Pochopenie zlomených rotorových tyčí
Definícia: Čo sú to zlomené rotorové tyče?
Zlomené rotorové tyče sú úplné zlomy vodičových tyčí v rotoroch asynchrónnych motorov s klietkou nakrátko. Ide v podstate o rovnaký stav ako defekty rotorovej tyče ale konkrétne zdôrazňuje úplné zlomenie tyče, a nie praskliny alebo vysokoodporové spojenia. Keď sa jedna alebo viac tyčí zlomí, elektrický prúd nemôže cez ne pretekať, čo vytvára elektromagnetickú asymetriu, ktorá produkuje charakteristické vibrácie a aktuálne podpisy s bočné pásma na frekvencia sklzu rozostup okolo rýchlosti behu.
Zlomené rotorové tyče sú obzvlášť zákerné, pretože vytvárajú kaskádovitý režim poruchy: jedna zlomená tyč zvyšuje prúd a napätie v susedných tyčiach, čo spôsobuje ich postupné zlyhanie. Ak sa problém nezistí včas (jedna zlomená tyč), stav sa môže rýchlo zhoršiť na viacero zlomených tyčí a katastrofické zlyhanie rotora, ktoré si vyžaduje výmenu motora.
Ako sa lámu rotorové tyče
Tepelná únava (najbežnejšia)
Opakované cykly ohrevu a chladenia:
- Spúšťací prúd: Počas štartu motora je rotorový prúd 5-7× normálny (stav zablokovaného rotora)
- Tepelná rozťažnosť: Hliníkové tyče sa výrazne rozťahujú (koeficient 23 µm/m/°C)
- Obmedzenie: Železné jadro sa rozťahuje menej (12 µm/m/°C), čo obmedzuje rozťahovanie tyče
- Stres: Diferenciálna rozťažnosť vytvára tepelné napätie v tyčiach
- Únava: Opakované štartovacie cykly spôsobujú únavu z nízkych cyklov
- Iniciácia trhliny: Typicky na spoji medzi tyčou a koncom krúžku (bod s vysokým napätím)
Mechanické namáhanie
- Odstredivé sily pri vysokých rýchlostiach
- Elektromagnetické sily počas prevádzky a štartovania
- Vibrácie z vonkajších zdrojov
- Rázové zaťaženie počas štartov alebo zmien zaťaženia
Výrobné chyby
- Pórovitosť: Dutiny v liatych hliníkových rotoroch
- Slabé spojenie: Nedostatočné spojenie medzi tyčou a jadrom
- Materiálne zahrnuté: Kontaminanty v odliatkoch
- Spoje krúžkov so slabými koncami: Slabé spojenie krúžkov medzi tyčou a koncom
Prevádzkové podmienky
- Časté štartovanie: Každý štart je udalosťou tepelného a mechanického namáhania
- Zaťaženia s vysokou zotrvačnosťou: Dlhé časy zrýchlenia zvyšujú namáhanie tyče
- Reverzná služba: Zapojenie vytvára extrémne prúdy
- Jednofázové: Prevádzka s preťažením rotorových tyčí, výpadkom jednej fázy
Charakteristický bočný pásmový podpis
Prečo sa objavujú bočné pásy
Charakteristický diagnostický vzorec:
- Zlomená tyč nemôže prenášať prúd, čo vytvára elektrickú asymetriu
- Asymetria sa otáča s preklzovou frekvenciou (rozdiel medzi synchrónnou rýchlosťou a rýchlosťou rotora)
- Vytvára pulzáciu krútiaceho momentu pri 2× sklzovej frekvencii
- Pulzácia krútiaceho momentu moduluje 1× vibrácie z mechanickej nevyváženosti
- Výsledok: bočné pásma pri rýchlosti jazdy ± intervaly sklzovej frekvencie
Vibračný vzorec
- Centrálny vrchol: 1× rýchlosť jazdy (fr)
- Dolné bočné pásmo: fr – fs (kde fs = sklzová frekvencia)
- Horné bočné pásmo: fr + fs
- Viacero postranných pásiem: fr ± 2fs, fr ± 3fs so zvyšujúcou sa závažnosťou
- Symetria: Bočné pásy symetrické okolo 1× vrcholu
Príklad
4-pólový motor s frekvenciou 60 Hz pri plnom zaťažení:
- Synchrónna rýchlosť: 1800 ot./min.
