nonāk ēkā, un tos diagnosticē, veicot mērījumus pie ieejas pakalpojumā.
Iekārtu izplatīšana
Iekārtas iekšienē parastie vaininieki ir viens augstas pretestības savienojums vienā fāzē, pārsists drošinātājs, kas daļēji zaudē fāzi, nevienāds kabeļu garums, kas nodrošina atšķirīgu vadītāju pretestību, vai - galējā gadījumā - vienas fāzes zudums, proti, vienas fāzes pilnīgs zudums. Visbiežāk sastopamais un visvieglāk novēršamais iemesls ir atlūzis vai sarūsējis terminālis, un tas bieži vien izpaužas kā nelīdzsvarotība, kas slodzes ietekmē, savienojumam sakarstot, pasliktinās.
Ar motoru saistīti iemesli
Ja barošana ir pārbaudīta kā līdzsvarota, bet strāva nav līdzsvarota, vaina ir motora iekšienē. Īssavienojumi starp vijumiem samazina efektīvos vijumus vienā fāzē; ražošanas variācijas var atstāt tinumu pretestības nedaudz nevienlīdzīgas; terminālu savienojumi pasliktinās; un daļējs īssavienojums vai atvērts slēgums bojātā tinumā rada nopietnu asimetriju - tas viss pārklājas ar plašākiem statora tinuma defekti. Gaisa spraugas ekscentricitāte - rotors nav centrēts urbumā - ir saistīta ar elektromagnētisko cēloni, kas rada savu nelīdzsvarotu magnētisko vilkmi un bieži pavada tinuma problēmas.
5. Ietekme uz motorisko veiktspēju
Pārkaršana
Pārkaršana ir visnopietnākās sekas un mehānisms, kas izraisa dzinēju bojāeju. Asimetrija rada negatīvas secības strāvas, kas izkliedē papildu siltumu, bet viena fāze galu galā pārvada daudz lielāku strāvu, nekā tai bija paredzēts. Temperatūras paaugstināšanās ir nesamērīga ar tās cēloni: parasti tiek pieņemts, ka 3% sprieguma nelīdzsvarotība var radīt 18-25% tinumu temperatūras paaugstināšanos. Tā kā izolācijas kalpošanas laiks samazinās aptuveni uz pusi uz katriem 10 °C papildu temperatūras, rezultāts ir strauja izolācijas novecošanās un priekšlaicīga bojāšanās - 3% sprieguma nelīdzsvarotība var samazināt motora kalpošanas laiku pat uz pusi.
Efektivitāte, jaudas koeficients un enerģijas izmaksas
Nesabalansētība samazina efektivitāti, jo cirkulējošās un negatīvās sekvences strāvas neveic nekādu lietderīgu darbu, samazina jaudas koeficientu un palielina kopējo enerģijas patēriņu - tipiska mērena nesabalansētība samazina efektivitāti par 1-2%. Nepārtrauktas darbības gada laikā papildu patēriņu ir viegli novērtēt par zemu. Trīsfāžu motora jaudas kalkulators palīdz kvantitatīvi noteikt papildu ieejas jaudu, ko nelīdzsvarotība izšķērdē.
Griezes momenta pulsācijas un vibrācijas
Elektriski negatīvās sekvences lauks rada pulsējošu griezes momentu ar divkāršu līnijas frekvenci, kas darbina vērpes vibrācija spēka pārvadā un var izraisīt vērpes kustību. rezonanses. Radiālā virzienā parādās tāda pati spēka iedarbība kā iepriekš aprakstītā 100/120 Hz vibrācija, kuras amplitūda ir proporcionāla nelīdzsvarotības pakāpei un kuru viegli sajaukt ar statora bojājumiem vai magnētisko vilkmi, jo tie visi darbojas vienādās elektriskās frekvencēs.
