Phân tích dao động quang phổ

Các lỗi của động cơ điện: Phân tích quang phổ toàn diện

Động cơ điện tiêu thụ khoảng 45% điện công nghiệp tổng thể Trên toàn thế giới. Theo các nghiên cứu của EPRI, sự cố phân bố như sau: Lỗi stato ~23%, Lỗi rôto ~10%, Sự xuống cấp của ổ trục ~41%, Và ~26% các yếu tố bên ngoài. Nhiều kiểu hỏng hóc này để lại dấu vết rõ rệt trong phổ rung động — rất lâu trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng.

Bài viết này cung cấp hướng dẫn toàn diện về việc xác định các lỗi của động cơ điện thông qua phân tích dao động phổ và các kỹ thuật bổ trợ: MCSA, ESA và MCA.

Thời gian đọc: 25 phút ISO 20816 · IEC 60034 · IEEE 1415 Balanset-1A
~23%
Lỗi stato
~10%
Các khuyết tật của rôto
~41%
Sự suy thoái ổ trục
~26%
Các yếu tố bên ngoài

1. Kiến thức cơ bản về điện cho nhà phân tích rung động

Trước khi chẩn đoán các lỗi động cơ từ phổ rung, điều cần thiết là phải hiểu các tần số điện chính gây ra rung động của động cơ.

1.1. Tần số đường dây (LF)

Tần số nguồn điện xoay chiều: 50 Hz ở hầu hết các nước châu Âu, châu Á, châu Phi và Nga; 60 Hz ở Bắc Mỹ và một số vùng của Nam Mỹ và châu Á. Tất cả các lực điện từ trong động cơ đều bắt nguồn từ tần số này.

1.2. Tần số đường dây gấp đôi (2×LF)

The tần số lực điện từ chủ đạo trong động cơ AC. Trong hệ thống 50 Hz, 2×LF = 100 Hz; trong hệ thống 60 Hz, 2×LF = 120 Hz. Lực hút từ giữa stato và rôto đạt cực đại hai lần trong mỗi chu kỳ điện, khiến tần số "dao động điện" cơ bản của mọi động cơ điện xoay chiều là 2×LF.

2×LF = 2 × fđường kẻ = 100 Hz (hệ thống 50 Hz) | 120 Hz (hệ thống 60 Hz)

1.3. Tốc độ đồng bộ và độ trượt

Từ trường stato quay với tốc độ đồng bộ:

Ns = 120 × fđường kẻ / P (RPM)

where P là số cực. Rôto của động cơ cảm ứng luôn quay chậm hơn một chút. Sự khác biệt này là trượt:

s = (Ns − N) / Ns

Độ trượt điển hình khi tải đầy đủ đối với động cơ cảm ứng tiêu chuẩn: 1–5%. Đối với động cơ 2 cực ở tần số 50 Hz: Ns = 3000 vòng/phút, tốc độ thực tế ≈ 2940–2970 vòng/phút.

1.4. Tần số đi qua cực (F)p)

Tốc độ mà các cực rôto "trượt qua" các cực stato. Kết quả là phổ quát — không phụ thuộc vào số lượng cột:

Fp = 2 × s × fđường kẻ = 2 × fs  — độc lập với số cực P

Đối với động cơ hoạt động ở tần số 50 Hz với độ trượt 2%: Fp = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Tần số này xuất hiện dưới dạng các dải tần đặc trưng trong phổ của các thanh rôto bị gãy.

1.5. Tần số đi qua thanh rôto

fRBPF = R × fthối rữa

Trong đó R là số thanh rôto. Tần số này và các dải tần phụ của nó trở nên quan trọng khi các thanh rôto bị hư hỏng.

1.6. Bảng tham chiếu tần số chính

Biểu tượngTênCông thứcVí dụ (50 Hz, 2 cực, độ trượt 2%)
LFTần số đường dâyfđường kẻ50 Hz
2×LFTần số đường dây gấp đôi2 × fđường kẻ100 Hz
f đồng bộTần số đồng bộ2 × fđường kẻ / P50 Hz (P=2) | 25 Hz (P=4)
1XTần số quay(1 − s) × fđồng bộ hóa49 Hz (2940 vòng/phút)
F pTần suất vượt cực2 × s × fđường kẻ2 Hz
f RBPFTần số truyền thanh rôto.R × fthối rữa16 × 49 = 784 Hz
Ghi chú quan trọng

Trong hệ thống 50 Hz, 2×LF = 100 Hz and 2X ≈ 98 Hz (đối với động cơ 2 cực). Hai đỉnh này chỉ cách nhau 2 Hz. Độ phân giải quang phổ của ≤ 0,5 Hz Cần phải tách chúng ra. Sử dụng Độ dài bản ghi từ 4–8 giây trở lên. Việc nhầm lẫn 2X với 2×LF dẫn đến chẩn đoán sai hoàn toàn — nhầm lẫn lỗi cơ học với lỗi điện. Sự gần gũi này chỉ đặc trưng cho máy 2 cực. Đối với máy 4 cực: 2X ≈ 49 Hz — cách xa 2×LF = 100 Hz.

