Pochopenie defektov rotorovej tyče
Definícia: Čo sú to defekty rotorovej tyče?
Poruchy rotorovej tyče (tiež nazývané zlomené rotorové tyče alebo prasknuté rotorové tyče) sú zlomeniny, praskliny alebo vysokoodporové spojenia vo vodivých tyčiach rotorov asynchrónnych motorov s klietkou nakrátko. Rotory s klietkou nakrátko pozostávajú z hliníkových alebo medených tyčí zapustených v drážkach železného jadra, pričom oba konce tyčí sú spojené skratovacími krúžkami (koncovými krúžkami). Keď sa tyče zlomia alebo spojenia koncových krúžkov prasknú, elektrický prúd nemôže správne pretekať cez poškodené tyče, čo vytvára elektromagnetickú asymetriu, pulzujúci krútiaci moment a charakteristické kolísanie... vibrácie a aktuálne podpisy s bočné pásma pri rozstupe frekvencie sklzu.
Poruchy rotorových tyčí predstavujú 10-15% porúch motorov a sú obzvlášť problematické, pretože sa môžu vyvíjať od jednej zlomenej tyče až po viacero porúch, čo spôsobuje silné vibrácie, pulzácie krútiaceho momentu a prípadne poruchu motora, ak sa nezistia a neopravia.
Typy defektov rotorovej tyče
1. Zlomené rotorové tyče
- Popis: V súčasnosti sa nachádza na území Slovenskej republiky: Úplné zlomeniny vodičovej tyče
- miesto: Typicky v blízkosti koncových krúžkov, kde sa koncentruje tepelné a mechanické namáhanie
- Postup: Zvyčajne začína prasklinou a postupuje k úplnému zlomeniu.
- Viaceré pruhy: Jedna zlomená tyč zvyšuje namáhanie susedných tyčí, čo vedie k postupnému zlyhaniu
2. Prasknuté koncové krúžky
- Popis: V súčasnosti sa nachádza na území Slovenskej republiky: Zlomeniny v skratovacích krúžkoch, ktoré spájajú rotorové tyče
- Účinok: Podobne ako zlomené tyče – narúša tok prúdu
- miesto: Často na spoji tyče s krúžkom
- Častejšie v: Veľké motory, motory s častými štartmi, záťaže s vysokou zotrvačnosťou
3. Vysokopevnostné spoje
- Popis: V súčasnosti sa nachádza na území Slovenskej republiky: Slabé elektrické spojenie medzi tyčami a koncovými krúžkami
- Príčina: Výrobné chyby, tepelné cykly, korózia
- Účinok: Podobné príznaky ako pri zlomených tyčiach, ale môžu byť občasné
- Detekcia: Jemnejšie podpisy ako úplné prerušenia
4. Pórovitosť rotora
- Dutiny v liatych hliníkových rotoroch
- Znižuje efektívny prierez vodiča
- Môže viesť k prasklinám a zlomeniam
- Výrobná chyba, ktorá sa však môže prejaviť až neskôr v živote
Príčiny porúch rotorovej tyče
Tepelné namáhanie
- Tepelné cyklovanie: Expanzia/kontrakcia od spustenia/ukončenia
- Diferenciálna expanzia: Hliníkové tyče sa rozťahujú viac ako železné jadro
- Horúce miesta: Lokalizované prehriatie z vysokého odporu
- Časté štarty: Každý štart vytvára tepelný šok
Mechanické namáhanie
- Odstredivé sily: Najmä vo vysokorýchlostných motoroch
- Elektromagnetické sily: Pulzujúce sily počas prevádzky
- Štartovací krútiaci moment: Vysoké prúdy počas štartovania vytvárajú mechanické namáhanie
- Vibrácie: Tyče na únavu od vonkajších vibrácií
Výrobné chyby
- Pórovitosť v liatych rotoroch
- Slabé spojenie krúžkov medzi tyčou a koncom
- Materiálne inklúzie alebo dutiny
- Nedostatočné tepelné spracovanie
Prevádzkové podmienky
- Časté štartovanie: Tepelné a elektromagnetické namáhanie
- Zaťaženia s vysokou zotrvačnosťou: Dlhé časy zrýchlenia zvyšujú namáhanie tyče
- Udalosti zablokovaného rotora: Extrémne prúdy a sily
- Jednofázové: Prevádzka s výpadkom jednej fázy vytvára asymetrické prúdy
Vibračný podpis
Charakteristický vzor
Charakteristickým znakom defektov rotorovej tyče sú bočné pásy okolo rýchlosti jazdy:
- Centrálny vrchol: 1× rýchlosť jazdy (fr)
- Bočné pásma: fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs
- Kde fs = sklzová frekvencia (typicky 1 – 3 Hz)
- Vzor: Symetrické bočné pásma rozmiestnené v intervaloch sklzovej frekvencie
Výpočet frekvencie sklzu
