От чего падает мощность электродвигателя

Неисправности электродвигателя

Асинхронный электродвигатель, как и любой механизм, подвержен воздействию рабочих нагрузок, приводящих к возникновению неисправностей и как следствие поломки. В случаи выхода электродвигателя из строя, возникает необходимость в проведении его ремонта. Срок службы отремонтированного электродвигателя напрямую зависит от того, как качественно был произведет данный ремонт.

Существуют ряд неисправностей в электрических машинах, основными из которых являются:

– перегрев обмотки статора. В процессе работы электродвигателя происходит выделение тепла и перегрев статорной обмотки.

Основные причины перегрева обмотки статора:

а) перегрузка электродвигателя во время работы либо запуска;

б) неисправность системы вентиляции электродвигателя (поломка вентилятора в электродвигателе приводит к плохой циркуляции воздуха, а следовательно плохому выводу тепла из двигателя, что приводит к его нагреву)

в) изменение напряжения сети (при повышении напряжения выше нормы происходит повышенный нагрев стали сердечника статора; при снижении сетевого напряжения ниже номинального, повысится ток в обмотке статора и вызовет ее перегрев);

Признаки по которым можно определить, что обмотка статора перегрелась: неодинаковый ток в фазах обмотки; двигатель сильно гудит при работе; двигатель работает с пониженным вращающимся моментом.

– перегрев обмотки ротора.

Основные причины перегрева обмотки ротора:

а) обрыв или плохой контакт стержней беличьей клетки с короткозамкнутыми кольцами. В том случаи стержни заменяют и припаивают к кольцам. В случае того если беличья клетка сделана из алюминия ее перезаливают.

б) неисправность при проведении ремонта ротора.

Признаки по которым можно определить, что обмотка ротора перегрелась: электродвигатель сильно гудит; не развивает установочной частоты вращения; ток в статоре пульсирует.

– обрыв в обмотке статора.

При соединении обмоток в звезду: при обрыве одной фазы ток в ней отсутствует, а в других фазах завышен, в данном случаи электродвигатель не запустится; при обрыве в одной параллельной ветви фазы обмотки другие ветви этой фазы перегреются (если обрыв произойдет во время работы электродвигателя, он начнет усиленно гудеть).

При соединении обмоток в треугольник возможны следующие неисправности: при обрыве одной фазы обмотки, которая находится между двумя проводниками, ток в этих проводниках при работе будет меньше, чем в третьем проводнике; при обрыве в одной параллельной ветви повысится ток в других ветвях, что приводит к их перегреву (при этом пуск электродвигателя возможен, но мощность его значительно снижена).

Необходимо помнить, что работа электродвигателя на двух фазах недопустима, так как это приводит его к выходу из строя.

– обрыв в обмотке ротора.

Признаки по которым можно определить, что произошел обрыв обмотки ротора:

а) в сети возникают колебания тока;

б) обороты ротора снижаются, усиливается гудение в электродвигателе, возникают вибрации;

в) при обрыве в короткозамкнутом роторе нескольких стержней, пуск его невозможен;

г) при соединение фазной обмотки ротора в звезду нагруженный электродвигатель снижает частоту вращения примерно в два раза.

Обрыв в фазной обмотке можно определить с помощью омметра или амперметра и вольтметра, которым измеряют падение напряжения в катушечных группах обмотки ротора, куда предварительно подают постоянный ток от аккумулятора.

– пониженный вращающий момент.

Номинальный вращающий момент асинхронного двигателя обеспечивается правильным соединением обмоток ротора и статора, созданием нормальных контактных соединений в обмотках, контактных кольцах и щетках держателях.

Так, если при перевернутых элементах обмотки – секции, катушечной группы или целой фазы запускать асинхронный двигатель, то он не развивает номинального вращающего момента, а при вращении будет гудеть, издавая шум низкого тона; при номинальной нагрузке не достигнет полной частоты вращения, за короткое время обмотки нагреется.

