Diagnosticarea defecțiunilor electrice la motoarele de curent alternativ cu ajutorul analizei vibrațiilor
Defecțiuni electrice în motoarele de inducție de curent alternativ sunt defecte ale circuitului magnetic - stator, rotor sau întrefierul dintre acestea - care se manifestă prin vibrații. Deși analiza vibrațiilor este cel mai adesea asociat cu probleme mecanice, cum ar fi dezechilibru și defecte ale rulmentului, este, de asemenea, o modalitate eficientă de a detecta problemele electrice. Defecțiunile electrice generează forțe magnetice pulsatorii care fac statorul și rotorul să vibreze; aceste vibrații trec prin cadrul motorului și sunt ușor detectate de un accelerometru. Arta constă în recunoașterea modelelor legate de frecvența de alimentare și de numărul de poli ai motorului.
1. Introducere: Defecțiunile electrice ca sursă de vibrații
Cheia diagnosticării defecțiunilor electrice este căutarea unor vârfuri specifice la frecvențe legate de frecvența liniei electrice - 50 Hz sau 60 Hz, în funcție de regiune - și de numărul de poli din motor. Deoarece aceste forțe sunt mai degrabă magnetice decât pur mecanice, două indicii le separă de defecțiunile mecanice obișnuite: frecvențele lor sunt legate de alimentare mai degrabă decât de viteza arborelui, iar multe dintre ele se modifică în funcție de sarcina motorului. Testul clasic de diagnosticare este de a scădea sarcina în timp ce se urmărește spectrul; un vârf care se prăbușește atunci când sarcina este îndepărtată este aproape sigur de origine electrică. O înțelegere clară a frecvența electrică și de motor alunecare stă la baza fiecărui diagnostic de mai jos.
2. Defecțiuni ale statorului
Problemele statorului — fier slăbit, bobine slăbite sau tole scurtcircuitate — pot face statorul excentric sau deformat, producând un câmp magnetic neuniform în jurul alezajului. Rezultatul este de obicei o forță magnetică ce pulsează la de două ori frecvența rețelei.
- Semnătura vibrațiilor: cel mai frecvent indicator este un vârf ridicat la 2× frecvența liniei (2×FL). Pentru un motor de 60 Hz, aceasta este 120 Hz (7200 CPM); pentru un motor de 50 Hz, este 100 Hz (6000 CPM). Rețineți că un vârf la 2×FL nu este specific doar defectelor statorului — dezechilibrul tensiunii de alimentare, excentricitatea întrefierului și rezonanța cadrului îl pot crește, de asemenea.
- Caracteristici: 2×FL vârful este de obicei mai stabil și mai puțin sensibil la sarcină decât semnăturile barelor rotorice, dar nu este garantat că rămâne constant — confirmați diagnosticul prin verificări ale curentului de fază și prin compararea spectrelor în sarcină și în gol. Vibrația este adesea cea mai mare în direcția picioarelor de montaj ale statorului, unde cadrul este cel mai rigid împotriva atracției pulsatorii. Defecte ale statorului sunt ușor confundate cu cele mecanice joc axial la 2× viteza de rotație, astfel încât testul de sarcină și o citire precisă a frecvenței sunt importante.
3. Defecțiuni ale rotorului (barele rotorului rupte)
Barele de rotor fisurate sau rupte sunt o defecțiune frecventă la motoarele de inducție de curent alternativ. Atunci când o bară se rupe, aceasta întrerupe fluxul de curent în cușca rotorului, producând o încălzire localizată și un cuplu pulsatoriu care modulează vibrațiile la viteza de funcționare.
- Semnătura vibrațiilor: semnul clasic al bare de rotor rupte este frecvența de trecere a polilor (FP) benzi laterale încrucișând turația de funcționare (1×) vârf și armonice.
- Frecvența de trecere a polului (FP): viteza cu care rotorul alunecă pe lângă câmpul magnetic rotativ, calculată ca FP = numărul de poli × frecvența de alunecare, unde frecvența de alunecare este diferența dintre viteza sincronă a câmpului și viteza reală a arborelui.
- Caracteristici: căutați un vârf 1× flancat de două benzi laterale clare, una la (1× + FP) și una la (1× - FP). Pe măsură ce deteriorarea se agravează, apar benzi laterale și în jurul armonicilor 2× și 3×. Spre deosebire de defectele statorice, această semnătură este foarte sensibilă la sarcină - benzile laterale cresc pe măsură ce sarcina crește și pot dispărea complet fără sarcină.
4. Întrefier excentric
The întrefier este micul întrefier dintre rotor și stator. Dacă acesta nu este uniform în jurul alezajului, rezultatul este un dezechilibru atracție magnetică care forțează rotorul să vibreze.
- Excentricitatea statică: rotorul se rotește centrat în rulmenții săi, dar miezul statorului nu este rotund, astfel încât punctul cel mai îngust al întrefierului este fixat în spațiu.
- Excentricitatea dinamică: rotorul însuși nu este rotund sau este descentrat, astfel încât punctul cel mai îngust al întrefierului se rotește odată cu rotorul — o condiție strâns legată de excentricitatea rotorului.
- Semnătura vibrațiilor: excentricitatea statică ridică de obicei un vârf constant la 2×FL, because the narrow-gap point does not move. Dynamic eccentricity modulates the gap as the rotor turns, producing vibration at 1× running speed and pole-pass-frequency sidebands — at 2×FL ± FP și în jurul armonicilor vitezei de rotație. În practică, cele două coexistă adesea, dând un model combinat complex.
5. Confirmare și cele mai bune practici
Defecțiunile electrice se află aproape de componentele de viteză de rotație în spectru, astfel încât măsurarea disciplinată este esențială pentru a le distinge.
- Spectru de înaltă rezoluție: diagnosticarea defecțiunilor electrice necesită o înaltă rezoluție Spectrul FFT cu suficiente linii pentru a separa armonicele de viteză de rotație de armonicele de frecvență de linie și de benzile lor laterale foarte apropiate. O zoom FFT este adesea singura modalitate de a rezolva clar benzile laterale ale frecvenței de alunecare.
- Încărcarea este critică: pentru problemele cu bara rotorică, motorul trebuie să funcționeze sub o sarcină semnificativă — de obicei peste 75% — pentru ca defectul să apară. Varierea sarcinii în timp ce se urmăresc vârfurile este cel mai fiabil criteriu de diferențiere pe teren între sursele electrice și mecanice.
- Capturați-l pe teren: un analizor portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A înregistrează spectrul și viteza de rulare sincronizată a motorului pe loc, ceea ce facilitează marcarea unui semnal 2×FL benzile laterale de vârf ale statorului sau de trecere a polilor în funcție de sarcină înainte de a se angaja într-o demontare - și, în cazul în care adevăratul vinovat se dovedește a fi dezechilibrul mecanic, să echilibrați rotorul în cadrul aceleiași vizite.
- Confirmați cu alte tehnologii: diagnosticele pot fi coroborate cu analiza semnăturii curentului motorului (MCSA) sau cu termografie în infraroșu, care evidențiază încălzirea localizată cauzată de ruperea barelor sau de scurtcircuitarea laminațiilor. Verificarea încrucișată cu familia mai largă de defecte ale motorului evită confundarea unei defecțiuni electrice cu una mecanică.
