Zrozumienie defektów stojana w silnikach elektrycznych

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

$2,358.31

Części

Czujnik wibracji

$107.47

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

$148.07

Urządzenia

Balanset-4

$8,123.32

Części

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

$54.93

Części

Taśma odblaskowa

$11.94

Urządzenia

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicja: Czym są usterki stojana?

Wady stojana to usterki uzwojeń stacjonarnych i rdzenia silników elektrycznych, w tym przebicia izolacji, zwarcia międzyzwojowe, zwarcia międzyfazowe, zwarcia doziemne, zanieczyszczenie uzwojeń i uszkodzenia warstw. Awarie uzwojeń stojana stanowią 30–40% wszystkich awarii silników, co czyni je drugą najczęstszą usterką silników po… awarie łożysk. Problemy ze stojanem powodują charakterystyczne zaburzenia równowagi elektromagnetycznej, które powodują wibracja przy dwukrotnie wyższej częstotliwości sieci (120 Hz dla silników 60 Hz, 100 Hz dla silników 50 Hz) i można to wykryć poprzez badanie nierównowagi prądu, obrazowanie termiczne i badanie rezystancji izolacji.

Zrozumienie usterek stojana jest niezwykle istotne, ponieważ często rozwijają się one powoli, przez miesiące lub lata, co umożliwia wczesne wykrycie, ale jeśli nie zostaną naprawione, mogą doprowadzić do poważnej awarii, powodującej pożar, poważne uszkodzenie silnika lub zagrożenie bezpieczeństwa.

Rodzaje uszkodzeń stojana

1. Awarie izolacji

Spodenki Turn-to-Turn

• Opis: Izolacja między sąsiadującymi zwojami w tej samej cewce ulega uszkodzeniu
• Efekt: Zwarte zwoje przenoszą nadmierny prąd, powodując lokalne nagrzewanie
• Postęp: Zaczyna się od małych kroków, stopniowo zwiększając liczbę zakrętów
• Wykrywanie: Obecna nierównowaga, gorące punkty na obrazie termicznym, podwyższone drgania 2×f
• Najczęściej spotykane: Odpowiada za większość awarii stojana

Zwarcia międzyfazowe

• Opis: Awaria izolacji między różnymi fazami
• Efekt: Może spowodować natychmiastowe wyłączenie silnika lub jego uszkodzenie
• Powaga: Bardziej dotkliwe niż krótkie spodenki typu turn-to-turn
• Wykrywanie: Duża asymetria prądu może spowodować zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego

Zwarcia doziemne (faza-rama)

• Opis: Uszkodzenie izolacji uzwojenia ramy silnika
• Kwestia bezpieczeństwa: Może zasilać ramę silnika, stwarzając zagrożenie porażenia prądem
• Wykrywanie: Wyzwalacze zabezpieczające przed zwarciem doziemnym, badanie rezystancji izolacji
• Powoduje: Starzenie się izolacji, zanieczyszczenie, uszkodzenia mechaniczne, wilgoć

2. Uszkodzenia fizyczne

• Uszkodzenia mechaniczne: Cewki uszkodzone podczas instalacji lub konserwacji
• Uszkodzenia termiczne: Przegrzanie, degradacja izolacji i miedzi
• Zanieczyszczenie: Olej, substancje chemiczne lub przewodzący pył na uzwojeniach
• Uszkodzenia spowodowane wilgocią: Wnikanie wody powodujące śledzenie i zwarcia
• Uszkodzenia spowodowane koroną: Wysokie napięcie powoduje jonizację powietrza i erozję izolacji

3. Problemy z laminacją

• Zwarcie warstw rdzenia (obniżona wydajność, nagrzewanie)
• Uszkodzone lub luźne laminacje
• Przesunięcie lub przesunięcie rdzenia
• Tworzy straty prądów wirowych i punkty gorące

Przyczyny awarii stojana

Degradacja termiczna

• Przeciążać: Nadmierne nagrzewanie uzwojeń prądem przekraczającym znamionową izolację
• Zablokowane chłodzenie: Niewłaściwa wentylacja przyspieszająca starzenie termiczne
• Temperatura otoczenia: Wysokie temperatury otoczenia zmniejszają skuteczność chłodzenia
• Częste uruchamianie: Prądy rozruchowe podczas rozruchu powodują naprężenia cieplne
• Żywotność izolacji: Każde 10°C powyżej temperatury znamionowej skraca żywotność izolacji o połowę

Naprężenia elektryczne

• Skoki napięcia: Pioruny, przejściowe zmiany naprężające izolację
• Nierównowaga napięciowa: Nierówne napięcia fazowe powodujące prądy krążące
• Przepięcie: Praca powyżej napięcia znamionowego
• Efekty VFD: Wysokie dV/dt z przełączania PWM atakującego izolację

Zanieczyszczenie i środowisko

• Wilgoć: Wilgoć lub wnikanie wody zmniejszające rezystancję izolacji
• Pył przewodzący: Cząsteczki metalu lub pył węglowy tworzący mostki izolacyjne
• Chemikalia: Opary żrące lub rozpuszczalnikowe atakujące izolację
• Olej i smar: Produkty ropopochodne degradujące izolację organiczną

Przyczyny mechaniczne

• Wibracja: Nadmierne wibracje powodujące ścieranie izolacji
• Cykle termiczne: Rozszerzanie/kurczenie się izolacji, jej zginanie i pękanie
• Uderzenia wirnika: Kontakt wirnika uszkadzający uzwojenia stojana
• Uszkodzenia instalacji: Nieostrożne obchodzenie się podczas przewijania lub wymiany