Mặt cắt ngang của động cơ: Các bộ phận chính và khe hở không khí
STATOR Khe cuộn dây KHOẢNG CÁCH KHÔNG KHÍ (Thông thường từ 0,25 đến 2 mm) (tham số quan trọng) ROTOR Thanh rôto (hình minh họa: 16) mang dòng điện cảm ứng Trục Lỗ stato (lõi nhiều lớp) Tần số chính ▸ Stator → 2×LF ▸ Khe hở không khí → 2×LF ± 1X ▸ Đường nét đứt → 1X ± Fp MCSA: LF ± Fp ▸ Vượt rào → R × frot ▸ Cơ học → 1X, 2X, nX ▸ Độ dịch chuyển trục → 2×LF ± 1X (trục) Ở tần số 50 Hz: 2×LF = 100 Hz ± = dải biên (điều chế) Sơ đồ - không theo tỷ lệ. Số lượng khe/thanh thực tế phụ thuộc vào thiết kế động cơ.

statoRotorCuộn dâyKhe hở không khíCơ khíTrục Bất kỳ sự biến dạng khe hở không khí nào cũng trực tiếp làm thay đổi lực hút từ, và điều đó ngay lập tức làm thay đổi mô hình dao động. Ký hiệu ± biểu thị các dải tần phụ (điều chế).

2. Tổng quan về các phương pháp chẩn đoán

Không có kỹ thuật nào duy nhất có thể phát hiện tất cả các lỗi của động cơ điện. Một chương trình chẩn đoán mạnh mẽ kết hợp nhiều phương pháp bổ sung cho nhau:

Các phương pháp chẩn đoán động cơ điện
ĐIỆN ĐỘNG CƠ 1. Phân tích rung động Phổ và dạng sóng theo thời gian 1X, 2X, 2×LF, sóng hài ✓ Cơ khí + một số bộ phận điện ✗ Không thể phát hiện tất cả các lỗi điện 2. MCSA Đặc trưng dòng điện động cơ Phân tích — kẹp dòng điện ✓ Thanh rôto bị gãy, lệch tâm ✓ Trực tuyến, không xâm lấn 3. ESA Phân tích tín hiệu điện Điện áp + phổ dòng điện ✓ Chất lượng nguồn cung, lỗi stato ✓ Trực tuyến, tại MCC 4. MCA Phân tích mạch động cơ Trở kháng, điện trở ✓ Quần short cách nhiệt, có thể lật ngược lật lại ✗ Chỉ hoạt động ngoại tuyến (động cơ đã dừng) 5. Nhiệt ảnh giám sát nhiệt độ stato + nhiệt độ ổ trục

VibrationMCSAESAMCANhiệt đồ Không có phương pháp nào duy nhất có thể bao quát toàn diện. Phương pháp chẩn đoán kết hợp được khuyến nghị mạnh mẽ.

2.1. Phân tích phổ dao động

Công cụ chính để chẩn đoán hầu hết các thiết bị quay. Gia tốc kế trên vỏ ổ trục thu được phổ tín hiệu cho thấy các khuyết tật cơ học (mất cân bằng, lệch trục, mài mòn ổ trục) và một số khuyết tật điện (khe hở không đều, cuộn dây lỏng). Tuy nhiên, Phân tích rung động đơn thuần không thể phát hiện tất cả các lỗi điện của động cơ..

2.2. Phân tích tín hiệu dòng điện động cơ (MCSA)

Một mạch kẹp dòng điện trên một pha thu được phổ dòng điện. Các thanh rôto bị gãy tạo ra các dải tần phụ tại LF ± F p. MCSA được thực hiện trực tuyến và hoàn toàn không xâm lấn.

2.3. Phân tích tín hiệu điện (ESA)

Phân tích đồng thời cả phổ điện áp và dòng điện tại tủ điều khiển động cơ (MCC). Phát hiện sự bất đối xứng điện áp nguồn, méo hài và các vấn đề về chất lượng điện năng.

2.4. Phân tích mạch động cơ (MCA)

MỘT ngoại tuyến Kiểm tra việc đo điện trở giữa các pha, điện cảm, trở kháng và điện trở cách điện. Cần thiết trong các đợt bảo trì.

2.5. Giám sát nhiệt độ

Việc theo dõi xu hướng nhiệt độ cuộn dây stato và nhiệt độ ổ trục giúp cảnh báo sớm về tình trạng quá tải, sự cố làm mát và suy giảm chất lượng cách điện.

Cách tiếp cận thực tế. Để có một chương trình chẩn đoán động cơ toàn diện, hãy kết hợp tối thiểu: (1) phân tích phổ rung, (2) MCSA với kẹp dòng điện và (3) các cuộc trò chuyện thường xuyên với thợ điện và nhân viên sửa chữa động cơ — kinh nghiệm thực tế của họ thường tiết lộ bối cảnh quan trọng mà chỉ riêng các thiết bị không thể cung cấp.