Samazināts darbmūžs un pazemināta izturība
Kopumā termiskā spriedze saīsina izolācijas kalpošanas laiku un piespiež motoru ekspluatēt zem tā nominālvērtības. NEMA šo problēmu risina tieši ar samazinājuma līkne: virs 1% sprieguma nelīdzsvarotības jāsamazina motora izmantojamā jauda, un pie 5% nelīdzsvarotības pazeminājuma koeficients samazinās līdz aptuveni 0,75 - tas nozīmē, ka tiek upurēta ceturtā daļa motora nominālās jaudas, lai vienkārši saglabātu to termiskās robežās.
6. NEMA un IEC sprieguma un strāvas nelīdzsvarotības robežvērtības
Pieļaujamās robežas nosaka divi standarti, un tajos tiek izmantotas nedaudz atšķirīgas definīcijas, tāpēc ir vērts precizēt, kuram no tiem atbilst mērījums.
NEMA MG-1 definē sprieguma nelīdzsvarotību kā maksimālās novirzes no vidējā attiecību pret vidējo (šajā rakstā izmantotā formula) un iesaka motorus darbināt ar barošanu, kur sprieguma nelīdzsvarotība nepārsniedz 1% sprieguma nelīdzsvarotība. Virs šīs vērtības NEMA pieprasa, lai motora jauda tiktu samazināta atbilstoši publicētajai līknei; tā nepārprotami iesaka. pret darbinot motoru, ja sprieguma nelīdzsvarotība pārsniedz 5%.
IEC izmanto simetrisko komponenšu definīciju — negatīvās secības sprieguma attiecību pret pozitīvās secības spriegumu — un nepārtrauktā darbībā parasti pieļauj līdz aptuveni 2% nepārtrauktā darbībā. Praksē sastopamajām nelielajām nelīdzsvarotībām abas definīcijas sniedz līdzīgus skaitļus, bet ziņošanai un pieņemšanas testēšanai ir svarīgi, kura no tām tiek izmantota.
Attiecībā uz strāvu nav vienas universālas robežas, taču plaši lietota lauka pamatnostādne ir uzturēt strāvas nelīdzsvarotību zem 10%, virs šīs robežas veikt izmeklēšanu, bet visu, kas to pārsniedz, uzskatīt par attīstošos defektu. Tā kā pastiprinājums ir sešas līdz desmit reizes, visefektīvākais veids, kā noturēt strāvas nelīdzsvarotību šajā diapazonā, ir uzturēt sprieguma nelīdzsvarotību zem NEMA 1% mērķa. Motora datu plāksnītes strāvas kalkulators norāda paredzamo pilnas slodzes strāvu, ar kuru salīdzināt katru fāzi.
7. Atklāšana un mērīšana
Sprieguma un strāvas rādījumi
Sāciet ar elektriskajiem mērījumiem, kas veikti, motoram darbojoties pie normālas slodzes. Nolasiet trīs līnija-līnija spriegumus pie motora spailes — nevis barošanas panelī — lai tiktu fiksēts sprieguma kritums barošanas līnijās, pēc tam aprēķiniet vidējo vērtību un procentuālo novirzi. Pēc tam ar strāvas knaiblēm nolasiet katras fāzes strāvu un salīdziniet ar paredzamo nominālā strāva pie pilnas slodzes, un aprēķiniet strāvas nelīdzsvarotību. Abu vērtību dokumentēšana un tendenču uzraudzība laika gaitā pārvērš vienreizēju rādījumu agrīnā brīdinājuma indikatorā.
Vibrāciju analīze
Vibrācijas mērījumi apstiprina, vai elektriskā nelīdzsvarotība patiešām ietekmē konstrukciju un cik lielā mērā. Reģistrējiet spektrs pie motora rāmja un meklējiet paaugstinātu maksimumu tieši pie 100 Hz vai 120 Hz, salīdziniet tā amplitūdu ar mašīnas bāzes līmeni un, izmantojot 3. nodaļā aprakstītos frekvences precizitātes un jaudas atslēgšanas testus, nošķiriet to no mehāniskas 2× komponentes, ko izraisa vārpstu nesakritība. Divkanālu vibrācijas analizators ar smalku spektrālo izšķirtspēju ir pareizais instruments, jo 100 Hz līnijas maksimuma nošķiršana no 98-99 Hz mehāniskā maksimuma prasa izšķirtspēju, ko nevar nodrošināt vienkāršs vispārējais līmeņa mērītājs.
