Diagnozowanie usterek elektrycznych w silnikach prądu przemiennego za pomocą analizy drgań
Usterki elektryczne W silnikach indukcyjnych prądu przemiennego występują usterki obwodu magnetycznego — stojana, wirnika lub szczeliny powietrznej między nimi — które ujawniają się w postaci drgań. Chociaż analiza drgań najczęściej wiąże się z problemami mechanicznymi, takimi jak brak równowagi oraz wady łożysk, jest to również skuteczny sposób na wykrywanie usterek elektrycznych. Usterki elektryczne generują pulsujące siły magnetyczne, które powodują drgania stojana i wirnika; drgania te przenoszą się przez obudowę silnika i są łatwo wykrywane przez akcelerometr. Sztuka polega na rozpoznawaniu wzorców związanych z częstotliwością zasilania oraz liczbą biegunów silnika.
1. Wstęp: Usterki elektryczne jako źródło drgań
Kluczem do diagnozowania usterek elektrycznych jest poszukiwanie charakterystycznych pików przy częstotliwościach związanych z częstotliwością sieci elektrycznej — 50 Hz lub 60 Hz w zależności od regionu — oraz z liczbą biegunów silnika. Ponieważ siły te mają charakter magnetyczny, a nie czysto mechaniczny, od zwykłych usterek mechanicznych odróżniają je dwie cechy: ich częstotliwości są zsynchronizowane z częstotliwością zasilania, a nie z prędkością obrotową wału, a wiele z nich zmienia się wraz z obciążeniem silnika. Klasycznym testem diagnostycznym jest zmniejszenie obciążenia przy jednoczesnym obserwowaniu widma; szczyt, który zanika po usunięciu obciążenia, ma prawie na pewno pochodzenie elektryczne. Dokładne zrozumienie częstotliwość elektryczna and of motor poślizg stanowi podstawę każdej z poniższych diagnoz.
2. Usterki stojana
Problemy ze stojanem — poluzowane żelazne elementy, luzy w cewkach lub zwarte blachy — mogą powodować jego wycentrowanie lub odkształcenie, co skutkuje nierównomiernym polem magnetycznym wokół otworu. W rezultacie powstaje siła magnetyczna pulsująca z częstotliwością dwukrotnie większą od częstotliwości sieciowej.
- Charakterystyka drgań: głównym wskaźnikiem jest szczyt o dużej amplitudzie przy 2× częstotliwość sieciowa (2×FL)Dla silnika 60 Hz jest to 120 Hz (7200 CPM). Dla silnika 50 Hz jest to 100 Hz (6000 CPM).
- Charakterystyka: the 2×FL Amplituda drgań szczytowych jest zazwyczaj bardzo stała i w dużej mierze niezależna od obciążenia. Drgania są często najsilniejsze w kierunku nóżek mocujących stojan, gdzie rama wykazuje największą sztywność w stosunku do pulsujących sił. Wady stojana łatwo pomylić z mechanicznymi rozluźnienie przy dwukrotnej prędkości pracy, dlatego tak ważne są testy obciążeniowe i dokładny pomiar częstotliwości.
3. Usterki wirnika (pęknięte pręty wirnika)
Pęknięte lub złamane pręty wirnika to częsta usterka występująca w silnikach indukcyjnych prądu przemiennego. Złamanie pręta zakłóca przepływ prądu w klatce wirnika, powodując miejscowe nagrzewanie się oraz pulsujący moment obrotowy, który moduluje drgania związane z prędkością obrotową.
- Charakterystyka drgań: klasyczny objaw złamane pręty wirnika Jest częstotliwość przejścia przez słup (FP) wstęgi boczne straddling the prędkość biegu (1×) peak and its harmonia.
- Częstotliwość przejść przez słup (FP): prędkość, z jaką wirnik przesuwa się względem obrotowego pola magnetycznego, obliczona jako FP = liczba biegunów × częstotliwość poślizgu, gdzie częstotliwość poślizgu stanowi różnicę między prędkością synchroniczną pola a rzeczywistą prędkością wału.