3. Lỗi stato

Các lỗi ở stato gây ra khoảng 23–37% của tất cả các lỗi động cơ. Stato là phần cố định chứa lõi sắt nhiều lớp và cuộn dây. Các khuyết tật gây ra rung động chủ yếu ở... 2×LF (100 Hz / 120 Hz) và bội số của nó.

3.1. Độ lệch tâm stato — Khe hở không khí không đều

Khe hở không khí giữa rôto và stato thường là 0,25–2 mm. Ngay cả một biến thể 10% cũng tạo ra sự mất cân bằng lực điện từ có thể đo được.

Nguyên nhân

  • Chân mềm — nguyên nhân phổ biến nhất
  • Vỏ ổ trục bị mòn hoặc hư hỏng
  • Khung bị biến dạng do vận chuyển hoặc lắp đặt không đúng cách.
  • Biến dạng nhiệt trong điều kiện hoạt động
  • Dung sai sản xuất kém

Chữ ký quang phổ

  • Thông thường, 2×LF chiếm ưu thế trong phổ vận tốc xuyên tâm
  • Thường đi kèm với sự gia tăng nhẹ của 1X and 2X do lực hút từ không cân bằng (UMP)
  • Độ lệch tâm tĩnh: Tần số 2×LF chiếm ưu thế với rất ít sự điều biến.
  • Thành phần động: dải tần phụ tại 2×LF ± 1X có thể xuất hiện
Phổ: nổi bật 2×LF + nhỏ 1X and 2X tăng (hướng xuyên tâm)

Đánh giá mức độ nghiêm trọng

Biên độ 2×LF (RMS vận tốc)Đánh giá
< 1 mm/sĐiều bình thường đối với hầu hết các động cơ.
1–3 mm/sTheo dõi — kiểm tra độ mềm của chân vịt, khe hở ổ trục
3–6 mm/sCảnh báo — điều tra và lên kế hoạch khắc phục
> 6 mm/sNguy hiểm — cần hành động ngay lập tức

Lưu ý: Đây chỉ là những hướng dẫn mang tính minh họa, không phải là tiêu chuẩn chính thức. Luôn luôn so sánh với các giá trị cơ bản của chính máy móc.

Kiểm tra xác nhận

Kiểm tra tắt nguồn (Kiểm tra nhanh): Trong khi theo dõi độ rung, hãy ngắt điện động cơ. Nếu đỉnh 2×LF giảm mạnh — chỉ trong vài giây, nhanh hơn nhiều so với quá trình giảm tốc cơ học — nguồn phát là điện từ.

Quan trọng

Không nên nhầm lẫn độ lệch tâm stato với sự sai lệch trục. Cả hai đều có thể tạo ra tín hiệu 2X cao. Điểm mấu chốt: tín hiệu 2×LF ở tần số chính xác 100,00 Hz là tín hiệu điện; 2X theo dõi tốc độ quay của rôto và thay đổi nếu tốc độ thay đổi. Đảm bảo độ phân giải phổ ≤ 0,5 Hz.

3.2. Cuộn dây stato bị lỏng

Cuộn dây stato chịu tác động của lực điện từ ở tần số gấp 2 lần tần số thấp (LF) trong mỗi chu kỳ hoạt động. Qua nhiều năm, các mối nối cơ học (nhựa epoxy, vecni, nêm) có thể bị xuống cấp. Các cuộn dây bị lỏng sẽ rung ở tần số gấp 2 lần LF với biên độ ngày càng tăng, làm tăng tốc độ mài mòn lớp cách điện do ma sát.

Chữ ký quang phổ

Cao 2×LF — thường có xu hướng tăng theo thời gian (xu hướng)
  • Chủ yếu là rung động hướng tâm
  • 2×LF có thể kém ổn định hơn — biên độ dao động nhẹ.
  • Trường hợp nghiêm trọng: sóng hài ở tần số 4×LF, 6×LF

Hậu quả

Đây là có hại cho lớp cách điện cuộn dây — dẫn đến sự xuống cấp nhanh chóng, các sự cố chạm đất không thể dự đoán trước và hỏng hoàn toàn stato, đòi hỏi phải quấn lại.

3.3. Dây cáp điện bị lỏng — Sự không đối xứng pha

Sự tiếp xúc kém tạo ra sự bất đối xứng về điện trở. Ngay cả 1% điện áp bất đối xứng gây ra xấp xỉ 6–10% bất đối xứng dòng điện. Các dòng điện không cân bằng tạo ra thành phần từ trường quay ngược chiều.