Termiskā uzraudzība
Visbeidzot, izmēriet tinumu vai rāmja temperatūru un meklējiet temperatūras nelīdzsvarotību starp fāzēm vai kopējo temperatūru, kas ir augstāka nekā pieļaujamā slodze. Tā kā karstums ir mehānisms, ar kura palīdzību disbalanss nodara kaitējumu, termiskā anomālija bieži parādās līdztekus elektriskiem simptomiem vai pat pirms tiem.
8. Diagnoze ar vibrācijas analizatoru
Lauka apstākļos nelīdzsvarotības elektrisko parakstu nosaka precīza, no elektrotīkla bloķēta frekvence, un tās precīza noteikšana ir pārnēsājama analizatora uzdevums. Divu kanālu instruments, piem. Balanset-1A mēra vibrāciju motora rāmī un parāda, vai dominējošais maksimums atrodas pie ar tīkla frekvenci piesaistītajiem 100 Hz vai 120 Hz — kas norāda uz elektrisku cēloni — vai pie 2 × darba ātruma, kas drīzāk norādītu uz vārpstu nesakritību. Izšķirošais apstiprinājums joprojām ir jaudas atslēgšanas tests: kad ekrānā redzams reāllaika spektrs, atslēdziet barošanu un vērojiet, vai aizdomīgais maksimums uzreiz pazūd, ja cēlonis ir elektrisks, vai samazinās kopā ar rotoru, ja cēlonis ir mehānisks. Motora elektrisko defektu frekvences kalkulators uzskaitītas precīzas ar līniju saistītās frekvences - 2 × līnija, polu sānu joslas un ar slīdēšanu saistītās komponentes -, kas jāmeklē, pārvēršot juceklīgo zemo frekvenču spektru par kontrolsarakstu.
9. Korekcija, profilakse un uzraudzība
Barošanas puses nelīdzsvarotības koriģēšana
Ja nelīdzsvarotība ir pie ieejas, sazinieties ar komunālo pakalpojumu sniedzēju; pretējā gadījumā bojājums ir ēkā. Pārbaudiet un nostipriniet visus sadales sistēmas savienojumus, pārliecinieties, ka drošinātāji un slēdži ir nebojāti, pārdaliet vienfāzes slodzes vienmērīgi pa trim fāzēm un pārbaudiet transformatoru krānu iestatījumus. Pārsteidzoši liela daļa iekārtu nelīdzsvarotības gadījumu nav nekas cits kā viena vaļīga vai oksidēta spaile, kurai ir lielāka pretestība nekā tās kaimiņiem.
Motora puses problēmu labošana
Ja barošana ir pārbaudīta un līdzsvarota, bet strāva nav, vispirms notīriet un pievelciet motora spaiļu un kabeļu savienojumus, pēc tam pārbaudiet tinumu defektus, izmantojot izolācijas pretestības un strāvas signatūras analīzi. Apstiprināts iekšējs tinuma defekts nozīmē motora pārtīšanu vai nomaiņu — īssavienojumu starp vijumiem uz vietas salabot nevar.
