Drgania silników elektrycznych

Drgania silników elektrycznych są jednym z częstszych objawów uszkodzeń, jakie mogą pojawić się w układach napędowych maszyn. Przyczyn takiego stanu może być wiele, dlatego tak ważne są umiejętne diagnozowanie i odpowiednie interpretowanie sygnałów drganiowych pozyskiwanych z obiektów przemysłowych.

Najważniejszym zadaniem dla służb utrzymania ruchu jest systematyczne podejście do zagadnień diagnostyki, w tym analizy pracy silników elektrycznych. Podstawowym parametrem, jaki powinien być regularnie monitorowany, jest napięcie fazowe prądu. Wszelkiego rodzaju odchyłki od wartości nominalnych będą wymagały przeprowadzenia głębszej diagnostyki, aż do znalezienia przyczyny źródłowej problemu. Tab. 1 pokazuje wpływ odchyleń napięcia zasilania od wartości znamionowej na poszczególne parametry pracy silników elektrycznych, a poniższe równanie – definicję odchylenia napięcia:

Kolejnym parametrem, jaki należy uwzględnić w podstawowej analizie silnika, jest natężenie prądu. W tym przypadku należy zwrócić szczególną uwagę na zawyżone wartości natężenia prądu, które mogą świadczyć np. o przeciążeniu silnika. Pomiaru prądu należy dokonywać dla wszystkich trzech faz. Niesymetria obciążenia faz może świadczyć o uszkodzeniu wewnętrznym silnika lub luźnych połączeniach. Podobnie ważnym parametrem jest rezystancja izolacji silnika. Pomiary rezystancji pozwalają na identyfikację wszelkich problemów związanych z przegrzaniem, nadmierną wilgotnością środowiska pracy, ze starzeniem, ale również z drganiami. Z punktu widzenia utrzymania ruchu ważne są szczególnie te ostatnie, gdyż potrafią w bardzo krótkim czasie zniszczyć układ napędowy. Z tego powodu konieczne są umiejętne diagnozowanie i wykrywanie drgań. Istnieje wiele metod pozwalających na zbieranie sygnałów drganiowych, ich analizę oraz interpretację. Można to czynić poprzez akwizycję wartości przemieszczenia lub akceleracji, ale również prądu. Służy do tego metoda MCSA.

MCSA (Motor Current Signature Analysis)

MCSA jest zbiorem metod umożliwiających przeprowadzanie analizy sygnału prądowego, która identyfikuje uszkodzenia silników (analiza widmowa, transformata Parka). Co interesujące – analiza ta pozwala na wykrycie w silniku nie tylko uszkodzeń elektrycznych (klatki, zwarcia, uszkodzenia izolacji), ale również defektów łożysk, braku osiowości lub nierównomiernego obciążenia. Rys. 1 prezentuje metodę MCSA pośród innych metod analizy prądowej. Ta forma diagnostyki umożliwia identyfikację wielu uszkodzeń dzięki symptomów w sygnale prądowym.

Rys. 1. Metody analizy prądowej

Ekscentryczność

Rys. 2 pokazuje układ wirnika i stojana w trzech ustawieniach: koncentrycznym i dwóch typach ekscentryczności – statycznej i dynamicznej.

Rys. 2. Układ wirnika i stojana w trzech ustawieniach: a) koncentrycznym, b) ekscentrycznym – statycznym, c) ekscentrycznym – dynamicznym

W przypadku ekscentryczności statycznej odległość między statorem i rotorem maszyny nie jest identyczna w każdym punkcie, jednak nie zmienia się w czasie obrotu. W przypadku ekscentryczności dynamicznej w trakcie obrotu odległość ta ulega zmianie. Wynika to z ustawienia środka wirnika względem środka statora. W celu zidentyfikowania tego uszkodzenia należy szukać w widmie natężenia prądu prążków o częstotliwości wyrażonej wzorem:

gdzie: ƒ_ec – częstotliwość ekscentryczności,
ƒ_g – częstotliwość zasilania, R – liczba prętów w klatce sinika, s – poślizg, p – liczba biegunów, n_d = ą1, n_ws= 1, 3, 5,…

Uszkodzony pręt klatki

Częstotliwość charakterystyczna uszkodzonego pręta klatki wyraża się wzorem:

gdzie: ƒ_g – częstotliwość zasilania, k = 1, 2, 3, s – poślizg, p – liczba biegunów.