Диагностика электрических неисправностей в асинхронных двигателях с помощью анализа вибрации
Неисправности в электрооборудовании В асинхронных двигателях переменного тока дефекты магнитного контура — статора, ротора или воздушного зазора между ними — проявляются в виде вибрации. Хотя анализ вибраций чаще всего связано с механическими проблемами, такими как дисбаланс и дефектов подшипников, это также эффективный способ выявления неисправностей в электросистеме. Неисправности в электросистеме вызывают пульсирующие магнитные поля, которые приводят к вибрации статора и ротора; эти вибрации распространяются по корпусу двигателя и легко улавливаются акселерометр. Все дело в том, чтобы распознать закономерности, связанные с частотой питания и количеством полюсов двигателя.
1. Введение: Электрические неисправности как источник вибрации
Ключом к диагностике электрических неисправностей является поиск характерных пиков на частотах, связанных с частотой сети — 50 Гц или 60 Гц в зависимости от региона — и с количеством полюсов двигателя. Поскольку эти силы носят магнитный, а не чисто механический характер, их можно отличить от обычных механических неисправностей по двум признакам: их частоты синхронизируются с частотой сети, а не с частотой вращения вала, и многие из них изменяются в зависимости от нагрузки на двигатель. Классический диагностический тест заключается в снижении нагрузки при одновременном наблюдении за спектром; пик, который исчезает при снятии нагрузки, почти наверняка имеет электрическое происхождение. Четкое понимание электрическая частота и двигателя скольжение лежит в основе каждого из приведенных ниже диагнозов.
2. Неисправности статора
Проблемы статора — ослабление пакета железа, ослабление катушек или замкнутые между собой листы — могут сделать статор эксцентричным или деформированным, создавая неравномерное магнитное поле по окружности расточки. В результате обычно возникает магнитная сила, пульсирующая с удвоенной частотой сети.
- Характеристики вибрации: наиболее распространённый признак — повышенный пик на 2× частота сети (2×FL). Для двигателя 60 Hz это 120 Hz (7200 CPM); для двигателя 50 Hz — 100 Hz (6000 CPM). Обратите внимание, что пик 2×FL не является уникальным признаком дефектов статора — его также могут повышать дисбаланс напряжения питания, эксцентриситет воздушного зазора и резонанс рамы.
- Характеристики: 2×FL обычно более стабилен и менее чувствителен к нагрузке, чем признаки дефектов стержней ротора, но не обязательно остаётся постоянным — подтверждайте диагноз проверкой фазных токов и сравнением спектров под нагрузкой и без нагрузки. Вибрация часто максимальна в направлении опорных лап статора, где рама наиболее жёстко сопротивляется пульсирующему притяжению. Дефекты статора их легко принять за механические Ослабление при удвоенной скорости работы, поэтому важно провести нагрузочное испытание и получить точные показания частоты.
3. Неисправности ротора (поломка стержней ротора)
Трещины или поломки стержней ротора являются распространенной причиной выхода из строя асинхронных двигателей переменного тока. При поломке стержня нарушается протекание тока в клетке ротора, что приводит к локальному нагреву и возникновению пульсирующего момента, который модулирует вибрацию при работе двигателя.
- Характеристики вибрации: классический признак сломанные роторные стержни является частота прохождения полюса (FP) боковые полосы разделяющий рабочая скорость (1×) пик и его гармоники.
- Частота прохождения полюса (FP): скорость, с которой ротор проскальзывает мимо вращающегося магнитного поля, рассчитывается по формуле FP = количество полюсов × частота скольжения, где частота скольжения представляет собой разницу между синхронной скоростью поля и фактической скоростью вала.
- Характеристики: обратите внимание на пик 1×, по бокам которого расположены две четкие боковые полосы, одна на частоте (1× + FP) и один в точке (1× − FP). По мере усугубления повреждения побочные полосы появляются также вокруг гармоник 2-й и 3-й порядка. В отличие от неисправностей статора, эта характеристика сильно зависит от нагрузки — побочные полосы усиливаются с ростом нагрузки и могут полностью исчезнуть при отсутствии нагрузки.
4. Эксцентричный воздушный зазор
Сайт воздушный зазор — это небольшой зазор между ротором и статором. Если он неравномерный по всему диаметру отверстия, это приводит к дисбалансу магнитное притяжение что приводит к вибрации ротора.
- Статическая эксцентричность: Ротор вращается, удерживаясь в подшипниках, но сердечник статора имеет неровности формы, поэтому самая узкая точка зазора фиксирована в пространстве.
- Динамическая эксцентричность: сам ротор имеет неровности по окружности или смещен относительно центра, в результате чего самая узкая точка зазора вращается вместе с ротором — это явление тесно связано с эксцентриситет ротора.
- Характеристики вибрации: статический эксцентриситет обычно вызывает устойчивый пик на 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 и вблизи гармоник рабочей частоты вращения. На практике эти явления часто сосуществуют, образуя сложную комбинированную картину.
5. Подтверждение и передовой опыт
Электрические неисправности в спектре располагаются рядом с сигналами, связанными с рабочей скоростью, поэтому для их различения необходимо проводить тщательные измерения.
- Спектр высокого разрешения: Для диагностики неисправностей в электрооборудовании требуется высокое разрешение Спектр БПФ с достаточным количеством линий, чтобы отделить гармоники, связанные со скоростью движения, от гармоник, связанных с частотой сети, и их близко расположенных боковых полос. A масштабирование БПФ часто является единственным способом чистого выделения боковых полос, связанных с частотой скольжения.
- Нагрузка имеет решающее значение: Чтобы выявить неисправности, связанные с роторными стержнями, двигатель должен работать под значительной нагрузкой — как правило, более 75 % — для того, чтобы дефект проявился. Изменение нагрузки с одновременным наблюдением за пиковыми значениями является наиболее надежным способом различения электрических и механических причин неисправностей в полевых условиях.
- Зафиксируйте это в полевых условиях: портативный двухканальный анализатор, например Balanset-1A записывает спектр и синхронизированную скорость вращения установленного двигателя, что позволяет легко выделить сигнал 2×FL наличие пика 2×F на статоре или зависящих от нагрузки боковых полос прохождения полюсов, прежде чем приступать к разборке, — и, если окажется, что истинной причиной является механический дисбаланс, сбалансировать ротор во время того же визита.
- Проверьте с помощью других технологий: диагнозы можно подтвердить с помощью анализа сигнатур тока двигателя (MCSA) или с помощью инфракрасная термография, что позволяет выявить локальный нагрев, вызванный обрывом стержней или замыканием пластин. Перекрестная проверка с более широким семейством дефекты двигателя позволяет не перепутать электрическую неисправность с механической.