Sygnatura wibracji

Wskaźnik główny: 2× częstotliwość linii

Charakterystyczną cechą problemów ze stojanem jest:

• Częstotliwość: 120 Hz (systemy 60 Hz) lub 100 Hz (systemy 50 Hz)
• Mechanizm: Nierównowaga siły elektromagnetycznej wynikająca z asymetrycznego pola magnetycznego
• Silniki normalne: 2×f obecne, ale niska amplituda (< 10% z 1×)
• Wady stojana: Amplituda 2×f podwyższona (> 20-50% 1× lub wyższa)
• Postęp: Amplituda wzrasta w miarę pogarszania się uskoku

Dodatkowe komponenty

• Częstotliwość linii (1×f) może wzrosnąć
• Mogą pojawić się wyższe harmoniczne (4×f, 6×f)
• Ogólny poziom wibracji może wzrosnąć
• Szum elektromagnetyczny słyszalny jako buczenie o częstotliwości 120/100 Hz

Metody wykrywania

Analiza drgań

• Monitoruj amplitudę i trend częstotliwości linii 2×
• Porównaj z silnikami bazowymi lub podobnymi
• Alert, jeśli 2×f > 30% lub 1× prędkości biegu powoduje drgania
• Rosnąca tendencja w czasie potwierdza postępującą wadę

Pomiary prądu

• Równowaga prądu fazowego: Zmierz prąd w każdej fazie
• Nierównowaga > 10%: Oznacza problem z uzwojeniem
• Miernik cęgowy: Prosty pomiar terenowy
• Analizator jakości energii: Szczegółowa analiza przebiegu prądu

Badanie rezystancji izolacji

• Megaomomierz (Megger): Zmierz rezystancję uzwojenia do uziemienia
• Przyjęcie: Zwykle > 1 MΩ na kV + minimum 1 MΩ
• Popularne: Malejące wartości wskazują na pogorszenie
• Wskaźnik polaryzacji: Stosunek czytania 10 minut do 1 minuty (> 2,0 dobry, < 2,0 podejrzany)

Obrazowanie termiczne

• Kamera na podczerwień pokazuje gorące punkty na ramie silnika
• Lokalne nagrzewanie wskazuje na miejsce uszkodzenia uzwojenia
• Nierównowaga temperaturowa między fazami
• Możliwość wykrycia rozwijających się usterek zanim testy elektryczne wykażą problemy

Testowanie przepięć

• Przykłada impuls napięciowy, porównuje odpowiedzi fazowe
• Wykrywa zwarcia między zakrętami niewidoczne w innych testach
• Wymaga specjalistycznego sprzętu
• Często stosowany w warsztatach motoryzacyjnych do weryfikacji jakości

Postęp i konsekwencje

Wczesny etap

• Nieznaczne zmniejszenie rezystancji izolacji
• Mała nierównowaga prądu (< 5%)
• Nieznaczny wzrost drgań 2×f
• Można je wykryć jedynie za pomocą czułych testów

Etap umiarkowany

• Wyczyść nierównowagę prądu (5-15%)
• Podwyższone wibracje 2×f (20-50% 1×)
• Gorące punkty widoczne na obrazach termicznych
• Spadek rezystancji izolacji

Zaawansowany etap

• Duża nierównowaga prądu (> 15%)
• Bardzo wysokie drgania 2×f
• Oczywiste przegrzanie
• Niska rezystancja izolacji
• Ryzyko natychmiastowej awarii

Katastrofalna awaria

• Całkowite przepalenie uzwojenia
• Możliwy ogień lub dym
• Zadziałanie zabezpieczenia lub przepalenie bezpiecznika
• Poważne uszkodzenie silnika wymagające przezwojenia lub wymiany

Działania korygujące

Po wykryciu

• Zwiększ częstotliwość monitorowania w zależności od stopnia powagi
• Jeśli to możliwe, zmniejsz intensywność pracy (mniejsze obciążenie, współczynnik wypełnienia)
• Zaplanuj wymianę lub przezwojenie silnika
• Zbadaj przyczynę źródłową, aby zapobiec nawrotom

Opcje naprawy

• Przewijanie silnika: Wymiana uzwojeń stojana (duże silniki, > 100 KM, zazwyczaj ekonomiczne)
• Wymiana silnika: Bardziej ekonomiczne dla małych silników (< 50 KM (zwykle)
• Wymiana cewki: W niektórych projektach możliwa jest wymiana pojedynczej cewki
• Operacja tymczasowa: Wczesne usterki mogą umożliwić dalszą pracę przy ścisłym monitorowaniu

Zapobieganie

• Działać w zakresie znamionowego napięcia, prądu i temperatury
• Zapewnij odpowiednią wentylację i chłodzenie
• Chronić przed zanieczyszczeniem (obudowy, uszczelnienia)
• Stosuj zabezpieczenia przeciwprzepięciowe w przypadku silników o znaczeniu krytycznym
• Okresowe badanie izolacji (corocznie w przypadku silników krytycznych)
• Badania termiczne w celu wykrycia rozwijających się gorących punktów

Uszkodzenia stojana stanowią poważny rodzaj awarii silnika, który często można wykryć wcześnie dzięki połączeniu monitorowania drgań (2x częstotliwość linii), analizy prądu, obrazowania termicznego i okresowych testów elektrycznych. Zrozumienie procesu od niewielkiego pogorszenia izolacji do poważnej awarii uzwojenia umożliwia opracowanie strategii konserwacji predykcyjnej, które zapobiegają awariom silnika i optymalizują decyzje dotyczące naprawy lub wymiany.

---

← Powrót do indeksu głównego