- fs = (Nsync – Nskutočný) / 60
- Príklad: 4-pólový motor, 60 Hz
- Nsync = 1800 ot./min, Nactual = 1750 ot./min
- fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
- Bočné pásma sa objavujú pri 29,17 ± 0,833 Hz (28,3 Hz a 30,0 Hz)
Závislosť od zaťaženia
- Bez zaťaženia: Minimálne bočné pásma (nízky sklz, nízky prúd cez prerušené tyče)
- Ľahké zaťaženie: Začínajú sa objavovať malé bočné pásy
- Plné zaťaženie: Silné bočné pásma, najzreteľnejšia diagnóza
- Diagnostická stratégia: Pre najlepšiu citlivosť testujte pri zaťažení
Aktuálny podpis (MCSA)
Analýza prúdu motora ukazuje rovnaký priebeh ako vibrácie:
- Bočné pásma okolo sieťovej frekvencie (nie prevádzkovej rýchlosti)
- Vzor: fline ± 2fs (dvojnásobok sklzovej frekvencie v prúde)
- Pre motor s frekvenciou 60 Hz a sklzom 1 Hz: bočné pásma pri frekvencii 58 Hz a 62 Hz
- Amplitúda sa zvyšuje s počtom zlomených tyčí
- V niektorých prípadoch dokáže detekovať skôr ako vibrácie
Detekcia a diagnostika
Postup vibračnej analýzy
- Vypočítajte očakávaný vzorec: Určenie synchrónnej rýchlosti, meranie skutočnej rýchlosti, výpočet frekvencie sklzu
- FFT s vysokým rozlíšením: Použite jemné rozlíšenie (< 0,2 Hz) na rozlíšenie postranných pásiem
- Hľadajte bočné pásy: Hľadanie vrcholov pri sklzovej frekvencii 1× ±
- Pod zaťažením: Test s motorom pri normálnom prevádzkovom zaťažení
- Potvrdiť vzor: Overte symetrické bočné pásma so správnym rozstupom
Posúdenie závažnosti
- Bočné pásmo < 40% 1× vrcholu: Možný jeden zlomený pruh, monitor
- 40-60% z 1×: Potvrdené zlomené tyče, plán výmeny
- > 60% z 1×: Viaceré zlomené tyče, potrebná urgentná výmena
- Bočné pásma > 1× vrchol: Vážny stav, potrebný okamžitý zásah
Dôsledky a priebeh
Počiatočné zlyhanie (jedna tyč)
- Mierne pulzácie krútiaceho momentu
- Objavujú sa malé bočné pásy
- Môže fungovať mesiace s jednou zlomenou tyčou
- Minimálne zníženie výkonu
Progresívne zlyhania (viacero barov)
- Susedné tyče sa prehrievajú v dôsledku zvýšeného prúdu
- Tepelné namáhanie spôsobuje ďalšie poruchy
- Zvyšujú sa pulzácie krútiaceho momentu
- Vibrácie sa stávajú silnými
- Z jedného na viacero pruhov sa dá prejsť v priebehu niekoľkých týždňov
Ťažký stav
- Viacero susediacich prerušených pruhov
- Silné pulzácie krútiaceho momentu
- Vysoké vibrácie a hluk
- Prehriatie rotora
- Riziko úplného zlyhania rotora
- Môže poškodiť stator nadmerným prúdom
Nápravné opatrenia
Pri detekcii
- Zvýšiť frekvenciu monitorovania (mesačne → týždenne)
- Vykonajte MCSA na potvrdenie diagnózy
- Naplánujte výmenu motora alebo rotora
- V prípade kritickej aplikácie si pripravte náhradný motor
- Zvážte hlavnú príčinu (prečo sa tyče zlomili)
Možnosti opravy
- Výmena rotora: Najspoľahlivejšie riešenie pre veľké motory
- Kompletná výmena motora: Často najekonomickejšie pre malé motory
- Prelievanie rotora: Špecializované dielne môžu prepracovať hliníkové rotory
- Dočasná prevádzka: Jeden prerušený pruh môže umožniť pokračovanie v prevádzke s monitorovaním
Prevencia
- Minimalizujte časté štarty (používajte softštartéry alebo meniče frekvencie)
- Vyhnite sa jednofázovým podmienkam
- Zabezpečte dostatočné vetranie a chladenie
- Používajte motory dimenzované na pracovný cyklus (motory s častým štartom pre aplikácie s vysokým pracovným cyklom).
- Monitorovanie pre včasnú detekciu pred viacerými poruchami
Poruchy rotorových tyčí patria medzi diagnosticky najvýraznejšie poruchy motora, pričom ich charakteristické postranné pásma sklzovej frekvencie umožňujú spoľahlivú detekciu prostredníctvom analýzy vibrácií aj prúdu. Včasná identifikácia umožňuje plánovanú výmenu motora skôr, ako dôjde k viacnásobným poruchám rotorových tyčí, ktoré môžu spôsobiť katastrofické poškodenie rotora 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 