Jaudas samazināšana, uzstādīšana un nepārtraukta uzraudzība
Ja nelīdzsvarotību nevar novērst, ievērojiet NEMA jaudas samazināšanas līkni un samaziniet slodzi, lai aizsargātu tinumus, rūpīgi uzraugot temperatūru. Novērsiet atkārtošanos uzstādīšanas laikā, pirms ieslēgšanas pārbaudot sprieguma līdzsvaru motora spailēs, izvēloties vadītāju šķērsgriezumu tā, lai samazinātu sprieguma kritumu, un apstiprinot pareizu zvaigznes vai trīsstūra savienojumu. Ekspluatācijas laikā periodiski reģistrējiet sprieguma un strāvas rādījumus un iekļaujiet tos plašākā stāvokļa uzraudzība rutīnas ar tendenču analīze, novērojiet, vai nav pārsprāguši drošinātāji vai izslēgti slēdži, un veiciet elektroenerģijas kvalitātes apsekojumu, ja motora problēmas atkārtojas. Tas, ka nelīdzsvarotība tiek uzskatīta par parametru, kas jāseko līdzi tendencēm, nevis par defektu, kas jānovērš pēc bojājuma, neļauj tai mierīgi saīsināt visas motoru grupas dzīves ciklu.
10. Biežāk uzdotie jautājumi
Kāda ir atšķirība starp sprieguma un strāvas nelīdzsvarotību?
Sprieguma nelīdzsvarotība ir trīs barošanas spriegumu nevienlīdzība, un parasti tā ir cēlonis; strāvas nelīdzsvarotība ir trīs fāžu strāvu nevienlīdzība, un tā ir pastiprināta ietekme. Tā kā motora negatīvās sekvences pretestība ir zema, neliela sprieguma nelīdzsvarotība rada sešas līdz desmit reizes lielāku strāvas nelīdzsvarotību, tāpēc strāva ir jutīgāks agrīnā brīdinājuma mērījums.
Kādā frekvencē vibrācijā izpaužas elektriskā nelīdzsvarotība?
Pie divkāršas tīkla frekvences — 100 Hz 50 Hz barošanas tīklā vai 120 Hz 60 Hz barošanas tīklā — jo negatīvās secības lauks ar šo frekvenci modulē gaisa spraugas magnētisko spēku. Ar rotoru saistīti elektriskie defekti pievieno sānu joslas ap 1 × darba ātrumu pie slīdes-polu pārejas frekvences.
Kā atšķirt elektrisko nelīdzsvarotību no mehāniskās nelīdzsvarotības vai vārpstu nesakritības?
Izmantojiet izslēgšanas testu: pārtrauciet darbojošā motora barošanu, vienlaikus vērojot spektru. Patiesa elektriskā komponente pazūd uzreiz, bet mehāniskā samazinās, rotoram brīvgaitā apstājoties. Drošs elektriskais indikators ir arī elektrotīkla frekvencei piesaistīts pīķis tieši 100/120 Hz frekvencē, kas nemainās līdz ar slodzi.
Kāds sprieguma nelīdzsvarotības līmenis ir pieļaujams?
NEMA MG-1 iesaka uzturēt sprieguma nelīdzsvarotību zem 1% un virs šīs vērtības prasa samazināt noslodzi, vienlaikus neiesakot ekspluatāciju virs 5%. IEC, izmantojot simetrisko komponentu definīciju, pieļauj līdz aptuveni 2%. Uzturēt sprieguma nelīdzsvarotību zem 1% ir visefektīvākais veids, kā uzturēt strāvas nelīdzsvarotību parasti izmantotās 10% lauka robežas robežās.
Kāpēc neliels sprieguma disbalanss izraisa tik lielu uzkaršanu?
Asimetrija rada negatīvās secības strāvas, kas plūst pret motora zemo negatīvās secības pretestību, izkliedējot papildu siltumu, kamēr viena fāze ir pārslogota. 3% sprieguma nelīdzsvarotība var paaugstināt tinuma temperatūru par 18-25% un aptuveni uz pusi samazināt izolācijas mūžu.
Vai portatīvais vibrāciju analizators var noteikt elektrisko nelīdzsvarotību?
Jā. Divkanālu analizators, piemēram, Balanset-1A, skaidri nosaka elektrotīkla frekvencei piesaistīto 100/120 Hz pīķi, ļauj veikt izslēgšanas testu un nolasa pola pārslīdējuma sānu joslas, kas ļauj atšķirt barošanas puses nelīdzsvarotību no rotora bojājuma - un tas viss bez atsevišķa elektroenerģijas kvalitātes instrumenta.
