Spektral Titreşim Analizi

Elektrik Motoru Arızaları: Kapsamlı Spektral Analiz

Elektrik motorları yaklaşık olarak şu kadar enerji tüketir: 45% tüm endüstriyel elektriğin Dünya çapında. EPRI araştırmalarına göre, arızalar şu şekilde dağılıyor: ~23% stator arızaları, ~10% rotor arızaları, ~41% yatak bozulması, Ve ~26% dış faktörler. Bu arıza biçimlerinin çoğu, felaket niteliğinde bir arıza meydana gelmeden çok önce titreşim spektrumunda belirgin izler bırakır.

Bu makale, spektral titreşim analizi ve tamamlayıcı teknikler olan MCSA, ESA ve MCA aracılığıyla elektrik motoru arızalarının belirlenmesine yönelik kapsamlı bir kılavuz sunmaktadır.

25 dakikalık okuma süresi ISO 20816 · IEC 60034 · IEEE 1415 Balanset-1A
~23%
Stator arızaları
~10%
Rotor arızaları
~41%
Rulman aşınması
~26%
Dış faktörler

1. Titreşim Analisti için Elektrik Temelleri

Motor arızalarını titreşim spektrumlarından teşhis etmeden önce, motor titreşimini yönlendiren temel elektriksel frekansları anlamak şarttır.

1.1. Hat Frekansı (LF)

AC besleme frekansı: 50 Hz Avrupa'nın, Asya'nın, Afrika'nın ve Rusya'nın büyük bölümünde; 60 Hz Kuzey Amerika'da, Güney Amerika'nın ve Asya'nın bazı bölgelerinde bulunur. Motordaki tüm elektromanyetik kuvvetler bu frekanstan kaynaklanır.

1.2. Hat Frekansının İki Katı (2×LF)

Bu baskın elektromanyetik kuvvet frekansı AC motorlarda. 50 Hz'lik bir sistemde, 2×LF = 100 Hz; 60 Hz'lik bir sistemde, 2×LF = 120 Hz. Stator ve rotor arasındaki manyetik çekim kuvveti, elektrik çevrimi başına iki kez en yüksek değere ulaşır; bu da her AC motorun temel "elektriksel titreşim" frekansını 2×LF yapar.

2×LF = 2 × fastar = 100 Hz (50 Hz sistemler) | 120 Hz (60 Hz sistemler)

1.3. Senkron Hız ve Kayma

Stator manyetik alanı senkron hızda döner:

Ns = 120 × fastar / P (RPM)

nerede P Kutup sayısıdır. Bir indüksiyon motorunun rotoru her zaman biraz daha yavaş döner. Bu fark şudur: kayma:

s = (Ns − N) / Ns

Standart indüksiyon motorları için tipik tam yük kayması: 1–5%. 50 Hz'de 2 kutuplu bir motor için: Ns = 3000 RPM, gerçek hız ≈ 2940–2970 RPM.

1.4. Kutup Geçiş Frekansı (Fp)

Rotor kutuplarının stator kutuplarının "geçme" hızı. Sonuç şudur: evrensel — direk sayısından bağımsız olarak:

Fp = 2 × s × fastar = 2 × fs  — kutup sayısından bağımsız P

2% kayma ile 50 Hz'de çalışan bir motor için: Fp = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Bu frekans, kırık rotor çubuklarının spektrumlarında karakteristik yan bantlar olarak ortaya çıkar.

1.5. Rotor Çubuğu Geçiş Frekansı

FRBPF = R × fçürük

Burada R, rotor çubuklarının sayısıdır. Rotor çubukları hasar gördüğünde bu frekans ve yan bantları önem kazanır.

1.6. Anahtar Frekans Referans Tablosu

SembolİsimFormülÖrnek (50 Hz, 2 kutuplu, 2% kaymalı)
LFHat frekansıFastar50 Hz
2×LFİki kat hat frekansı2 × fastar100 Hz
f senkronizasyonuSenkron frekans2 × fastar / P50 Hz (P=2) | 25 Hz (P=4)
1XDönme frekansı(1 − s) × fsenkronizasyon49 Hz (2940 RPM)
F pDirek geçiş frekansı2 × s × fastar2 Hz
f RBPFRotor çubuğu geçiş frekansı.R × fçürük16 × 49 = 784 Hz
Kritik Not

50 Hz'lik bir sistemde, 2×LF = 100 Hz ve 2X ≈ 98 Hz (2 kutuplu bir motor için). Bu iki tepe noktası sadece 2 Hz arayla. Spektral çözünürlük ≤ 0,5 Hz Bunları ayırmak için gereklidir. Kullanın 4-8 saniye veya daha uzun kayıt süreleri. 2X'i 2×LF olarak yanlış tanımlamak, temelde yanlış teşhislere yol açar; mekanik bir arızayı elektriksel bir arızayla karıştırmak anlamına gelir. Bu yakınlık, 2 kutuplu makineler için geçerlidir. 4 kutuplu makineler için: 2X ≈ 49 Hz — 2×LF = 100 Hz'den oldukça ayrıdır.

