Діагностика електричних несправностей в асинхронних двигунах за допомогою аналізу вібрації
Електричні несправності У асинхронних двигунах на змінний струм дефекти магнітного контуру — статора, ротора або повітряного зазору між ними — виявляються через вібрацію. Хоча аналіз вібрації найчастіше пов'язано з механічними проблемами, такими як дисбаланс і дефекти підшипників, це також ефективний спосіб виявлення електричних несправностей. Електричні несправності створюють пульсуючі магнітні сили, які змушують статор і ротор вібрувати; ці вібрації поширюються через корпус двигуна і легко фіксуються акселерометр. Уся майстерність полягає у вмінні розпізнавати закономірності, пов’язані з частотою живлення та кількістю полюсів двигуна.
1. Вступ: Електричні несправності як джерело вібрації
Ключовим моментом у діагностиці електричних несправностей є пошук характерних піків на частотах, пов’язаних із частотою електромережі — 50 Гц або 60 Гц залежно від регіону — та з кількістю полюсів у двигуні. Оскільки ці сили мають магнітний, а не суто механічний характер, їх можна відрізнити від звичайних механічних несправностей за двома ознаками: їхні частоти прив’язані до частоти мережі, а не до швидкості обертання вала, і багато з них змінюються залежно від навантаження на двигун. Класичним діагностичним тестом є зниження навантаження під час спостереження за спектром; пік, який зникає при знятті навантаження, майже напевно має електричне походження. Чітке розуміння електрична частота and of motor ковзання лежить в основі кожного з наведених нижче діагнозів.
2. Несправності статора
Проблеми статора — ослаблене залізо, ослаблення котушок або замкнені пластини — можуть зробити статор ексцентричним або деформованим, створюючи нерівномірне магнітне поле навколо розточки. Типовим результатом є магнітна сила, що пульсує на подвоєній частоті мережі.
- Характеристика вібрації: найпоширенішим індикатором є підвищений пік на 2× частота мережі (2×FL). Для двигуна 60 Hz це 120 Hz (7200 CPM); для двигуна 50 Hz — 100 Hz (6000 CPM). Зверніть увагу, що 2×FL пік не є унікальним для дефектів статора — його також можуть підвищувати дисбаланс напруги живлення, ексцентриситет повітряного зазору та резонанс рами.
- Характеристики: the 2×FL пік зазвичай стабільніший і менш чутливий до навантаження, ніж сигнатури стрижнів ротора, але він не гарантовано є сталим — підтверджуйте діагноз перевіркою фазних струмів і порівнянням спектрів під навантаженням та без навантаження. Вібрація часто найбільша в напрямку лап статора, де рама має найбільшу жорсткість щодо пульсуючого притягання. Дефекти статора їх легко сплутати з механічними розхитування на подвоєній частоті обертання, тому випробування під навантаженням і точне визначення частоти мають вирішальне значення.
3. Несправності ротора (зламані стрижні ротора)
Тріщини або поломки стержнів ротора є поширеною несправністю асинхронних двигунів змінного струму. Коли стержень ламається, це порушує протікання струму в клітці ротора, що призводить до локального нагрівання та пульсуючого крутного моменту, який модулює вібрацію на частоті обертання.
- Характеристика вібрації: класична ознака зламані роторні стрижні є частота проходження полюса (FP) бічні смуги straddling the частота обертання (1×) peak and its гармоніки.
- Частота проходження полюса (FP): частота, з якою ротор ковзає відносно обертового магнітного поля, що обчислюється як FP = кількість полюсів × частота ковзання, де частота ковзання — це різниця між синхронною швидкістю поля та фактичною швидкістю вала.
- Характеристики: шукайте пік 1×, оточений двома чіткими бічними смугами, одна з яких розташована на частоті (1× + FP) та один у точці (1× − FP). У міру погіршення пошкодження бічні смуги з’являються також навколо гармонік 2-го та 3-го порядку. На відміну від несправностей статора, ця характеристика дуже чутлива до навантаження — бічні смуги посилюються зі збільшенням навантаження і можуть повністю зникнути при відсутності навантаження.
4. Ексцентричний повітряний зазор
The повітряний зазор — це невеликий зазор між ротором і статором. Якщо він не є рівномірним по всьому колу, це призводить до незрівноваженого магнітного притягання магнітне тяжіння що змушує ротор вібрувати.
- Статична ексцентричність: Ротор обертається, залишаючись центрованим у підшипниках, але сердечник статора має нерівномірну форму, тому найвужча точка зазору залишається нерухомою у просторі.
- Динамічна ексцентричність: сам ротор має овалність або зміщений від центру, тому найвужча точка зазору обертається разом із ротором — це явище тісно пов’язане з екцентриситет ротора.
- Характеристика вібрації: статичний ексцентриситет зазвичай підвищує стабільний пік 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 ± ФP і навколо гармонік робочої швидкості. На практиці ці явища часто співіснують, утворюючи складний комбінований шаблон.
5. Підтвердження та найкращі практики
Електричні несправності в спектрі розташовані поруч із компонентами, пов’язаними з робочою швидкістю, тому для їх розрізнення необхідні ретельні вимірювання.
- Спектр з високою роздільною здатністю: Діагностика електричних несправностей вимагає високої роздільної здатності Спектр ШПФ з достатньою кількістю ліній, щоб відокремити гармоніки, пов’язані зі швидкістю руху, від гармонік, пов’язаних із частотою мережі, та їхніх бічних смуг, розташованих з невеликим інтервалом. A zoom FFT часто є єдиним способом чіткого виділення бічних смуг ковзання частоти.
- Навантаження має вирішальне значення: Щоб виявити несправності стержнів ротора, двигун повинен працювати під значним навантаженням — зазвичай понад 75% — щоб дефект проявився. Зміна навантаження з одночасним спостереженням за піками є найнадійнішим польовим способом відрізнити електричні причини від механічних.
- Зробіть знімок на місці: портативний двоканальний аналізатор, такий як Balanset-1A реєструє спектр та синхронізовану швидкість обертання двигуна на місці, що дозволяє легко визначити 2×FL перевірити пік статора або залежні від навантаження бічні смуги частоти проходження полюсів перед розбиранням — а якщо справжньою причиною виявиться механічний дисбаланс, то збалансувати ротор під час того самого візиту.
- Перевірте за допомогою інших технологій: діагнози можна підтвердити за допомогою аналізу характеристик струму двигуна (MCSA) або за допомогою інфрачервона термографія, що дозволяє виявити локальне нагрівання, спричинене поламаними стержнями або коротким замиканням між пластинками. Перехресна перевірка з більш широким сімейством дефекти електродвигуна дозволяє не сплутати електричну несправність із механічною.