Chữ ký quang phổ

Cao 2×LF — chỉ số chính của sự bất đối xứng pha
  • Biên độ 2×LF tăng lên do lực hút từ không cân bằng.
  • Trong một số trường hợp, các dải tần phụ gần ±⅓×LF (~16,7 Hz trong hệ thống 50 Hz) xung quanh đỉnh 2×LF
  • Trong phổ dòng điện hiện tại (MCSA): dòng điện thứ tự âm tăng cao

Kiểm tra thực tế

  • Kiểm tra tất cả các đầu nối cáp, các kết nối thanh dẫn, các tiếp điểm của công tắc tơ.
  • Đo điện trở giữa các pha — trong phạm vi 1% so với nhau
  • Đo điện áp nguồn trên cả ba pha — độ lệch không được vượt quá 1%
  • Ảnh nhiệt hồng ngoại của hộp đấu nối cáp

3.4. Các lá thép stato bị đoản mạch

Hư hỏng lớp cách điện giữa các lớp màng cho phép dòng điện xoáy lưu thông, tạo ra các điểm nóng cục bộ. Điều này không phải lúc nào cũng phát hiện được trong phổ dao động — Phương pháp đo nhiệt hồng ngoại là phương pháp phát hiện chính.. Ngoại tuyến: kiểm tra lõi điện từ (kiểm tra EL-CID).

3.5. Ngắn mạch giữa các vòng dây

Ngắn mạch giữa các vòng dây tạo ra một vòng dòng điện tuần hoàn cục bộ, làm giảm số vòng dây hiệu dụng trong cuộn dây bị ảnh hưởng. Điều này dẫn đến sự gia tăng điện áp. 2×LF, sóng hài bậc 3 tăng cao của tần số thấp trong dòng điện, và sự bất đối xứng dòng điện pha. Phát hiện tốt nhất thông qua kiểm tra xung MCA ngoại tuyến.

Các khuyết tật của stato — Tóm tắt các dấu hiệu quang phổ
Huyền thoại Đỉnh 2×LF (100 Hz) — điện Đỉnh 1X / 2X — cơ học Dải tần phụ (điều chế) A. Độ lệch tâm stato / Khe hở không khí không đều (§3.1) Biên độ 1X 2X 2×LF 49 Hz 98 100 Hz Chênh lệch 2 Hz! (Cần độ phân giải ≤0,5 Hz) 2×LF CHỦ ĐỘNG Hướng xuyên tâm Biến mất khi tắt nguồn B. Dây cáp điện bị lỏng / Sự bất đối xứng pha (§3.3) Biên độ 83 Hz 2×LF 117 Hz −⅓LF +⅓LF ± ⅓×dải tần phụ LF (16,7 Hz) 83 Hz 100 Hz (2×LF) 117 Hz Nâng cao 2×LF Sự bất đối xứng điện trở pha gây ra trường quay ngược Kiểm tra: • Đầu nối cáp • R giữa các pha • Nhiệt ảnh hồng ngoại

2×LF1X / 2XDải bên Thử nghiệm tắt nguồn xác nhận nguồn gốc điện từ: nếu 2×LF giảm mạnh khi tắt nguồn (nhanh hơn nhiều so với quá trình giảm dần), thì nguồn là điện từ.

4. Các khuyết tật của rôto

Các lỗi rôto chiếm khoảng 5–10% của các vấn đề về động cơ nhưng lại thường là những bệnh khó phát hiện sớm nhất.

4.1. Thanh rôto bị gãy và vòng cuối bị nứt

Khi một thanh dẫn bị đứt, sự phân bố lại dòng điện tạo ra sự bất đối xứng từ trường cục bộ — về cơ bản là một "điểm từ nặng" quay với tần số trượt so với từ trường stato.

Chữ ký rung động

  • 1X đỉnh điểm với các dải phụ ở ± Fp. Đối với độ trượt 50 Hz / 2%: các dải tần phụ ở 1X ± 2 Hz
  • Trường hợp nặng: thêm dải tần phụ ở ± 2Fp, ± 3Fp
  • 2×LF cũng có thể hiển thị Fp dải bên

Chữ ký MCSA

Phổ hiện tại: LF ± Fp   (50 ± 2 Hz = 48 Hz và 52 Hz)

Thang đo mức độ nghiêm trọng MCSA

Mức độ dải biên so với đỉnh tần số thấpĐánh giá
< −54 dBNhìn chung, rôto hoạt động tốt.
-54 đến -48 dBCó thể xuất hiện 1-2 thanh bị nứt — theo dõi xu hướng.
-48 đến -40 dBCó thể có nhiều thanh kim loại bị vỡ — kiểm tra theo kế hoạch
> −40 dBHư hỏng nghiêm trọng — nguy cơ xảy ra các sự cố thứ cấp

Quan trọng: MCSA yêu cầu tải ổn định gần điều kiện định mức. Ở tải một phần, biên độ dải biên giảm.

Dạng sóng thời gian

Các thanh rôto bị gãy tạo ra một đặc điểm nhất định. "kiểu "đánh" — Biên độ dao động tại tần số đi qua cực. Thường thấy rõ trước khi các dải tần phụ trở nên nổi bật.