Motor Kesiti: Ana Bileşenler ve Hava Boşluğu
STATOR Sarma yuvaları HAVA BOŞLUĞU (0,25 – 2 mm tipik) (kritik parametre) ROTOR Rotor çubukları (gösterilen: 16) indüklenen akımı taşımak Şaft Stator deliği (lamine çekirdek) Anahtar Frekanslar ▸ Stator → 2×LF ▸ Hava boşluğu → 2×LF ± 1X ▸ Kırık çubuklar → 1X ± Fp MCSA: LF ± Fp ▸ Bar geçişi → R × frot ▸ Mekanik → 1X, 2X, nX ▸ Eksenel kayma → 2×LF ± 1X (eksenel) 50 Hz'de: 2×LF = 100 Hz ± = yan bantlar (modülasyon) Şematik çizim — ölçekli değildir. Gerçek yuva/çubuk sayısı motor tasarımına bağlıdır.

StatorRotorSarmallarHava boşluğuMekanikEksenel Hava boşluğundaki herhangi bir bozulma manyetik çekimi doğrudan değiştirir ve bu da titreşim modelini anında değiştirir. ± sembolü yan bantları (modülasyonu) gösterir.

2. Tanı Yöntemlerine Genel Bakış

Tek bir teknik, elektrik motorlarındaki tüm arızaları tespit edemez. Sağlam bir teşhis programı, birbirini tamamlayan birden fazla yöntemi bir araya getirir:

Elektrik Motoru Arıza Teşhis Yöntemleri
ELEKTRİK MOTOR 1. Titreşim Analizi Spektrum ve zaman dalga formu 1X, 2X, 2×LF, harmonikler ✓ Mekanik + biraz elektrik ✗ Tüm elektrik arızalarını tespit edemez. 2. MCSA Motor Akım İmzası Analiz — akım kelepçesi ✓ Kırık rotor çubukları, eksantriklik ✓ Çevrimiçi, invaziv olmayan 3. ESA Elektrik İmza Analizi Gerilim + akım spektrumları ✓ Tedarik kalitesi, stator arızaları ✓ Çevrimiçi, MCC'de 4. MCA Motor Devre Analizi Empedans, direnç ✓ Yalıtım, dönüşten dönüşe kısa devreler ✗ Yalnızca çevrimdışı (motor durduruldu) 5. Termografi Stator sıcaklığı + yatak sıcaklığı izleme

TitreşimMCSAESAMCATermografi Hiçbir yöntem tek başına tam kapsamlı bir tanı yöntemi sağlamaz. Kombine bir tanı yaklaşımı şiddetle tavsiye edilir.

2.1. Titreşim Spektral Analizi

Döner ekipmanların teşhisinde kullanılan temel araçtır. Yatak yuvalarındaki ivmeölçerler, mekanik arızaları (dengesizlik, yanlış hizalama, yatak aşınması) ve bazı elektriksel arızaları (düzensiz hava boşluğu, gevşek sargılar) ortaya çıkaran spektrumlar yakalar. Ancak, Titreşim analizi tek başına tüm motor elektrik arızalarını tespit edemez..

2.2. Motor Akım İmza Analizi (MCSA)

Bir faza takılan akım kelepçesi, akım spektrumunu yakalar. Kırık rotor çubukları, yan bantlar üretir. LF ± F p. MCSA çevrimiçi olarak gerçekleştirilir ve tamamen invaziv olmayan bir yöntemdir.

2.3. Elektriksel İmza Analizi (ESA)

MCC'de hem gerilim hem de akım spektrumlarını eş zamanlı olarak analiz eder. Besleme gerilimi asimetrisini, harmonik bozulmayı ve güç kalitesi sorunlarını tespit eder.

2.4. Motor Devre Analizi (MCA)

Bir çevrimdışı Fazlar arası direnç, endüktans, empedans ve izolasyon direncini ölçen test. Bakım durdurmaları sırasında hayati öneme sahiptir.

2.5. Sıcaklık İzleme

Stator sargı sıcaklığı ve yatak sıcaklığı eğilimleri, aşırı yüklenme, soğutma sorunları ve izolasyon bozulması konusunda erken uyarı sağlar.