- Skutočná rýchlosť: 1750 ot./min. (29,17 Hz)
- Šmyk: 50 ot./min. (0,833 Hz)
- Vrchol vibrácií sa prejaví pri: 28,3 Hz, 29,17 Hz, 30,0 Hz
- Prerušený pruh potvrdený symetrickými bočnými pásmami pri ±0,833 Hz
Aktuálny podpis (MCSA)
Analýza prúdu motora ukazuje podobný priebeh:
- Centrálny vrchol: Frekvencia siete (50 alebo 60 Hz)
- Bočné pásma: fline ± 2fs (poznámka: 2× sklzová frekvencia v prúde, nie 1×)
- Príklad: 60 Hz motor so sklzom 1 Hz → bočné pásma pri 58 Hz a 62 Hz
- Výhoda: Neinvazívne, umožňuje nepretržité monitorovanie
- Citlivosť: Často detekuje zlomené tyče skôr ako vibrácie
Fázy progresie
Jeden prerušený pruh
- Objavujú sa malé bočné pásma (20-40% s 1× vrcholom)
- Mierne pulzovanie krútiaceho momentu (nemusí byť badateľné)
- Výkon motora je takmer normálny
- Môže fungovať mesiace s monitorovaním
- Výmena by mala byť naplánovaná
Viacero susedných prerušených pruhov
- Silné bočné pásma (> 50% s 1× vrcholom)
- Znateľné pulzácie krútiaceho momentu
- Zvýšený sklz a teplota
- Zrýchlenie postupu s prehrievaním susedných tyčí
- Naliehavá výmena (časový rámec týždňov)
Ťažký stav
- Bočné pásma môžu presiahnuť 1× amplitúdu píku
- Silné pulzácie krútiaceho momentu ovplyvňujúce poháňané zariadenie
- Vysoké vibrácie a teplota
- Riziko zlyhania koncového krúžku alebo úplného poškodenia rotora
- Vyžaduje sa okamžitá výmena
Najlepšie postupy detekcie
Analýza vibrácií
- Použite FFT s vysokým rozlíšením (rozlíšenie < 0,2 Hz) na rozlíšenie postranných pásiem
- Test motora pri zaťažení (bočné pásy sú výraznejšie s prietokom prúdu)
- Vypočítajte očakávanú frekvenciu sklzu motora
- Vyhľadávacie spektrum pre symetrické bočné pásma pri ±fs okolo 1×
- Trend amplitúdy bočného pásma v priebehu času
Testovanie MCSA
- Pripevnite prúdové sondy na vodiče motora
- Získanie aktuálneho priebehu a výpočet FFT
- Hľadajte bočné pásma pri fline ± 2fs
- Porovnajte so zdravým motorickým východiskovým stavom
- Dokáže detekovať skôr, ako príznaky vibrácií zmiznú
Nápravné opatrenia
Okamžitá reakcia
- Zvýšte frekvenciu monitorovania (mesačne → týždenne → denne)
- Rýchlosť rastu amplitúdy bočného pásma trate
- Objednajte si náhradný motor alebo naplánujte výmenu rotora
- Ak je to možné, skráťte pracovný cyklus (minimalizujte počet štartov)
- Dokumentácia postupu pre analýzu zlyhania
Možnosti opravy
- Výmena rotora: Najspoľahlivejšie pre veľké motory (> 100 HP)
- Prelievanie rotora: Špecializované dielne môžu prepracovať hliníkové rotory
- Výmena motora: Často najekonomickejšie pre malé motory (< 50 koní)
- Vyšetrovanie základnej príčiny: Zistite, prečo sa tyče zlomili, aby ste predišli ich opakovaniu.
Prevencia
- Na zníženie štartovacieho prúdu a tepelného namáhania použite softštartéry alebo meniče frekvencie
- Obmedzenie frekvencie spúšťania pre záťaže s vysokou zotrvačnosťou
- Uveďte motory dimenzované pre skutočný pracovný cyklus (motory s častým štartom pre prevádzku s vysokým počtom cyklov)
- Zabezpečte dostatočné vetranie a chladenie motora
- Chráňte pred jednofázovými podmienkami
Zlomené rotorové tyče, hoci predstavujú iba 10-15% porúch motorov, vytvárajú charakteristické charakteristiky postranného pásma sklzovej frekvencie, ktoré umožňujú spoľahlivú včasnú detekciu prostredníctvom vibračnej alebo prúdovej analýzy. Pochopenie mechanizmu tepelnej únavy, rozpoznanie charakteristického vzoru postranného pásma a implementácia monitorovania stavu umožňuje plánovanú výmenu motora skôr, ako sa poruchy jednej tyče premenia na katastrofické poruchy viacerých tyčí a predĺžené neplánované prestoje.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 