1. Asas Elektrik untuk Penganalisis Getaran

Sebelum mendiagnosis kecacatan motor daripada spektrum getaran, adalah penting untuk memahami frekuensi elektrik utama yang memacu getaran motor.

1.1. Frekuensi Talian (LF)

Frekuensi bekalan AC: 50 Hz di kebanyakan Eropah, Asia, Afrika, dan Rusia; 60 Hz di Amerika Utara dan sebahagian Amerika Selatan dan Asia. Semua daya elektromagnet dalam motor diperoleh daripada frekuensi ini.

1.2. Frekuensi Garisan Dua Kali (2×LF)

The frekuensi daya elektromagnet dominan dalam motor AC. Dalam sistem 50 Hz, 2×LF = 100 Hz; dalam sistem 60 Hz, 2×LF = 120 Hz. Daya tarikan magnet antara stator dan rotor memuncak dua kali setiap kitaran elektrik, menjadikan 2×LF frekuensi "getaran elektrik" asas bagi setiap motor AC.

1.3. Kelajuan Segerak dan Gelinciran

Medan magnet stator berputar pada kelajuan segerak:

di mana P ialah bilangan kutub. Rotor motor aruhan sentiasa berputar sedikit lebih perlahan. Perbezaan ini tergelincir:

Slip beban penuh tipikal untuk motor induksi standard: 1–5%. Untuk motor 2 kutub pada 50 Hz: N_s = 3000 RPM, kelajuan sebenar ≈ 2940–2970 RPM.

1.4. Frekuensi Laluan Kutub (F_p)

Kadar di mana kutub rotor "gelincir melepasi" kutub stator. Hasilnya ialah sejagat — bebas daripada kiraan tiang:

Untuk motor yang berjalan pada 50 Hz dengan slip 2%: F_p = 2 × 0.02 × 50 = 2 Hz. Frekuensi ini muncul sebagai jalur sisi ciri dalam spektrum bar rotor yang patah.

1.5. Frekuensi Laluan Bar Rotor

Di mana R ialah bilangan bar rotor. Frekuensi ini dan jalur sisinya menjadi ketara apabila bar rotor rosak.

1.6. Jadual Rujukan Frekuensi Utama

StatorRotorPenggulunganJurang udaraMekanikalpaksi Sebarang herotan jurang udara secara langsung mengubah tarikan magnet, dan itu serta-merta mengubah corak getaran. Simbol ± menandakan jalur sisi (modulasi).

2. Gambaran Keseluruhan Kaedah Diagnostik

Tiada teknik tunggal yang dapat mengesan semua kecacatan motor elektrik. Program diagnostik yang mantap menggabungkan pelbagai kaedah pelengkap:

VibrationMCSAESAMCATermografi Tiada kaedah tunggal yang memberikan perlindungan penuh. Pendekatan diagnostik gabungan sangat disyorkan.

2.1. Analisis Spektrum Getaran

Alat utama untuk kebanyakan diagnostik peralatan berputar. Pecutan pada perumah galas menangkap spektrum yang mendedahkan kecacatan mekanikal (ketidakseimbangan, salah jajaran, haus galas) dan beberapa kecacatan elektrik (jurang udara yang tidak sekata, belitan longgar). Walau bagaimanapun, Analisis getaran sahaja tidak dapat mengesan semua kerosakan elektrik motor.

2.2. Analisis Tandatangan Arus Motor (MCSA)

Pengapit arus pada satu fasa menangkap spektrum arus. Bar rotor yang patah menghasilkan jalur sisi pada LF ± F p. MCSA dijalankan dalam talian dan ia sama sekali tidak invasif.

2.3. Analisis Tandatangan Elektrik (ESA)

Menganalisis spektrum voltan dan arus secara serentak di MCC. Mengesan asimetri voltan bekalan, herotan harmonik dan isu kualiti kuasa.

2.4. Analisis Litar Motor (MCA)

An luar talian ujian mengukur rintangan fasa ke fasa, induktans, impedans dan rintangan penebat. Penting semasa penutupan penyelenggaraan.

2.5. Pemantauan Suhu

Suhu penggulungan stator dan trend suhu galas memberikan amaran awal tentang beban lampau, masalah penyejukan dan degradasi penebat.

3. Kecacatan Stator

Kecacatan stator bertanggungjawab untuk kira-kira 23–37% daripada semua kegagalan motor. Stator ialah bahagian pegun yang mengandungi teras besi berlamina dan belitan. Kecacatan menghasilkan getaran terutamanya pada 2×LF (100 Hz / 120 Hz) dan gandaannya.

3.1. Keeksentrikan Stator — Jurang Udara Tidak Sekata

Jurang udara antara rotor dan stator biasanya 0.25–2 mm. Malah variasi 10% mewujudkan ketidakseimbangan daya elektromagnet yang boleh diukur.

