Chẩn đoán Lỗi Điện trong Động cơ AC bằng Phân tích Rung động
Lỗi điện trong các động cơ cảm ứng AC là các khiếm khuyết trong mạch từ — stator, rotor hoặc khoảng cách không khí giữa chúng — biểu hiện thông qua độ rung. Mặc dù Phân tích rung động thường được liên kết với các vấn đề cơ học như mất cân bằng and khuyết tật ổ trục, nó cũng là một cách mạnh mẽ để tìm ra rắc rối về điện. Các lỗi điện tạo ra các lực từ nhịp nhàng làm cho stator và rotor rung động; những rung động đó truyền qua khung động cơ và được một bộ phân tích dễ dàng nhặt lên cảm biến gia tốc. Kỹ thuật nằm ở việc nhận biết các biểu hiện liên quan đến tần số cấp và số cặp cực của động cơ.
1. Giới thiệu: Sự cố điện là nguồn rung động
Chìa khóa để chẩn đoán lỗi điện là tìm kiếm các đỉnh cụ thể ở các tần số liên quan đến tần số dòng điện — 50 Hz hoặc 60 Hz tùy vào khu vực — và số cặp cực của động cơ. Do những lực này có bản chất từ tính chứ không hoàn toàn cơ học, hai dấu hiệu khác biệt chúng với các lỗi cơ học thông thường: tần số của chúng bị khóa với cấp điện chứ không phải tốc độ trục, và nhiều lỗi trong số chúng thay đổi theo tải của động cơ. Thử nghiệm chẩn đoán kinh điển là giảm tải trong khi quan sát phổ; một đỉnh sụp đổ khi tải bị loại bỏ gần như chắc chắn có nguồn gốc điện. Sự hiểu biết rõ ràng về tần số điện và của động cơ trượt hỗ trợ mọi chẩn đoán dưới đây.
2. Lỗi stato
Các vấn đề của stato — lõi sắt lỏng, cuộn dây lỏng hoặc các lá thép bị chập — có thể làm stato lệch tâm hoặc biến dạng, tạo ra từ trường không đồng đều quanh lỗ stato. Kết quả điển hình là lực từ dao động ở hai lần tần số lưới.
- Chữ ký vibration: chỉ báo phổ biến nhất là một đỉnh tăng cao tại gấp 2 lần tần số dòng điện (2×FL). Đối với động cơ 60 Hz, đó là 120 Hz (7200 CPM); đối với động cơ 50 Hz, đó là 100 Hz (6000 CPM). Lưu ý rằng đỉnh 2×FL không phải là dấu hiệu riêng của lỗi stato — mất cân bằng điện áp nguồn, lệch tâm khe hở không khí và cộng hưởng khung máy cũng có thể làm nó tăng lên.
- Đặc trưng: 2×FL đỉnh thường ổn định hơn và ít nhạy với tải hơn so với các dấu hiệu thanh rôto, nhưng không bảo đảm là luôn không đổi — hãy xác nhận chẩn đoán bằng kiểm tra dòng pha và bằng cách so sánh phổ có tải và không tải. Rung động thường lớn nhất theo hướng chân đế lắp stato, nơi khung cứng nhất trước lực hút dao động. Lỗi stato dễ bị nhầm lẫn với cơ học sự lỏng lẻo ở tần số 2 lần tốc độ chạy, vì vậy bài kiểm tra tải và số đọc tần số chính xác rất quan trọng.
3. Lỗi rôto (Thanh rôto bị gãy)
Thanh rotor bị nứt hoặc gãy là một lỗi phổ biến trong động cơ cảm ứng AC. Khi một thanh gãy, nó làm gián đoạn dòng điện trong lồng rotor, tạo ra hiệu ứng phát nhiệt địa phương và một mô-men xoắn xung động mà điều chế độ rung động tốc độ chạy.
- Chữ ký vibration: dấu hiệu điển hình của thanh rôto bị hỏng là tần số đi qua cực (FP) dải bên nằm giữa tốc độ quay (1×) đỉnh và các sóng hài.