Pratik yaklaşım. Kapsamlı bir motor teşhis programı için, en azından şunları birleştirin: (1) titreşim spektral analizi, (2) akım kelepçeli MCSA ve (3) elektrikçiler ve motor tamir personeliyle düzenli görüşmeler — onların uygulamalı deneyimleri, yalnızca aletlerin sağlayamayacağı kritik bağlamı sıklıkla ortaya çıkarır.

3. Stator Arızaları

Stator arızaları yaklaşık olarak şunlardan sorumludur: 23–37% tüm motor arızalarının. Stator, lamine demir çekirdek ve sargıları içeren sabit parçadır. Arızalar titreşimi esas olarak şu noktalarda üretir: 2×LF (100 Hz / 120 Hz) ve katları.

3.1. Stator Eksantrikliği — Düzensiz Hava Boşluğu

Rotor ve stator arasındaki hava boşluğu tipik olarak şöyledir: 0,25–2 mm. 10% varyasyonu bile ölçülebilir elektromanyetik kuvvet dengesizliğine yol açar.

Nedenleri

  • Yumuşak ayak — en yaygın neden
  • Aşınmış veya hasar görmüş yatak yuvaları
  • Yanlış taşıma veya montajdan kaynaklanan çerçeve deformasyonu
  • Çalışma koşulları altında termal bozulma
  • Düşük üretim toleransları

Spektral İmza

  • Tipik olarak baskın 2×LF radyal hız spektrumunda
  • Genellikle küçük bir artışla birlikte görülür. 1X ve 2X dengesiz manyetik çekim (UMP) nedeniyle
  • Statik eksantriklik: 2×LF, az miktarda modülasyonla baskın konumdadır.
  • Dinamik bileşen: yan bantlar 2×LF ± 1X ortaya çıkabilir
Spektrum: öne çıkan 2×LF + küçük 1X ve 2X artış (radyal yönde)

Şiddet Değerlendirmesi

2×LF genliği (hız RMS)Değerlendirme
< 1 mm/sÇoğu motor için normal
1–3 mm/sİzleme — yumuşak ayak ve yatak boşluğunu kontrol edin.
3–6 mm/sUyarı — inceleyin ve düzeltme planı yapın
> 6 mm/sTehlike — acil müdahale gerekiyor

Not: Bunlar örnek niteliğinde kılavuzlardır, resmi bir standart değildir. Her zaman makinenin kendi temel değerleriyle karşılaştırın.

Onay Testi

Güç kapatma testi (Anlık test): Titreşimi izlerken motorun enerjisini kesin. Eğer 2×LF tepe değeri keskin bir şekilde düşüyor — Saniyeler içinde, mekanik yavaşlamadan çok daha hızlı bir şekilde — kaynak elektromanyetiktir.

Önemli

Stator eksantrikliğini hizalama hatasıyla karıştırmayın. Her ikisi de yüksek 2X değerine neden olabilir. Önemli nokta: Tam olarak 100.00 Hz'deki 2×LF elektrikseldir; 2X, rotor hızını takip eder ve hız değişirse kayar. Spektral çözünürlüğün ≤ 0,5 Hz olduğundan emin olun.

3.2. Gevşek Stator Sargıları

Stator sargıları, her çalışma döngüsü sırasında 2×LF seviyesinde elektromanyetik kuvvetlere maruz kalır. Yıllar içinde mekanik sabitleme (epoksi, vernik, takozlar) bozulabilir. Gevşek sargılar, artan genlikle 2×LF seviyesinde titreşerek, sürtünme yoluyla yalıtım aşınmasını hızlandırır.

Spektral İmza

Yükseltilmiş 2×LF — genellikle zamanla artış gösterir (eğilim gösterir)
  • Ağırlıklı olarak radyal titreşim
  • 2×LF daha az kararlı olabilir — hafif genlik dalgalanmaları
  • Şiddetli vakalar: 4×LF ve 6×LF'de harmonikler

Sonuçlar

Bu sargı izolasyonu için tahrip edici — bu durum, hızlanmış bozulmaya, öngörülemeyen toprak arızalarına ve statorun tamamen arızalanmasına ve yeniden sarım gerektirmesine yol açar.

3.3. Gevşek Güç Kablosu — Faz Asimetrisi

Zayıf temas, direnç asimetrisine neden olur. 1% voltaj asimetrisi nedenler yaklaşık 6–10% akım asimetrisi. Dengesiz akımlar, geriye doğru dönen bir manyetik alan bileşeni oluşturur.