Thanh rôto bị gãy — Mẫu phổ rung động và dòng điện
Phổ dao động (vận tốc, hướng xuyên tâm) Biên độ −2Fp 1X−Fp 1X 1X+Fp +2Fp ± Fp (tần số đi qua cực) Mẫu rung động • 1X = sóng mang (tần số quay) • Dải tần phụ ±Fp = độ bất đối xứng của rotor • Càng nhiều dải tần phụ = càng nhiều vạch • "Nhịp đập" trong dạng sóng thời gian Ví dụ: 50 Hz, 2 cực, độ trượt 2% 1X = 49 Hz, Fp = 2 Hz Dải tần phụ: 47 Hz và 51 Hz Phổ dòng điện (MCSA) (Dòng điện cấp cho động cơ thông qua kẹp) Biên độ (dB) 48 HzLF − Fp 50 HzLF 52 HzLF + Fp ± Fp = ± 2 Hz dải tần phụ Thang đo mức độ nghiêm trọng MCSA (Biên độ dải biên so với đỉnh tần số thấp) < −54 dB — rôto hoạt động bình thường -54 đến -48 dB — nghi ngờ có 1-2 vạch sóng. -48 đến -40 dB — có thể nhiều lần > −40 dB — mức độ nghiêm trọng (cần sửa chữa) Nguyên tắc chung ở tải định mức

1XDải biên ±FpDải phụ MCSA Cách tốt nhất để xác nhận thanh rôto bị gãy là thông qua MCSA. Phổ rung động cho thấy khuyết tật; MCSA cung cấp đánh giá định lượng mức độ nghiêm trọng.

4.2. Độ lệch tâm rôto (Tĩnh và Động)

Độ lệch tâm tĩnh

Trục lệch tâm so với lỗ stato. Tạo ra điện áp cao. 2×LF. Hiện tại: sóng hài khe rôto tại fRBPF ± LF.

Độ lệch tâm động

Tâm rôto quay quanh tâm lỗ stato. Tạo ra 1X với 2 dải tần phụ LF và tần số truyền thanh rôto nâng cao. Hiện tại: các dải tần phụ tại LF ± fthối rữa.

Trên thực tế, cả hai loại thường cùng tồn tại đồng thời — mô hình này là sự chồng chất của các loại vật chất khác nhau.

4.3. Cung cánh quạt nhiệt

Các động cơ lớn có thể tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ gây ra hiện tượng cong vênh tạm thời. Sản sinh ra... 1X thay đổi theo thời gian Sau khi khởi động — thường tăng trong 15–60 phút, sau đó ổn định. Góc pha thay đổi khi độ cong phát triển. Phân biệt với sự mất cân bằng cơ học (ổn định) bằng cách theo dõi biên độ và pha 1X trong 30–60 phút sau khi khởi động.

4.4. Sự dịch chuyển trường điện từ (Dịch chuyển trục)

Nếu rôto là dịch chuyển theo trục So với stato, sự phân bố trường điện từ trở nên bất đối xứng theo trục. Rôto trải qua dao động. lực điện từ trục tại 2×LF.

Nguyên nhân

  • Sai lệch vị trí trục rôto trong quá trình lắp ráp hoặc sau khi thay thế ổ bi.
  • Sự mài mòn ổ trục dẫn đến độ rơ trục quá mức
  • Lực đẩy trục từ máy được dẫn động
  • Sự giãn nở nhiệt trong quá trình hoạt động
Trục 2×LF (ưu thế) & cao 1X — chủ yếu ở hướng trục
Lỗi nghiêm trọng

Lỗi này có thể là có tính phá hoại cao đối với vòng bi. Lực dọc dao động ở mức 2×LF tạo ra tải trọng mỏi tuần hoàn trên các mặt chịu lực. Luôn đánh dấu vị trí tâm từ tính và kiểm tra lại vị trí đó trong quá trình thay thế vòng bi. Đây là một trong những lỗi động cơ gây thiệt hại nghiêm trọng nhất — nhưng cũng dễ phòng ngừa nhất.