Вращающий момент электродвигателя зависит от напряжения сети. Так как ток и магнитный поток пропорциональны напряжению, вращающий момент пропорционален квадрату напряжения. Это значит, что если напряжение питания уменьшилось, например с 380 до 340 В, то вращающий момент уменьшиться в отношении , т.е. более чем на 24%.

– повышенный уровень шума в электродвигателе.

Повышенный уровень шума в электродвигателе может быть вызван электромагнитными или механическими причинами.

К электромагнитным причинам относят:

а) ослабление прессовки активной стали сердечника, что приводит в возрастанию вибрации корпуса статора. Вибрация листов стали сердечника приводит к развитию контактной коррозии металла. Контактная коррозия разрушает изоляцию листов стали, что приводит к замыканию и дополнительному нагреву сердечника. При общем ослаблении прессовки активной стали сердечника необходимо перешихтовать. При местном ослаблении производят уплотнение забивкой гетинаксовых или текстолитовых клиньев между листами шихтовки и зубцах. Клинья предварительно окунают в лак;

б) перевернута одна фаза. При этом возникает отличный от обычного шум в двигателе, и в перевернутой фазе повышается ток. Необходимо правильно выполнить соединение фазы, т.е. исключить «переворачивание» при подключении указанных элементов обмотки;

в) обмотка статора соединена треугольником, имеет параллельные ветви. При обрыве в отдельных катушках в электродвигателе, возникнет повышенный уровень шума;

Если соединить все катушки обмотки последовательно, а фазы – в звезду, гудение станет нормальным, но сила тока по фазам будет различной;

г) совпадение или близкое соотношении числа пазов сердечника статора и ротора может вызвать пульсацию магнитного потока и, следовательно, высокий уровень шума. Для устранения этого явления следует заменить ротор с другими соотношениями зубцов статора и ротора или перемотать статорную обмотку с сокращением шага;

д) большой эксцентриситет воздушного зазора, что может привести к возрастанию и асимметрии токов в зазорах в режиме холостого хода. Эксцентриситет воздушного зазора не должен превышать 10%.

К механическим причинам относят:

а) криволинейные каналы подачи воздуха в двигатель, что особенно заметно в двигателях с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин. Вентиляционный шум снижают, изменяя лопатку вентилятора и конфигурацию щитов, что приводит к уменьшению вихреобразования;

б) неисправности подшипников качения. Здесь могут быть следующие дефекты, вызывающие повышенный шум: большой натяг при посадке подшипника на вал, появление усталостных отслоений на контактной поверхности беговых колец, выработка и проседание сепаратора, сколы в буртиках беговых колец. Такие подшипники следует заменить;

в) резонирующие отдельные части двигателя, когда частота их собственных колебаний совпадает с частотой вращения ротора. Это явление устраняют в машине приваркой ребер жесткости на конструктивных элементах щитов, воздухопроводов, фундаментных плит.

– повреждения беличьих клеток, их влияние на работу электродвигателя.

У асинхронных электродвигателей c короткозамкнутым ротором стержни беличьих клеток, будучи защемленными на выходе из паза при наличии короткозамыкающего кольца на некотором расстоянии от сердечника, подвергаются большим механическим усилиям. B связи с этим возможны разрывы медных или латунных стержней около сердечника или короткозамыкающих колец. Усилия эти будут большими при пуске двигателя и от центробежных сил, особенно при плохо отбалансированном роторе. B практике также нередко встречаются случаи возникновения вибраций роторов c короткозамкнутой беличьей клеткой, которая изготовлена из меди или латуни. Причиной вибрации является «разъедание» стенок пазов стержнями, a при пуске двигателя прослабленные в пазах стержни перемещаются от центробежных усилий вверх, в связи c чем и возникают вибрации.