- Charakterystyka: poszukaj piku o amplitudzie 1×, otoczonego dwoma wyraźnymi pasmami bocznymi, z których jedno znajduje się przy (1× + FP) oraz jeden w punkcie (1× − FP). W miarę pogłębiania się uszkodzenia pasma boczne pojawiają się również wokół harmonicznych 2× i 3×. W przeciwieństwie do uszkodzeń stojana sygnał ten jest bardzo wrażliwy na obciążenie — pasma boczne wzrastają wraz ze wzrostem obciążenia i mogą całkowicie zanikać przy braku obciążenia.
4. Mimośrodowa szczelina powietrzna
The szczelina powietrzna to niewielka szczelina między wirnikiem a stojanem. Jeśli nie jest ona równomierna na całym obwodzie otworu, skutkiem tego jest niewyważenie przyciąganie magnetyczne co powoduje drgania wirnika.
- Ekscentryczność statyczna: wirnik obraca się, pozostając wycentrowany w łożyskach, ale rdzeń stojana jest owalny, więc najwęższe miejsce szczeliny pozostaje stałe w przestrzeni.
- Ekscentryczność dynamiczna: sam wirnik jest owalny lub przesunięty względem osi, przez co najwęższe miejsce szczeliny obraca się wraz z wirnikiem — jest to zjawisko ściśle związane z ekscentryczność wirnika.
- Charakterystyka drgań: obie formy generują pasma boczne o częstotliwości przejścia przez biegun w okolicy 2×FL szczyt. W ciężkich przypadkach pojawia się złożony wzór z pasmami bocznymi o częstotliwości 2×FL ± FP a także w okolicy harmonicznych związanych z prędkością roboczą.
5. Potwierdzenie i najlepsze praktyki
Usterki elektryczne znajdują się w widmie w pobliżu elementów związanych z prędkością roboczą, dlatego do ich rozróżnienia niezbędne są precyzyjne pomiary.
- Widmo o wysokiej rozdzielczości: Diagnozowanie usterek elektrycznych wymaga wysokiej rozdzielczości Widmo FFT z wystarczającą liczbą linii, aby oddzielić harmoniczne prędkości biegu od harmonicznych częstotliwości sieciowej oraz ich ściśle rozłożonych pasm bocznych. A zoom FFT jest często jedynym sposobem na czyste wyodrębnienie pasm bocznych o częstotliwości przesunięcia.
- Obciążenie ma kluczowe znaczenie: W przypadku problemów związanych z prętami wirnika silnik musi pracować pod znacznym obciążeniem — zazwyczaj powyżej 75% — aby usterka stała się widoczna. Zmiana obciążenia przy jednoczesnej obserwacji wartości szczytowych stanowi najbardziej niezawodny sposób rozróżnienia w warunkach eksploatacyjnych między przyczynami elektrycznymi a mechanicznymi.
- Uchwyć to w terenie: przenośny analizator dwukanałowy, taki jak Balans-1a rejestruje widmo i zsynchronizowaną prędkość obrotową silnika w miejscu, co ułatwia oznaczenie 2×FL przed przystąpieniem do demontażu sprawdzić pasma boczne związane ze szczytami stojana lub zależne od obciążenia — a jeśli okaże się, że prawdziwą przyczyną jest niewyważenie mechaniczne, to wyważyć wirnik podczas tej samej wizyty.
- Sprawdź przy użyciu innych technologii: diagnozy można potwierdzić za pomocą analizy charakterystyki prądu silnika (MCSA) lub za pomocą termografia w podczerwieni, co pozwala wykryć miejscowe przegrzania spowodowane pękniętymi prętami lub zwarciami w laminatach. Porównanie z szerszą grupą usterki silnika pozwala uniknąć pomylenia usterki elektrycznej z mechaniczną.
