Elektrische storingen in wisselstroomMotoren diagnosticeren met trillingsanalyse
Elektrische storingen in wisselstroomasynchronmotoren zijn defecten in het magnetische circuit — de stator, de rotor of de luchtspleet daartussen — die zich verraden via trillingen. Hoewel trillingsanalyse het vaakst wordt geassocieerd met mechanische problemen zoals onevenwicht en lagerdefecten, is het ook een krachtige methode om elektrische storingen op te sporen. Elektrische storingen genereren pulserende magnetische krachten die stator en rotor laten trillen; deze trillingen propageren door het motorhuis en worden eenvoudig opgepikt door een versnellingsmeter. De kunst ligt in het herkennen van patronen die verband houden met de voedingsfrequentie en het aantal poolparen van de motor’s.
1. Inleiding: Elektrische storingen als trillingsbron
De sleutel tot het diagnosticeren van elektrische storingen is het zoeken naar specifieke pieken op frequenties die gerelateerd zijn aan de elektrische netfrequentie — 50 Hz of 60 Hz afhankelijk van de regio — en aan het aantal polen in de motor. Omdat deze krachten magnetisch van aard zijn en niet puur mechanisch, zijn er twee aanwijzingen die ze onderscheiden van gewone mechanische storingen: hun frequenties zijn gekoppeld aan de voedingsspanning en niet aan de assnelheid, en veel ervan veranderen met de motorbelasting. De klassieke diagnostische test is de belasting weghalen terwijl het spectrum wordt gevolgd; een piek die verdwijnt wanneer de belasting wordt weggenomen, is vrijwel zeker van elektrische oorsprong. Een duidelijk begrip van netfrequentie and of motor Uitglijden vormt de basis van elke onderstaande diagnose.
2. Statorfouten
Statorproblemen — los ijzer, losse spoelen of kortgesloten laminaten — kunnen de stator excentrisch of vervormd maken, waardoor een ongelijkmatig magnetisch veld rondom de boring ontstaat. Het resultaat is een magnetische kracht die pulseert op de dubbele netfrequentie.
- Trillingssignatuur: de primaire indicator is een piek met hoge amplitude op 2× de netfrequentie (2×FL)Voor een 60 Hz-motor is dit 120 Hz (7200 cpm). Voor een 50 Hz-motor is dit 100 Hz (6000 cpm).
- Kenmerken: the 2×FL piek is doorgaans zeer stabiel in amplitude en vrijwel onafhankelijk van de belasting. De trilling is vaak het grootst in de richting van de bevestigingspoten van de stator, waar het frame het stijfst is tegen de pulserende trekkracht. Statordefecten worden gemakkelijk verward met mechanische losheid op 2× de draaisnelheid, waardoor de belastingstest en een nauwkeurige frequentiemeting van belang zijn.
3. Rotorfouten (gebroken rotorstangen)
Gebarsten of gebroken rotorstaafjes zijn een veelvoorkomende storing in wisselstroomasynchronmotoren. Wanneer een staafje breekt, verstoort het de stroomstroom in de rotorkooi, wat leidt tot plaatselijke opwarming en een pulserend koppel dat de trilling op de draaisnelheid moduleert.
- Trillingssignatuur: het klassieke teken van gebroken rotorstaven is poolpasseerfrequentie (FP) zijbanden straddling the toerental (1×) peak and its harmonischen.
- Poolpasseerfrequentie (FP): de snelheid waarmee de rotor langs het roterende magneetveld glijdt, berekend als FP = aantal polen × slipfrequentie, waarbij de slipfrequentie het verschil is tussen de synchrone snelheid van het veld en de werkelijke assnelheid.
- Kenmerken: zoek naar een 1× piek geflankeerd door twee duidelijke zijbanden, één op (1× + FP) en één op (1× − FP). Naarmate de schade toeneemt, verschijnen er ook zijbanden rond de 2× en 3× harmonischen. In tegenstelling tot statorfouten is deze signatuur sterk belastingsafhankelijk — de zijbanden groeien naarmate de belasting toeneemt en kunnen bij nullast volledig verdwijnen.
4. Excentrische luchtspleet
De luchtspleet is de kleine speling tussen rotor en stator. Als deze niet gelijkmatig is rondom de boring, resulteert dit in een ongelijkmatige magnetische aantrekkingskracht die de rotor dwingt te trillen.
- Statische excentriciteit: de rotor draait gecentreerd in zijn lagers, maar de statorkern is niet rond, zodat het smalste punt van de speling een vaste positie in de ruimte heeft.
- Dynamische excentriciteit: de rotor zelf is niet rond of staat niet gecentreerd, waardoor het smalste punt van de speling meedraait met de rotor — een toestand die nauw verband houdt met rotorexcentriciteit.
- Trillingssignatuur: beide vormen produceren zijbanden rondom de poolpasseerfrequentie rond 2×FL piek. In ernstige gevallen ontstaat een complex patroon, met zijbanden bij 2×FL ± FP evenals rond de harmonischen van de draaisnelheid.
5. Bevestiging en beste praktijken
Elektrische storingen liggen in het spectrum dicht bij de componenten van de draaisnelheid, waardoor gedisciplineerde meting essentieel is om ze van elkaar te onderscheiden.
- Hoogresolutiespectrum: het diagnosticeren van elektrische storingen vereist een hoogresolutie FFT-spectrum met voldoende lijnen om harmonischen van de draaisnelheid te scheiden van harmonischen van de netfrequentie en hun nauw bij elkaar liggende zijbanden. Een zoom FFT is vaak de enige manier om de zijbanden van de slipfrequentie zuiver te onderscheiden.
- Belasting is cruciaal: bij problemen met rotorstaafjes moet de motor onder aanzienlijke belasting draaien — doorgaans boven de 75% — voordat het defect zichtbaar wordt. Het variëren van de belasting terwijl de pieken worden gevolgd, is het meest betrouwbare veldcriterium om elektrische en mechanische bronnen van elkaar te onderscheiden.
- Meet het ter plaatse: een draagbare tweekanaals analyser zoals de Balans-1a registreert het spectrum en de gesynchroniseerde draaisnelheid van de motor in situ, waardoor het eenvoudig is om een 2×FL statorpiek of belastingsafhankelijke poolpassagezijbanden te signaleren voordat tot demontage wordt besloten — en, wanneer de werkelijke oorzaak mechanische onbalans blijkt te zijn, om de rotor uitbalanceren tijdens hetzelfde bezoek.
- Bevestig met andere technieken: diagnoses kunnen worden bevestigd met motorstroomsignatuuranalyse (MCSA) of met infraroodthermografie, die de gelokaliseerde opwarming door gebroken staafjes of kortgesloten laminaten blootlegt. Kruiscontrole met de bredere familie van motor defects voorkomt verwarring tussen een elektrische storing en een mechanische storing.