Punca-punca

• Kaki lembut — punca yang paling biasa
• Perumah galas yang haus atau rosak
• Ubah bentuk bingkai akibat pengangkutan atau pemasangan yang tidak betul
• Herotan terma di bawah keadaan operasi
• Toleransi pembuatan yang lemah

Tandatangan Spektrum

• Biasanya dominan 2×LF dalam spektrum halaju jejarian
• Sering disertai dengan peningkatan kecil 1X and 2X disebabkan oleh tarikan magnet yang tidak seimbang (UMP)
• Eksentrisitas statik: 2×LF mendominasi dengan sedikit modulasi
• Komponen dinamik: jalur sisi pada 2×LF ± 1X mungkin muncul

Penilaian Keterukan

Nota: Ini adalah garis panduan ilustrasi, bukan piawaian formal. Sentiasa bandingkan dengan garis dasar mesin itu sendiri.

Ujian Pengesahan

Ujian mati kuasa (ujian pantas): Semasa memantau getaran, nyahdayakan motor. Jika puncak 2×LF jatuh mendadak — dalam beberapa saat, jauh lebih pantas daripada pantai mekanikal — sumbernya ialah elektromagnet.

3.2. Lilitan Stator Longgar

Gegelung stator tertakluk kepada daya elektromagnet pada 2×LF semasa setiap kitaran operasi. Selama bertahun-tahun, fiksasi mekanikal (epoksi, varnis, baji) boleh merosot. Gegelung longgar bergetar pada 2×LF dengan amplitud yang semakin meningkat, mempercepatkan haus penebat melalui fret.

Tandatangan Spektrum

• Getaran jejarian yang dominan
• 2×LF mungkin kurang stabil — turun naik amplitud yang sedikit
• Kes yang teruk: harmonik pada 4×LF, 6×LF

Akibat

Ini adalah merosakkan penebat penggulungan — membawa kepada degradasi yang dipercepatkan, kerosakan pembumian yang tidak dapat diramalkan dan kegagalan stator sepenuhnya yang memerlukan undur.

3.3. Kabel Kuasa Longgar — Asimetri Fasa

Sentuhan yang lemah menghasilkan asimetri rintangan. Malah Asimetri voltan 1% menyebabkan lebih kurang Asimetri arus 6–10%. Arus yang tidak seimbang menghasilkan komponen medan magnet yang berputar ke belakang.

Tandatangan Spektrum

• Amplitud 2×LF meningkat disebabkan oleh tarikan magnet yang tidak seimbang
• Dalam beberapa kes, jalur sisi berhampiran ±⅓×LF (~16.7 Hz dalam sistem 50 Hz) di sekitar puncak 2×LF
• Dalam spektrum arus (MCSA): arus jujukan negatif yang tinggi

Pemeriksaan Praktikal

• Periksa semua penamatan kabel, sambungan bar bas, kenalan kontaktor
• Ukur rintangan fasa-ke-fasa — dalam jarak 1% antara satu sama lain
• Ukur voltan bekalan pada ketiga-tiga fasa — asimetri tidak boleh melebihi 1%
• Termografi IR kotak penamatan kabel

3.4. Laminasi Stator Terpendek

Kerosakan pada penebat antara laminasi membolehkan arus pusar beredar, mewujudkan titik panas setempat. Tidak selalu dapat dikesan dalam spektrum getaran — Termografi IR adalah kaedah pengesanan utama. Luar talian: ujian teras elektromagnet (ujian EL-CID).

3.5. Litar Pintasan Antara Pusingan

Pintasan pusingan-ke-pusingan menghasilkan gelung arus beredar setempat, mengurangkan lilitan berkesan dalam gegelung yang terjejas. Menghasilkan peningkatan 2×LF, harmonik ke-3 LF yang dinaikkan dalam arus, dan asimetri arus fasa. Dikesan paling baik melalui ujian lonjakan MCA di luar talian.

2×LF1X / 2XJalur sisi Ujian pemadaman kuasa mengesahkan asal elektromagnet: jika 2×LF menurun mendadak semasa penyahtenagaan (jauh lebih pantas daripada coastdown), sumbernya ialah elektromagnet.

4. Kecacatan Rotor

Kecacatan rotor menyumbang kira-kira 5–10% kegagalan motor tetapi selalunya paling sukar untuk dikesan lebih awal.

4.1. Bar Rotor Patah dan Cincin Hujung Retak

Apabila bar putus, pengagihan semula arus menghasilkan asimetri magnet tempatan — secara efektifnya "titik berat magnet" yang berputar pada frekuensi gelincir relatif terhadap medan stator.