Sự dịch chuyển trường điện từ — Sự dịch chuyển rôto theo trục
Bình thường: Rôto nằm ở vị trí trung tâm TẤM LÁ STATOR ROTOR CL stato = CL rôto bình đẳng bình đẳng ✓ Lực điện từ trục cân bằng Rung động trục tối thiểu Tâm từ = lực dọc trục tổng cộng ≈ 0 Lỗi: Rôto bị lệch trục TẤM LÁ STATOR ROTOR Cuộn cảm stato Rotor CL Δx (độ dịch chuyển trục) Rotor mở rộng vượt quá stato F trục ở 2×LF ✗ Trục nâng cao 2×LF & 1X Có thể làm tăng tốc độ mài mòn ổ đỡ lực đẩy. Mức độ nghiêm trọng phụ thuộc vào biên độ dịch chuyển. Cách phát hiện và xác nhận: ✓ Đánh dấu tâm từ tính trong quá trình lắp ráp ✓ Kiểm tra lại vị trí sau khi thay thế bạc đạn ✓ Đo độ rung dọc trục ở tần số gấp 2 lần LF ✓ Thử nghiệm tắt nguồn: 2×LF biến mất ngay lập tức ✓ So sánh quá trình giảm tốc: bằng điện so với bằng cơ khí ✓ Kiểm tra nhiệt độ ổ đỡ lực đẩy. Loại trừ (các triệu chứng tương tự): • Sai lệch góc khớp nối (trục 1X & 2X) • Cộng hưởng cấu trúc trục • Bàn chân mềm/lỏng lẻo (thành phần trục) • Tải trọng hướng trục do dòng chảy gây ra (máy bơm, quạt) • Điện áp nguồn không cân bằng • Độ lệch tâm xuyên tâm (→ 2×LF xuyên tâm) Hình chiếu trục dọc sơ đồ — không theo tỷ lệ.

Lực điện từ trụcSự dịch chuyển / phần nhô raCuộn cảm statoPhát hiện Hiện tượng nhiễu âm Axial 2×LF biến mất ngay lập tức khi tắt nguồn là điểm khác biệt chính so với các nguyên nhân cơ học.

5. Các lỗi điện liên quan đến ổ trục

5.1. Dòng điện ổ trục và EDM

Điện áp giữa trục và vỏ gây ra dòng điện chạy qua ổ trục. Nguồn gốc: sự bất đối xứng từ tính, điện áp chế độ chung của biến tần, điện tích tĩnh. Sự phóng điện lặp đi lặp lại tạo ra các vết rỗ siêu nhỏ (Gia công bằng phóng điện) dẫn đến rãnh — Các rãnh được bố trí đều nhau trên vòng bi.

Chữ ký quang phổ

  • Tần suất lỗi ổ trục (BPFO, BPFI, BSF) với các đỉnh rất đồng đều và "sạch".
  • Mức nhiễu tần số cao tăng cao trong phổ gia tốc
  • Nâng cao: âm thanh đặc trưng của "bàn giặt".

Phòng ngừa

  • Vòng bi cách điện (vòng có lớp phủ)
  • Chổi tiếp đất trục (đặc biệt dành cho các ứng dụng biến tần)
  • Bộ lọc chế độ chung trên đầu ra VFD
  • Đo điện áp trục thông thường — dưới 0,5 V đỉnh

6. Ảnh hưởng của biến tần (VFD)

6.1. Dịch chuyển tần số

Tất cả các tần số điện của động cơ đều thay đổi tỷ lệ thuận với tần số đầu ra của biến tần. Nếu biến tần hoạt động ở tần số 45 Hz, thì 2×LF sẽ trở thành 90 Hz. Các dải cảnh báo phải là thích ứng tốc độ.

6.2. Sóng hài PWM

Tần số chuyển mạch (2–16 kHz) và các dải tần phụ xuất hiện trong phổ. Có thể gây ra tiếng ồn và dòng điện trong ổ trục.

6.3. Kích thích xoắn

Các sóng hài bậc thấp (bậc 5, 7, 11, 13) tạo ra các xung mô-men xoắn có thể kích thích các tần số tự nhiên của dao động xoắn.

6.4. Kích thích cộng hưởng

Khi biến tần (VFD) điều chỉnh dải tốc độ, tần số kích thích có thể đi qua các tần số tự nhiên của cấu trúc. Cần phải thiết lập bản đồ tốc độ tới hạn cho các thiết bị được điều khiển bằng biến tần.

