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 дефекты 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 частота тока и двигателя скольжение лежит в основе каждого из приведенных ниже диагнозов.
2. Неисправности статора
Проблемы со статором — ослабление крепления железных пластин, ослабление катушки или замыкание пластин — могут привести к эксцентриситету или деформации статора, что вызывает неравномерность магнитного поля вокруг отверстия. В результате возникает магнитная сила, пульсирующая с частотой, вдвое превышающей частоту сети.
- Характеристики вибрации: основным показателем является пик с высокой амплитудой на 2× частота сети (2×FL). Для двигателя с частотой 60 Гц это 120 Гц (7200 циклов в минуту). Для двигателя с частотой 50 Гц это 100 Гц (6000 циклов в минуту).
- Характеристики: 2×FL Пиковая амплитуда, как правило, остается очень стабильной и практически не зависит от нагрузки. Часто максимальная амплитуда колебаний наблюдается в направлении опорных лап статора, где рама демонстрирует наибольшую жесткость при воздействии пульсирующих нагрузок. Дефекты статора их легко принять за механические рыхлость при удвоенной скорости работы, поэтому важно провести нагрузочное испытание и получить точные показания частоты.
3. Неисправности ротора (поломка лопастей 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 скорость бега (1×) пик и его гармоники.
- Частота прохождения полюса (FP): скорость, с которой ротор проскальзывает мимо вращающегося магнитного поля, рассчитывается как 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: обе формы дают боковые полосы с частотой прохождения полюса около 2×FL пик. В тяжелых случаях возникает сложная картина с боковыми полосами на частоте 2×FL ± FP а также в области гармоник, связанных со скоростью движения.
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.
- Сделайте снимок на месте: портативный двухканальный анализатор, например Балансет-1А записывает спектр и синхронизированную скорость вращения установленного двигателя, что позволяет легко выделить сигнал 2×FL проверить наличие пиковых или зависящих от нагрузки боковых полос на стороне прохождения полюсов статора, 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.