Spektral İmza

Yükseltilmiş 2×LF — faz asimetrisinin birincil göstergesi
  • Dengesiz manyetik çekim nedeniyle 2×LF genliği artar.
  • Bazı durumlarda, ±⅓×LF'ye yakın yan bantlar (50 Hz sistemlerde ~16,7 Hz) 2×LF tepe noktası civarında
  • Mevcut spektrumda (MCSA): yükseltilmiş negatif dizi akımı

Pratik Kontroller

  • Tüm kablo uçlarını, bara bağlantılarını ve kontaktör kontaklarını kontrol edin.
  • Fazlar arası direnci ölçün — birbirlerinden 1% mesafede.
  • Üç fazın tamamında besleme gerilimini ölçün; asimetri 1%'yi aşmamalıdır.
  • Kablo sonlandırma kutusunun IR termografisi

3.4. Kısa Devre Yapmış Stator Laminasyonları

Katmanlar arası yalıtımın hasar görmesi, girdap akımlarının dolaşmasına ve yerel sıcak noktaların oluşmasına neden olur. Bu durum titreşim spektrumlarında her zaman tespit edilemez. Kızılötesi termografi, birincil tespit yöntemidir.. Çevrimdışı: elektromanyetik çekirdek testi (EL-CID testi).

3.5. Sargılar Arası Kısa Devre

Sargılar arası kısa devre, yerel bir dolaşım akımı döngüsü oluşturarak etkilenen bobindeki etkili sarım sayısını azaltır. Bu da artan bir akım üretir. 2×LF, Akımda düşük frekansın 3. harmonikinin yükselmesi ve faz akımı asimetrisi. En iyi şekilde çevrimdışı MCA dalgalanma testi ile tespit edilir.

Stator Arızaları — Spektral İmza Özeti
Efsane 2×LF tepe değeri (100 Hz) — elektriksel 1X / 2X tepe noktaları — mekanik Yan bantlar (modülasyon) A. Stator eksantrikliği / Düzensiz hava boşluğu (§3.1) Genlik 1X 2X 2×LF 49 Hz 98 100 Hz 2 Hz'lik boşluk! (≤0,5 Hz çözünürlük gereklidir.) 2×LF DOMİNANT Radyal yön Güç kapatıldığında kaybolur. B. Gevşek güç kablosu / Faz asimetrisi (§3.3) Genlik 83 Hz 2×LF 117 Hz −⅓LF +⅓LF ± ⅓×LF yan bantları (16,7 Hz) 83 Hz 100 Hz (2×LF) 117 Hz 2×LF yükseltilmiş Faz direnci asimetrisi geriye doğru dönen alana neden olur Kontrol etmek: • Kablo sonlandırmaları • Fazdan faza R • Kızılötesi termografi

2×LF1X / 2XYan bantlar Güç kesme testi elektromanyetik kaynağı doğrular: eğer 2×LF, enerjinin kesilmesi üzerine (yavaş yavaşlamadan çok daha hızlı) keskin bir şekilde düşerse, kaynak elektromanyetiktir.

4. Rotor Arızaları

Rotor arızaları yaklaşık olarak şu oranlara neden olmaktadır: 5–10% motor yetmezliği ancak erken teşhis edilmesi en zor olan hastalıklar bunlardır.

4.1. Kırık Rotor Çubukları ve Çatlak Uç Halkaları

Bir çubuk kırıldığında, akım yeniden dağılımı yerel manyetik asimetri yaratır; bu da stator alanına göre kayma frekansında dönen, etkili bir şekilde "manyetik olarak ağır bir nokta" oluşturur.

Titreşim İmzası

  • 1X zirve ile ± F'de yan bantlarp. 50 Hz / 2% kayma için: 1X ± 2 Hz'de yan bantlar
  • Şiddetli vakalar: ± 2F'de ek yan bantlarp, ± 3Fp
  • 2×LF F'yi de gösterebilirp yan bantlar

MCSA İmzası

Akım spektrumu: LF ± Fp   (50 ± 2 Hz = 48 Hz ve 52 Hz)

MCSA Şiddet Ölçeği

Yan bant seviyesi ile düşük frekans tepe noktası arasındaki ilişkiDeğerlendirme
< −54 dBGenel olarak sağlıklı rotor
-54 ila -48 dB1-2 adet çatlak çubuk gösterebilir — trendi izleyin
-48 ila -40 dBMuhtemelen birden fazla kırık demir çubuk var — inceleme planlayın
> −40 dBCiddi hasar — ikincil arıza riski

Önemli: MCSA, nominal koşullara yakın sabit yük gerektirir. Kısmi yükte, yan bant genliği düşer.