7. Tóm tắt chẩn đoán phân biệt

Khuyết điểmTần số chính.Phương hướngDải bên / Ghi chúXác nhận
Độ lệch tâm stato2×LFXuyên tâmTăng nhẹ 1X, 2XKiểm tra khi tắt nguồn; kiểm tra độ êm ái
Cuộn dây lỏng lẻo2×LFXuyên tâmXu hướng tăng; 4×LF, 6×LFTin tức nổi bật; Thử nghiệm xung điện MCA
Dây cáp bị lỏng2×LFXuyên tâm± ⅓×LF dải tần phụĐiện trở pha; Nhiệt ảnh hồng ngoại
Ngắn giữa các lượt2×LFXuyên tâmSự bất đối xứng hiện tại; sóng hài bậc 3Kiểm tra xung động MCA; MCSA
Các lá thép bị đoản mạchMinor 2×LF—Chủ yếu là nhiệtNhiệt ảnh hồng ngoại; EL-CID
Thanh rôto bị hỏng1XXuyên tâm± Fp dải tần phụ; nhịp đậpMCSA: LF ± Fp mức dB
Độ lệch tâm rôto (tĩnh)2×LFXuyên tâmSóng hài khe rôto ± LFĐo khe hở không khí; MCSA
Độ lệch tâm rôto (động)1X + 2×LFXuyên tâmfRBPF dải bênPhân tích quỹ đạo; MCSA
Cung rôto nhiệt1X (trôi dạt)Xuyên tâmSự thay đổi về cường độ dòng điện và pha theo nhiệt độ.Xu hướng khởi nghiệp 30-60 phút
sự dịch chuyển trường điện từ2×LF + 1XTrụcTrục mạnh 2×LFVị trí trục rôto; thử nghiệm khi tắt nguồn
Gia công EDM ổ trục / tạo rãnhBPFO / BPFIXuyên tâmĐỉnh đồng nhất; nhiễu tần số caoĐiện áp trục; kiểm tra trực quan
Sơ đồ quy trình chẩn đoán lỗi động cơ
Rung động động cơ tăng cao Tắt nguồn Kiểm tra nhanh? Thả ngay lập tức ĐIỆN Nguồn tin xác nhận Trội Tính thường xuyên? 2×LF (hướng tâm): • Độ lệch tâm / khe hở không khí • Cuộn dây bị lỏng (xu hướng) • Cáp rời (+⅓ băng tần LF) sự dịch chuyển trường điện từ Kiểm tra vị trí trục quay của rôto! Thanh rôto bị hỏng Xác nhận lại với MCSA Sự suy tàn dần dần CƠ KHÍ Nguồn tin xác nhận Khảo sát: • Mất cân bằng, lệch lạc • Lỗi ổ trục, chân đế mềm Luôn kết hợp: Kiểm tra độ rung + MCSA + Kiểm tra khi tắt nguồn + Phân tích xu hướng Lưu ý về độ phân giải: ≤ 0,5 Hz để phân biệt 2X với 2×LF

ĐiệnCơ khíPhân tích 2×LFCác khuyết tật của rôto Kiểm tra tắt nguồn đột ngột là bước đầu tiên trong sơ đồ chẩn đoán. Sau khi xác nhận nguồn gốc sự cố điện, tần số và hướng chủ đạo sẽ giúp thu hẹp phạm vi chẩn đoán.

8. Kỹ thuật đo lường và trang thiết bị

8.1. Yêu cầu đo độ rung

Tham sốYêu cầuLý do
Độ phân giải quang phổ≤ 0,5 Hz (tốt nhất là 0,125 Hz)Tách tín hiệu 2X khỏi 2×LF (cách nhau 2 Hz đối với mạch 2 cực)
Dải tần số2–1000 Hz (vận tốc); đến 10 kHz (gia tốc)Phạm vi thấp cho 1X, 2×LF; phạm vi cao cho vòng bi
Kênh≥ 2 đồng thờiPhân tích xuyên pha
Đo pha0–360°, ±2°Quan trọng cho việc phân biệt khuyết tật
Dạng sóng thời gianTrung bình đồng bộPhát hiện tiếng đập phát ra từ các thanh sắt bị vỡ
Đầu vào hiện tạiTương thích với kẹp dòng điệnDùng cho chẩn đoán MCSA

8.2. Bộ cân chỉnh điện tử Balanset-1A dùng để chẩn đoán động cơ

Máy đo độ rung hai kênh cầm tay Balanset-1A (VibroMera) cung cấp các khả năng cốt lõi cho việc chẩn đoán rung động động cơ:

Kênh rung động2 (đồng thời)
Phạm vi tốc độ250–90.000 vòng/phút
Tốc độ rung RMS0–80 mm/s
Độ chính xác pha0–360°, ±2°
Phân tích phổ FFTĐược hỗ trợ
Cảm biến phaBao gồm quang điện.
Nguồn điệnUSB (7–20 V)
Balancing1 hoặc 2 mặt phẳng tại chỗ

Sau khi chẩn đoán và khắc phục lỗi động cơ, Balanset-1A có thể được sử dụng để... cân bằng rôto tại chỗ — Hoàn thành toàn bộ quy trình chẩn đoán đến sửa chữa mà không cần tháo động cơ.

8.3. Các phương pháp đo lường tốt nhất

  • Ba hướng — theo phương thẳng đứng, phương ngang và phương trục — trên mỗi ổ trục. Phương trục rất quan trọng đối với sự dịch chuyển trường điện từ.
  • Chuẩn bị bề mặt — Loại bỏ sơn và rỉ sét để đảm bảo khớp nối gia tốc kế hoạt động tốt.
  • Điều kiện trạng thái ổn định — tốc độ định mức, tải, nhiệt độ
  • Ghi lại điều kiện hoạt động — tốc độ, tải, điện áp, dòng điện với mỗi phép đo
  • Thời gian nhất quán — Điều kiện tương tự cho việc so sánh xu hướng
  • Kiểm tra tắt nguồn Khi nghi ngờ có rung động điện — chỉ mất vài giây, cung cấp thông tin xác định nguồn đáng tin cậy.