- Tần số đi qua cực (FP): tốc độ mà tại đó rotor trượt qua trường từ xoay, được tính là FP = số cặp cực × tần số trượt, trong đó tần số trượt là hiệu số giữa tốc độ đồng bộ của trường và tốc độ trục thực tế.
- Đặc trưng: tìm kiếm một đỉnh 1× được flanked bởi hai dải bên rõ ràng, một cái ở (1× + FP) và một cái ở (1× − FP). Khi tổn thất trở nên tồi tệ hơn, các dải bên xuất hiện xung quanh các sóa 2× và 3× pháp. Không giống như các lỗi stator, chữ ký này rất nhạy cảm với tải — các dải bên phát triển khi tải tăng và có thể biến mất hoàn toàn ở mức tải không.
4. Khe hở lệch tâm
The khoảng trống không khí là khoảng hở nhỏ giữa rotor và stator. Nếu không đều quanh lỗ, kết quả sẽ là một điều kiện mất cân bằng lực kéo từ tính buộc rotor phải rung động.
- Độ lệch tâm tĩnh: rotor quay tâm trong các vòng bi của nó, nhưng phần lõi stator không tròn, do đó điểm khoảng hở hẹp nhất được cố định trong không gian.
- Dị tâm động: chính bản thân rotor không tròn hoặc không tâm, do đó điểm khoảng hở hẹp nhất quay cùng với rotor — một điều kiện có liên quan chặt chẽ đến độ lệch tâm rotor.
- Chữ ký vibration: lệch tâm tĩnh thường làm tăng một đỉnh ổn định tại 2×FL, vì điểm khe hở hẹp không di chuyển. Độ lệch tâm động điều chế khe hở khi rotor quay, tạo ra rung động ở tốc độ quay 1× và các dải biên tần số qua cực — tại 2×FL ± FP và quanh các hài của tốc độ chạy. Trên thực tế, hai hiện tượng này thường cùng tồn tại, tạo ra một mẫu kết hợp phức tạp.
5. Xác nhận và Thực hành Tốt nhất
Các lỗi điện nằm gần các thành phần tốc độ chạy trong phổ, vì vậy việc đo lường kỷ luật là cần thiết để phân biệt chúng.
- Phổ độ phân giải cao: chẩn đoán lỗi điện yêu cầu một phổ Phổ FFT với đủ dòng để tách các điều hòa tốc độ chạy khỏi các điều hòa tần số lưới và các băng sóng gần nhau của chúng. Một zoom FFT thường là cách duy nhất để phân giải rõ ràng các băng sóng tần số trượt.
- Tải là rất quan trọng: đối với các vấn đề thanh rotor, động cơ phải chạy dưới tải đáng kể — thường trên 75% — để lỗi xuất hiện. Thay đổi tải trong khi quan sát các đỉnh là công cụ phân biệt hiện trường đáng tin cậy nhất giữa các nguồn gốc điện và cơ học.
- Ghi lại nó trên hiện trường: một bộ phân tích hai kênh di động như Balanset-1A ghi lại phổ và tốc độ chạy đồng bộ trên động cơ tại chỗ, giúp dễ dàng phát hiệu một đỉnh 2×F stator hoặc các băng sóng đi qua cực phụ thuộc vào tải trước khi cam kết tháo rời — và, khi người gây ra sự cố thực tế hóa ra là mất cân bằng cơ học, đểL stator hoặc các băng sóng đi qua cực phụ thuộc vào tải trước khi cam kết tháo rời — và, khi người gây ra sự cố thực tế hóa ra là mất cân bằng cơ học, để cân bằng rotor trong cùng một lần ghi sổ.
- Xác nhận với các công nghệ khác: các chẩn đoán có thể được xác minh lại bằng phân tích chữ ký dòng điện động cơ (MCSA) hoặc bằng đo nhiệt độ bằng hồng ngoại, tiết lộ sự nóng lên cục bộ do các thanh gãy hoặc tấm lá bị đóng tắt. Kiểm tra chéo với gia đình rộng hơn của lỗi động cơ tránh nhầm lẫn một sự cố điện với một sự cố cơ học.