Zaman Dalga Formu

Kırık rotor çubukları karakteristik bir ses üretir. ""dövme" deseni — Genlik, kutup geçiş frekansında modüle olur. Genellikle spektral yan bantlar belirginleşmeden önce görülebilir.

Kırık Rotor Çubukları — Titreşim ve Akım Spektral Desenleri
Titreşim Spektrumu (hız, radyal yön) Genlik −2Fp 1X−Fp 1X 1X+Fp +2Fp ± Fp (kutup geçiş frekansı) Titreşim deseni • 1X = taşıyıcı (dönme frekansı) • ±Fp yan bantları = rotor asimetrisi • Daha fazla yan bant = daha fazla ölçü • Zaman dalga formunda "vuruş" Örnek: 50 Hz, 2 kutuplu, 2% kaymalı 1X = 49 Hz, Fp = 2 Hz Yan bantlar: 47 Hz ve 51 Hz Akım Spektrumu (MCSA) (Kelepçe aracılığıyla motor besleme akımı) Genlik (dB) 48 HzLF − Fp 50 HzLF 52 HzLF + Fp ± Fp = ± 2 Hz yan bantlar MCSA Şiddet Ölçeği (yan bant genliği ve LF tepe noktası karşılaştırması) < −54 dB — sağlıklı rotor -54 ila -48 dB — 1-2 bar civarında şüpheli sinyal -48 ila -40 dB — muhtemelen birden fazla > −40 dB — ciddi (onarım planı) Nominal yükte genel kural

1X±Fp yan bantlarıMCSA yan bantları Kırık rotor çubukları en iyi MCSA yöntemiyle doğrulanır. Titreşim spektrumu kusuru gösterir; MCSA ise niceliksel bir ciddiyet değerlendirmesi sağlar.

4.2. Rotor Eksantrikliği (Statik ve Dinamik)

Statik Eksantriklik

Şaft merkez hattı, stator deliğinden sapmıştır. Yüksek basınç üretir. 2×LF. Mevcut durumda: rotor yuvası harmonikleri FRBPF ± LF.

Dinamik Eksantriklik

Rotor merkezi, stator deliği merkezinin etrafında döner. Üretir 1X, 2×LF yan bantlı ve yükseltilmiş rotor çubuğu geçiş frekansı. Mevcut durumda: yan bantlar LF ± fçürük.

Pratikte, her iki tür de genellikle aynı anda mevcuttur; bu durum bir üst üste binme (süperpozisyon) modelidir.

4.3. Termal Rotor Yaylanması

Büyük motorlarda sıcaklık farkı oluşarak geçici bir eğrilmeye neden olabilir. Zamanla değişen 1X Çalıştırma sonrasında - tipik olarak 15-60 dakika boyunca artar, ardından stabilize olur. Eğri geliştikçe faz açısı kayar. Mekanik dengesizlikten (ki bu stabildir) ayırt etmek için, çalıştırmadan sonra 30-60 dakika boyunca 1X genlik ve fazı izleyin.

4.4. Elektromanyetik Alan Yer Değiştirmesi (Eksenel Kayma)

Eğer rotor eksenel olarak yer değiştirmiş Statora göre, elektromanyetik alan dağılımı eksenel olarak asimetrik hale gelir. Rotor salınım hareketi yaşar. 2×LF'de eksenel elektromanyetik kuvvet.

Nedenleri

  • Montaj sırasında veya rulman değişiminden sonra rotorun eksenel konumunun yanlış ayarlanması
  • Yatak aşınması aşırı eksenel boşluğa neden oluyor.
  • Tahrik edilen makineden gelen şaft itme kuvveti
  • Çalışma sırasında termal genleşme
Eksenel 2×LF (baskın) ve yükseltilmiş 1X — ağırlıklı olarak eksenel yön
Kritik Hata

Bu kusur şu olabilir: rulmanlar için son derece yıkıcı. 2×LF'deki salınım yapan eksenel kuvvet, itme yüzeylerinde döngüsel yorulma yükü oluşturur. Rulman değişimleri sırasında manyetik merkez konumunu mutlaka işaretleyin ve doğrulayın. Bu, en zararlı ancak en önlenebilir motor arızalarından biridir.