9. Tài liệu tham khảo chuẩn mực

  • GOST R ISO 20816-1-2021 — Rung động. Đo lường và đánh giá độ rung của máy móc. Phần 1. Hướng dẫn chung.
  • GOST R ISO 18436-2-2005 — Giám sát tình trạng. Giám sát tình trạng rung động. Phần 2. Đào tạo và chứng nhận.
  • ISO 20816-1:2016 — Rung động cơ học. Đo lường và đánh giá. Phần 1: Hướng dẫn chung.
  • Tiêu chuẩn ISO 10816-3:2009 — Đánh giá độ rung của máy móc. Phần 3: Máy công nghiệp >15 kW.
  • IEC 60034-14:2018 — Máy điện quay. Phần 14: Dao động cơ học.
  • IEEE 43-2013 — Quy trình thực hành được khuyến nghị để kiểm tra điện trở cách điện.
  • IEEE 1415-2006 — Hướng dẫn kiểm tra bảo trì máy móc cảm ứng.
  • NEMA MG 1-2021 — Động cơ và máy phát điện. Giới hạn rung động và thử nghiệm.
  • Tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003 — Cân bằng các yêu cầu về chất lượng đối với rôto.

10. Conclusion

Nguyên tắc chẩn đoán chính

Các lỗi của động cơ điện để lại dấu vết đặc trưng trong phổ rung động và dòng điện — nhưng chỉ khi bạn biết tìm ở đâu và có các công cụ phù hợp được cấu hình chính xác.

  1. 2×LF là chỉ báo điện từ chính. Một đỉnh nổi bật ở tần số gấp đôi tần số nguồn cung cấp cho thấy rõ ràng có nguồn điện từ. Thử nghiệm khi tắt nguồn đã xác nhận điều này.
  2. Hướng đi rất quan trọng. Cấu hình xuyên tâm 2×LF → khe hở không khí / cuộn dây / nguồn cấp. Trục 2×LF + 1X → sự dịch chuyển trường điện từ — một trong những khuyết tật gây hại nhất.
  3. Các dải tần phụ kể câu chuyện. ± ⅓×LF → sự cố cáp nguồn. ± Fp → Các thanh rotor bị gãy. Mô hình dải biên thường có tính chẩn đoán cao hơn so với đỉnh chính.
  4. Độ phân giải quang phổ là rất quan trọng. Đối với động cơ 2 cực ở tần số 50 Hz, 2X và 2×LF chỉ cách nhau khoảng ~2 Hz. Độ phân giải ≤ 0,5 Hz là bắt buộc.
  5. Kết hợp các phương pháp. Rung động + MCSA + MCA + Nhiệt ảnh. Không có phương pháp nào bao quát được tất cả các khuyết tật.
  6. Hãy nói chuyện với thợ điện. Các chuyên gia sửa chữa động cơ sở hữu kiến thức vô giá về các loại động cơ cụ thể, lịch sử và điều kiện cung ứng của chúng.

Quy trình làm việc được đề xuất

1
Đo độ rung
2
Kiểm tra khi tắt nguồn
3
Phân tích quang phổ
4
MCSA (nếu là rotor)
5
Đúng đắn và cân bằng
6
Xác minh ✓
Chẩn đoán động cơ — Quy trình làm việc được đề xuất
1. Đo độ rung 3 hướng, tất cả các góc phương vị, độ phân giải ≤0,5 Hz. 2. Kiểm tra nhanh khi tắt nguồn Nguồn điện so với nguồn cơ khí 3. Phân tích quang phổ 2×LF, 1X, dải biên, hướng 4. MCSA (nếu nghi ngờ có rotor) Kẹp dòng điện, phân tích LF ± Fp 5. Sửa chữa và cân bằng (Balanset-1A) 6. Đo lường xác minh ✓ Balanset-1A bao gồm: ▸ Bước 1, 3 — phổ dao động ▸ Bước 5 — Cân bằng trường ▸ Bước 6 — xác minh

Các bước chẩn đoánMCSAXác minh Hãy thực hiện theo trình tự này một cách có hệ thống. Thử nghiệm tắt nguồn (bước 2) chỉ mất vài giây và có thể phân biệt chính xác nguồn điện với nguồn cơ học.

Các máy đo độ rung hai kênh cầm tay hiện đại như... Balanset-1A Cho phép các kỹ sư hiện trường thực hiện phân tích dao động phổ với độ phân giải và độ chính xác pha cần thiết để xác định lỗi động cơ — từ việc phát hiện khe hở không khí không đều thông qua phân tích pha chéo đến việc cân bằng rôto tại chỗ sau đó.

Nguồn: các chương trình đào tạo chẩn đoán rung động tại hiện trường; GOST R ISO 20816-1-2021; GOST R ISO 18436-2-2005; IEC 60034-14:2018; IEEE 1415-2006; ISO 1940-1:2003; tài liệu kỹ thuật của VibroMera (Balanset-1A); các nghiên cứu về độ tin cậy của động cơ EPRI.