Tandatangan Getaran

• 1X puncak dengan jalur sisi pada ± F_p. Untuk slip 50 Hz / 2%: jalur sisi pada 1X ± 2 Hz
• Kes yang teruk: jalur sisi tambahan pada ± 2F_p, ± 3F_p
• 2×LF mungkin juga menunjukkan F_p jalur sisi

Tandatangan MCSA

Skala Keterukan MCSA

Penting: MCSA memerlukan beban stabil berhampiran keadaan yang dinilai. Pada beban separa, amplitud jalur sisi menurun.

Bentuk Gelombang Masa

Bar rotor yang rosak menghasilkan ciri "corak "memukul" — amplitud memodulasi pada frekuensi hantaran kutub. Selalunya kelihatan sebelum jalur sisi spektrum menjadi ketara.

1XJalur sisi ±FpJalur sisi MCSA Bar rotor yang rosak paling baik disahkan melalui MCSA. Spektrum getaran menunjukkan kecacatan tersebut; MCSA menyediakan penilaian keterukan kuantitatif.

4.2. Keeksentrikan Rotor (Statik dan Dinamik)

Sipi Statik

Ofset garis tengah aci daripada lubang stator. Menghasilkan peningkatan 2×LF. Dalam arus: harmonik slot rotor pada f_RBPF ± LF.

Sipi Dinamik

Pusat rotor mengorbit di sekitar pusat lubang stator. Menghasilkan 1X dengan jalur sisi 2×LF dan frekuensi hantaran bar rotor yang dinaikkan. Dalam arus: jalur sisi pada LF ± f_reput.

Dalam praktiknya, kedua-dua jenis biasanya hadir serentak — coraknya ialah superposisi.

4.3. Busur Pemutar Terma

Motor besar boleh menghasilkan kecerunan suhu yang menyebabkan busur sementara. Menghasilkan 1X yang berubah mengikut masa selepas permulaan — biasanya meningkat selama 15–60 minit, kemudian menstabilkan. Sudut fasa berubah apabila busur terbentuk. Bezakan daripada ketidakseimbangan mekanikal (yang stabil) dengan memantau amplitud dan fasa 1X selama 30–60 minit selepas permulaan.

4.4. Sesaran Medan Elektromagnet (Anjakan Paksi)

Jika rotor itu disesarkan secara paksi relatif kepada stator, taburan medan elektromagnet menjadi tidak simetri secara paksi. Rotor mengalami ayunan daya elektromagnet paksi pada 2×LF.

Punca-punca

• Kedudukan paksi rotor yang salah semasa pemasangan atau selepas penggantian galas
• Haus galas yang membolehkan permainan paksi yang berlebihan
• Tujahan aci dari mesin yang dipacu
• Pengembangan haba semasa operasi

Daya EM paksiAnjakan / gantunganStator CLPengesanan Paksi 2×LF yang hilang serta-merta semasa kuasa dimatikan merupakan pembeza utama daripada punca mekanikal.

5. Kecacatan Elektrik Berkaitan Bearing

5.1. Arus Galas dan EDM

Voltan antara aci dan perumah menyebabkan aliran arus melalui galas. Sumber: asimetri magnet, voltan mod sepunya VFD, cas statik. Nyahcas berulang menghasilkan lubang mikroskopik (Pemesinan Pelepasan Elektrik) yang membawa kepada seruling — alur yang dijarakkan sama rata pada perlumbaan.

Tandatangan Spektrum

• Frekuensi kecacatan galas (BPFO, BPFI, BSF) dengan puncak "bersih" yang sangat seragam
• Lantai hingar frekuensi tinggi yang tinggi dalam spektrum pecutan
• Lanjutan: bunyi "papan cuci" yang tersendiri

Pencegahan

• Galas bertebat (cincin bersalut)
• Berus pembumian aci (terutamanya untuk aplikasi VFD)
• Penapis mod biasa pada output VFD
• Pengukuran voltan aci biasa — di bawah puncak 0.5 V

6. Kesan Pemacu Frekuensi Berubah-ubah (VFD)

6.1. Peralihan Frekuensi

Semua frekuensi elektrik motor beralih secara berkadaran dengan frekuensi output VFD. Jika VFD berjalan pada 45 Hz, 2×LF menjadi 90 Hz. Jalur penggera mesti penyesuaian kelajuan.

6.2. Harmonik PWM

Frekuensi pensuisan (2–16 kHz) dan jalur sisi muncul dalam spektrum. Boleh menyebabkan hingar dan arus galas yang boleh didengar.

6.3. Pengujaan Kilasan

Harmonik tertib rendah (ke-5, ke-7, ke-11, ke-13) menghasilkan denyutan tork yang boleh mengujakan frekuensi semula jadi kilasan.