Elektromanyetik Alan Değişimi — Eksenel Rotor Kayması
Normal: Rotor Merkezlenmiş STATOR LAMİNASYON KATMANLARI ROTOR Stator CL = Rotor CL eşit eşit ✓ Dengeli eksenel elektromanyetik kuvvetler Minimum eksenel titreşim Manyetik merkez = net eksenel kuvvet ≈ 0 Arıza: Rotor Eksenel Olarak Kaymış STATOR LAMİNASYON KATMANLARI ROTOR Stator CL Rotor CL Δx (eksenel kayma) Rotor uzar statorun ötesinde 2×LF'de eksenel F ✗ Yükseltilmiş eksenel 2×LF ve 1X Eksenel yatak aşınmasını hızlandırabilir. Şiddet, kaymanın büyüklüğüne bağlıdır. Tespit ve doğrulama yöntemleri: ✓ Montaj sırasında manyetik merkezi işaretleyin ✓ Rulman değişiminden sonra konumunu doğrulayın ✓ Eksenel titreşimi 2×LF'de ölçün. ✓ Güç kapatma testi: 2×LF anında kayboluyor ✓ Yavaşlama sürelerini karşılaştırın: elektrikli ve mekanik ✓ Baskı yatağı sıcaklığını kontrol edin. (Benzer semptomları) eleyin: • Bağlantı açısı sapması (eksenel 1X ve 2X) • Eksenel yapısal rezonans • Yumuşak ayak / gevşeklik (eksenel bileşen) • Akış kaynaklı eksenel yük (pompalar, fanlar) • Besleme gerilimi dengesizliği • Radyal eksantriklik (→ 2×LF radyal) Şematik eksenel yan görünüm — ölçeklendirilmemiş.

Eksenel EM kuvvetiKayma / çıkıntıStator CLTespit Güç kesildiğinde anında kaybolan eksenel 2×LF, mekanik nedenlerden ayırt edici en önemli özelliktir.

5. Rulmanla İlgili Elektrik Arızaları

5.1. Yatak Akımları ve EDM

Mil ile gövde arasındaki voltaj, yataklardan akım geçmesine neden olur. Kaynaklar: manyetik asimetri, VFD ortak mod voltajı, statik yük. Tekrarlanan deşarjlar mikroskobik çukurlar oluşturur (Elektrik Deşarjlı İşleme) buna yol açar yivleme — Yarış pistlerinde eşit aralıklarla yerleştirilmiş oluklar.

Spektral İmza

  • Çok düzgün, "temiz" tepe noktalarına sahip rulman arızası frekansları (BPFO, BPFI, BSF).
  • İvme spektrumunda yüksek frekanslı gürültü tabanının yükselmesi
  • Gelişmiş: karakteristik "çamaşır tahtası" sesi

Önleme

  • Yalıtımlı rulmanlar (kaplamalı halkalar)
  • Şaft topraklama fırçaları (özellikle VFD uygulamaları için)
  • VFD çıkışında ortak mod filtreleri
  • Normal şaft gerilimi ölçümü — 0,5 V'nin altında tepe değeri

6. Değişken Frekans Sürücüsünün (VFD) Etkileri

6.1. Frekans Kayması

Tüm motor elektrik frekansları, VFD çıkış frekansıyla orantılı olarak değişir. Eğer VFD 45 Hz'de çalışıyorsa, 2×LF 90 Hz olur. Alarm bantları şu şekilde olmalıdır: hıza uyarlanabilir.

6.2. PWM Harmonikleri

Spektrumlarda anahtarlama frekansı (2–16 kHz) ve yan bantlar görülür. Bu durum, duyulabilir gürültüye ve yatak akımlarına neden olabilir.

6.3. Burulma Uyarımı

Düşük dereceli harmonikler (5., 7., 11., 13.) burulma doğal frekanslarını harekete geçirebilen tork titreşimleri oluşturur.

6.4. Rezonans Uyarımı

VFD bir hız aralığında tarama yaparken, uyarı frekansları yapısal doğal frekanslardan geçebilir. VFD ile çalışan ekipmanlar için kritik hız haritaları oluşturulmalıdır.

