Электромагнитный дефект статора асинхронного электродвигателя

Дефекты электродвигателей электромагнитного происхождения занимают особую нишу в технической диагностике, их идентификация сложна, им посвящены отдельные книги. В этой статье поделюсь недавним случаем из своей практики.

Ко мне подошел вибрационщик из подрядной наладочной организации и поделился своей проблемой. Есть вентилятор на ременной передаче, после балансировки уровень вибрации упал, но превышает допустимое значение. В спектре 100 Гц, источник - предположительно электродвигатель. На просьбу помочь я естественно откликнулся, 100 Гц - это всегда интересно, особенно если электродвигатель 3000 об/мин.

Снимаем ремни для прокрутки электродвигателя на холостом ходу. Пользуясь заминкой при подготовке к включению, от безделья определяем собственные частоты тестом на удар.

Собственная частота не высока - 12,188 Гц, что не удивительно, так как электродвигатель смонтирован на раме с виброизоляторами. Итак, включаем сам электродвигатель и проводим измерение СКЗ виброскорости.

Спектр в вертикальном направлении:

Спектр в поперечном (горизонтальном) направлении до 1000 Гц:

Спектр в поперечном (горизонтальном) направлении до 2000 Гц:

Классика. Такому спектру может соответствовать множество различных проблем и нам необходимо определиться с природой дефекта - механическая или электромагнитная. Для себя отметим отсутствие пазовых частот, которые должны располагаться в районе 1100, 1200 Гц (для данного электродвигателя примерное соотношение пазов статора/ротора = 24/22). Выполним анализ временного сигнала в момент отключения электродвигателя.

Временной сигнал виброускорения:

Рассмотрим более подробно момент отключения питания:

Предположение оправдалось - дефект электрический. При отключении питания магнитное поле пропадает, перестают действовать электромагнитные силы и вибрация за 275 мс значительно падает. Данный период обусловлен остаточной намагниченностью, хотя в моей практике был случай моментального падения вибрации во временном сигнале за половину оборота ротора (при 700 об/мин ≈ 43 мс).

Временной сигнал виброускорения мало информативен, поэтому рассмотрим сигнал виброскорости в момент отключения.

Здесь видим наличие амплитудной модуляции с периодом около 80 мс, что соответствует примерно 12,5 Гц. А теперь внимание на спектры виброскорости (я не зря пометил составляющую чуть более 12 Гц) и спектр собственных частот. Источником модулирующего сигнала наиболее вероятно является статорная часть электродвигателя, которая под воздействием электромагнитных процессов возбуждается на собственных частотах.

Итак, спектры и временные сигналы проанализированы. Отбрасываем возможные механические дефекты (доказали их отсутствие на выбеге) и электромагнитные, связанные с ротором (отсутствует флуктуация амплитуды частоты вращения) и зазором (отсутствуют пазовые частоты, характерные для различных эксцентриситетов). В сухом остатке остаются:
- несимметрия тока в обмотках статора;
- короткое замыкание обмоток статора;
- несимметрия питающего напряжения;
- перекос фаз питающего напряжения.

Данные дефекты определяются измерением электрических параметров. Если будет возможность выполнить эту работу - обязательно обновлю статью.

На этом все? Ну уж нет. Временной сигнал виброскорости я показал не полностью. А там есть кое-что интересное с момента пуска электродвигателя на холостом ходу до его останова.

Увеличим в районе пуска:

И еще раз в районе отключения питания:

Темно-зеленая зона - период 10 мс (100 Гц), более прореженная зона - период 20 мс (50 Гц). Сможете объяснить причину такого явления?

С временными сигналами работаю не часто и такое увидел впервые. Те кто знают это явление дальше могут не читать. А я решил разобраться и найти причину. Начнем с простого. У нас спектр очень простой и фактически состоит из двух составляющих 50 Гц и 100 Гц.

Временной сигнал - сложение этих двух волн-синусоид (модуляцией от 12,5 Гц пренебрегаем). Опытным путем подобрал уравнения похожих синусоид и начал сдвигать 100 Гц относительно 50 Гц по фазе:

Получили аналог реального сигнала виброскорости. Почему происходит фазовый сдвиг составляющей электромагнитного поля относительно оборотной? Правильно! В асинхронных электродвигателях частота вращения электромагнитного поля опережает частоту вращения ротора на величину скольжения.