6.4. Pengujaan Resonans

Apabila VFD menyapu julat kelajuan, frekuensi pengujaan mungkin melalui frekuensi semula jadi struktur. Peta kelajuan kritikal perlu diwujudkan untuk peralatan yang dipacu VFD.

7. Ringkasan Diagnostik Pembezaan

ElektrikMekanikalAnalisis 2×LFKecacatan rotor Ujian snap mati kuasa merupakan cabang pertama dalam pokok diagnostik. Sebaik sahaja asalan elektrik disahkan, frekuensi dan arah dominan akan menyempitkan diagnosis.

8. Teknik Instrumentasi dan Pengukuran

8.1. Keperluan Pengukuran Getaran

8.2. Set Keseimbangan-1A untuk Diagnostik Motor

Getaran dwi-saluran mudah alih Balanset-1A (VibroMera) menyediakan keupayaan teras untuk diagnostik getaran motor:

Selepas mendiagnosis dan membetulkan kecacatan motor, Balanset-1A boleh digunakan untuk pengimbangan rotor in-situ — melengkapkan aliran kerja diagnostik-ke-pembetulan penuh tanpa menanggalkan motor.

8.3. Amalan Terbaik Pengukuran

• Tiga arah — menegak, mendatar dan paksi — pada setiap galas. Paksi adalah penting untuk anjakan medan EM
• Sediakan permukaan — tanggalkan cat, karat untuk gandingan pecutan yang boleh dipercayai
• Keadaan keadaan stabil — kelajuan nominal, beban, suhu
• Rekodkan keadaan operasi — kelajuan, beban, voltan, arus dengan setiap pengukuran
• Pemasaan yang konsisten — syarat yang sama untuk perbandingan trend
• Ujian mati kuasa apabila getaran elektrik disyaki — mengambil masa beberapa saat, memberikan pengenalpastian sumber yang boleh dipercayai

9. Rujukan Normatif

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Getaran. Pengukuran dan penilaian getaran mesin. Bahagian 1. Garis panduan umum.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Pemantauan keadaan. Pemantauan keadaan getaran. Bahagian 2. Latihan dan pensijilan.
• ISO 20816-1:2016 — Getaran mekanikal. Pengukuran dan penilaian. Bahagian 1: Garis panduan umum.
• ISO 10816-3:2009 — Penilaian getaran mesin. Bahagian 3: Mesin industri >15 kW.
• IEC 60034-14:2018 — Mesin elektrik yang berputar. Bahagian 14: Getaran mekanikal.
• IEEE 43-2013 — Amalan yang disyorkan untuk menguji rintangan penebat.
• IEEE 1415-2006 — Panduan untuk ujian penyelenggaraan jentera induksi.
• NEMA MG 1-2021 — Motor dan penjana. Had getaran dan pengujian.
• ISO 1940-1:2003 — Keperluan kualiti keseimbangan untuk rotor.

10. Conclusion

1. 2×LF ialah penunjuk elektromagnet utama. Puncak yang ketara pada frekuensi bekalan dua kali ganda menunjukkan sumber elektromagnet. Ujian pemadaman kuasa memberikan pengesahan.
2. Hala tuju itu penting. Jejari 2×LF → jurang udara / belitan / bekalan. paksi 2×LF + 1X → anjakan medan elektromagnet — salah satu kecacatan yang paling merosakkan.
3. Jalur sisi menceritakan kisahnya. ± ⅓×LF → masalah kabel bekalan. ± F_p → bar rotor yang patah. Corak jalur sisi selalunya lebih diagnostik daripada puncak utama.
4. Resolusi spektrum adalah kritikal. Untuk motor 2 kutub pada 50 Hz, 2X dan 2×LF hanya berjarak ~2 Hz. Resolusi ≤ 0.5 Hz adalah wajib.
5. Gabungkan kaedah. Getaran + MCSA + MCA + Termografi. Tiada kaedah tunggal yang merangkumi semua kecacatan.
6. Bercakap dengan juruelektrik. Kakitangan pembaikan motor mempunyai pengetahuan yang tidak tergantikan tentang motor tertentu, sejarahnya dan keadaan bekalannya.

Alur Kerja yang Disyorkan

Langkah diagnostikMCSAPengesahan Ikuti urutan ini secara sistematik. Ujian pemadaman kuasa (langkah 2) mengambil masa beberapa saat dan membezakan sumber elektrik berbanding mekanikal dengan andal.

Getaran dwi-saluran mudah alih moden seperti Balanset-1A membolehkan jurutera lapangan menjalankan analisis getaran spektrum dengan resolusi dan ketepatan fasa yang diperlukan untuk pengenalpastian kecacatan motor — daripada mengesan jurang udara yang tidak sekata melalui analisis fasa silang hinggalah pengimbangan rotor in-situ seterusnya.