7. Ayırıcı Tanı Özeti

KusurBirincil Frekans.YönYan bantlar / NotalarOnay
Stator eksantrikliği2×LFRadyalKüçük 1X, 2X artışGüç kapatma testi; yumuşak ayak kontrolü
Gevşek sargılar2×LFRadyalArtış eğilimi; 4×LF, 6×LFTrendler; MCA dalgalanma testi
Gevşek kablo2×LFRadyal± ⅓×LF yan bantlarıFaz direnci; IR termografisi
Dönüş arası kısa2×LFRadyalAkım asimetrisi; 3. harmonikMCA dalgalanma testi; MCSA
Kısa devre laminasyonlarıMinor 2×LF—Öncelikle termalIR termografisi; EL-CID
Kırık rotor çubukları1XRadyal± Fp yan bantlar; vurmaMCSA: LF ± Fp dB seviyesi
Rotor eksantrikliği (statik)2×LFRadyalRotor yuvası harmonikleri ± LFHava boşluğu ölçümü; MCSA
Rotor eksantrikliği (dinamik)1X + 2×LFRadyalFRBPF yan bantlarYörünge analizi; MCSA
Termal rotor yayı1X (sürüklenme)RadyalSıcaklıkla birlikte genlik ve faz değişimi.30-60 dakika içinde başlayan trendler
EM alan yer değiştirmesi2×LF + 1XEksenelGüçlü eksenel 2×LFRotor eksenel konumu; güç kapalıyken test
Rulman EDM / yiv açmaBPFO / BPFIRadyalDüzgün tepe noktaları; yüksek HF gürültüsüŞaft gerilimi; görsel inceleme
Motor Arıza Teşhis Akış Şeması
Yüksek motor titreşimi Gücü kapat Hızlı test mi? Anında düşüş ELEKTRİK Kaynak doğrulandı. Baskın sıklık? 2×LF (radyal): • Eksantriklik / hava boşluğu • Gevşek sargılar (eğilim gösteriyor) • Gevşek kablo (+⅓LF bantları) EM alan yer değiştirmesi Rotorun eksenel konumunu kontrol edin! Kırık rotor çubukları MCSA ile teyit edin. Kademeli bozulma MEKANİK Kaynak doğrulandı. Araştırmak: • Dengesizlik, hizalama bozukluğu • Yataklama kusurları, yumuşak ayak Her zaman şunları birleştirin: Titreşim + MCSA + Güç kapatma testi + Trend analizi Çözünürlük hatırlatması: 2X ile 2×LF'yi ayırmak için ≤ 0,5 Hz kullanın.

ElektrikMekanik2×LF analiziRotor arızaları Ani güç kesintisi testi, teşhis ağacındaki ilk aşamadır. Elektriksel kaynak doğrulandıktan sonra, baskın frekans ve yön teşhisi daraltır.

8. Enstrümantasyon ve Ölçüm Teknikleri

8.1. Titreşim Ölçümü Gereksinimleri

ParametreGereklilikSebep
Spektral çözünürlük≤ 0,5 Hz (tercihen 0,125 Hz)2X'i 2×LF'den ayırın (2 kutuplu için 2 Hz arayla).
Frekans aralığı2–1000 Hz (hız); 10 kHz'e kadar (ivme)1X, 2×LF için düşük aralık; rulmanlar için yüksek aralık
Kanallar≥ 2 eş zamanlıFaz içi analiz
Faz ölçümü0–360°, ±2°Kusurların ayırt edilmesi için kritik öneme sahip
Zaman dalga formuEşzamanlı ortalamaKırık çubuklardan gelen darbeleri tespit et
Mevcut girişAkım kelepçesi uyumluMCSA teşhisi için

8.2. Motor Teşhisi için Balanceset-1A

Taşınabilir çift kanallı titreşim ölçer Balanset-1A (VibroMera) motor titreşim teşhisi için temel yetenekler sunar:

Titreşim Kanalları2 (eş zamanlı)
Hız Aralığı250–90.000 RPM
Titreşim Hızı RMS0–80 mm/s
Faz Doğruluğu0–360°, ±2°
FFT Spektral AnaliziDesteklendi
Faz SensörüFotoelektrik, dahil
Güç KaynağıUSB (7–20 V)
DengelemeYerinde 1 veya 2 düzlem

Motor arızası teşhis edilip düzeltildikten sonra, Balanset-1A şu amaçlarla kullanılabilir: yerinde rotor dengeleme — Motoru sökmeden tüm teşhis-onarım iş akışını tamamlamak.

8.3. Ölçümde En İyi Uygulamalar

  • Üç yön — dikey, yatay ve eksenel — her bir yatakta. Eksenel hareket, elektromanyetik alan yer değiştirmesi için kritiktir.
  • Yüzeyleri hazırlayın — ivmeölçerin güvenilir şekilde bağlanması için boyayı ve pası temizleyin.
  • Durağan durum koşulları — nominal hız, yük, sıcaklık
  • Kayıtlı işletme koşulları — her ölçümde hız, yük, voltaj, akım.
  • Tutarlı zamanlama — trend karşılaştırmaları için de aynı koşullar geçerlidir.
  • Güç kapatma testi Elektrik titreşiminden şüphelenildiğinde - saniyeler içinde güvenilir kaynak tespiti sağlar

9. Normatif Referanslar

  • GOST R ISO 20816-1-2021 — Titreşim. Makine titreşiminin ölçülmesi ve değerlendirilmesi. Bölüm 1. Genel yönergeler.
  • GOST R ISO 18436-2-2005 — Durum izleme. Titreşim durum izleme. Bölüm 2. Eğitim ve sertifikasyon.
  • ISO 20816-1:2016 — Mekanik titreşim. Ölçüm ve değerlendirme. Bölüm 1: Genel yönergeler.
  • ISO 10816-3:2009 — Makine titreşiminin değerlendirilmesi. Bölüm 3: 15 kW'tan büyük endüstriyel makineler.
  • IEC 60034-14:2018 — Dönen elektrikli makineler. Bölüm 14: Mekanik titreşim.
  • IEEE 43-2013 — Yalıtım direncini test etmek için önerilen uygulama.
  • IEEE 1415-2006 — İndüksiyonlu makinelerin bakım testleri için kılavuz.
  • NEMA MG 1-2021 — Motorlar ve jeneratörler. Titreşim sınırları ve testleri.
  • ISO 1940-1:2003 — Rotorlar için denge kalitesi gereksinimleri.

10. Sonuç

Temel Tanı Prensipleri

Elektrik motoru arızaları, titreşim ve akım spektrumlarında karakteristik izler bırakır; ancak bunu ancak nereye bakacağınızı biliyorsanız ve doğru aletleri doğru şekilde yapılandırdıysanız tespit edebilirsiniz.

  1. 2×LF, birincil elektromanyetik göstergedir. Besleme frekansının tam iki katında belirgin bir tepe noktası, elektromanyetik bir kaynağın varlığını güçlü bir şekilde düşündürmektedir. Güç kapatma testi bunu doğrulamaktadır.
  2. Yön önemlidir. Radyal 2×LF → hava boşluğu / sargılar / besleme. Eksenel 2×LF + 1X → elektromanyetik alan yer değiştirmesi — en yıkıcı kusurlardan biri.
  3. Yan bantlar hikayeyi anlatır. ± ⅓×LF → besleme kablosu sorunları. ± Fp → Kırık rotor çubukları. Yan bant deseni genellikle ana tepe noktasından daha teşhis edicidir.
  4. Spektral çözünürlük çok önemlidir. 50 Hz'de çalışan 2 kutuplu motorlar için 2X ve 2×LF değerleri arasındaki fark yalnızca ~2 Hz'dir. Çözünürlüğün ≤ 0,5 Hz olması zorunludur.
  5. Yöntemleri birleştirin. Titreşim + MCSA + MCA + Termografi. Hiçbir tek yöntem tüm kusurları kapsamaz.
  6. Elektrikçilerle konuşun. Motor tamir personeli, belirli motorlar, bunların tarihi ve tedarik koşulları hakkında yeri doldurulamaz bir bilgiye sahiptir.

Önerilen İş Akışı

1
Titreşim Ölçümü
2
Güç Kapatma Testi
3
Spektral Analiz
4
MCSA (eğer rotor ise)
5
Doğru ve Dengeli
6
Doğrulama ✓
Motor Arıza Teşhisi — Önerilen İş Akışı
1. Titreşim ölçümü 3 yön, tüm açılar, ≤0,5 Hz çözünürlük. 2. Güç kesintisi anında test Elektriksel kaynak vs. mekanik kaynak 3. Spektral analiz 2×LF, 1X, yan bantlar, yön 4. MCSA (rotor şüphesi varsa) Akım kelepçesi, LF ± Fp analizi 5. Düzeltme ve dengeleme (Dengeleme Seti-1A) 6. Doğrulama ölçümü ✓ Balanset-1A şunları kapsar: ▸ 1. ve 3. Adımlar — titreşim spektrumları ▸ Adım 5 — alan dengeleme ▸ Adım 6 — doğrulama

Teşhis adımlarıMCSADoğrulama Bu sırayı sistematik olarak izleyin. Güç kesme testi (adım 2) saniyeler sürer ve elektriksel mi yoksa mekanik kaynaklı mı olduğunu güvenilir bir şekilde ayırt eder.

Modern taşınabilir çift kanallı titreşim ölçerler, örneğin; Balanset-1A Bu sayede saha mühendisleri, motor arızalarının tespiti için gereken çözünürlük ve faz doğruluğuyla spektral titreşim analizi gerçekleştirebilirler; bu, fazlar arası analiz yoluyla düzensiz hava boşluklarının tespitinden, yerinde rotor dengelemesine kadar uzanır.

Kaynaklar: Saha titreşim teşhis eğitim programları; GOST R ISO 20816-1-2021; GOST R ISO 18436-2-2005; IEC 60034-14:2018; IEEE 1415-2006; ISO 1940-1:2003; VibroMera teknik dokümantasyonu (Balanset-1A); EPRI motor güvenilirlik çalışmaları.