У большинства литых алюминиевых клеток возникают обрывы стержней в пазах. Обрывы в беличьих клетках вызывают пульсацию тока в статоре, частота которого соответствует частоте скольжения. Частота пульсации тока и вращающего момента c изменением нагрузки также изменяется. Частота вращения ротора колеблется даже при изменении малых нагрузок. Выявление и устранение повреждений беличьих клеток производятся следующим образом:

— в разобранном виде осматривают ротор. Оборванные стержни в медной или латунной беличьей клетке заменяют, обрывы в кольцах запаивают;

— если обнаружены обрывы стержней в пазах, залитых алюминием, такую клетку перезаливают свежим, первичным алюминием. Применять повторно выплавленный алюминий не следует, так как это может вызвать образование раковин в стержнях и короткозамыкающих кольцах;

— если осмотром не удается обнаружить обрывы стержней в пазах, применяют старый испытанный метод, который заключается в следующем. В статорную обмотку подают пониженное напряжение в пределах 0,2-0,3U. Затем стальной пластиной быстро проводят по окружности ротора, перемыкая поочередно зубцы активной стали сердечника. Там, где соседние стержни беличьей клетки целые, стальная пластина электромагнитным полем притянется к железу и будет дребезжать. Если перемещающаяся пластина попадает на оборванные стержни, она будет слабо притягиваться и слабо дребезжать.

– Нагрев и искрение щеток и контактных колец.

B процессе работы машины неравномерное распределение тока между щетками может вызвать искрение и нагрев щеток и контактных колец. Причиной такой неисправности может быть перегрузка по току, грязь и зависание щеток в обоймах щеткодержателей, увеличенный коэффициент трения щеток, жесткие канатики щеток, неправильно выбранная марка щеток, плохой контакт в хомутиках стержней фазной обмотки ротора, вибрация ротора.

Указанные неисправности устраняют следующим образом:

— персоналу, ведущему техническое обслуживание, необходимо периодически следить по приборам за нагрузкой асинхронных электродвигателей (c фазным ротором) и не допускать перегрузок, доводящих до искрения щеток;

— при техническом обслуживании следует периодически продергивать щетки в обоймах щеткодержателей и продувать сухим компрессорным воздух давлением 0,2 МПа контактный узел;

— щетки c увеличенным коэффициентом трения быстро срабатываются и нагревают щеточный аппарат и контактные кольца, даже при номинальной нагрузке. Для уменьшения коэффициента трения щеток их подвергают пропитке в различных составах;

— обмотку необходимо перепаять, устранить также другие нарушения контактов в цепи фазного ротора;

— при возобновлении вибрации двигателя и искрения щеток следует разобраться в причинах. Возможны нарушение центровки двигателя из-за смещения линии валов двигатель – редуктор приводимого механизма, повреждения фундаментных плит двигателя или редуктора, нарушение балансировки ротора. Все это приводит к отрыву щеток от колец и искрению.

9 частых неисправностей электродвигателя

Малый вес, компактность и долговечность — одни из главных преимуществ электродвигателей. Они применяются для преобразования электрической энергии в механическую, поэтому применяются в разных сферах промышленности и хозяйства. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели. Они обладают простой, но надежной конструкцией и не требуют регулярного обслуживания.

Однако 100% защиты от неисправностей не бывает, поэтому в этой статье эксперты компании «Мир Привода» расскажут о частых поломках трехфазных асинхронных двигателей.

Распространенные неисправности электродвигателей

Обзор частых неисправностей трехфазных асинхронных электродвигателей:

1. Межвитковое замыкание. Короткое замыкание, возникающее между разными витками одной катушки или секции обмотки. Причинами неисправности чаще всего становится перегрев обмотки или некачественно выполненная изоляция, реже — износ изоляции под воздействием вибрационных нагрузок. Сложность межвиткового замыкания электродвигателя состоит в том, что его трудно определить. Для этого потребуется сравнить сопротивление и рабочий ток каждой из трех обмоток двигателя. Дополнительный «симптом», указывающий на межвитковое замыкание — увеличенный нагрев.
2. Обрыв обмотки. Нарушение целостности привода, когда прохождение электрического тока по нему исключается. Если неисправность возникает во время работы электродвигателя, то он стремительно теряет мощность и набирает температуру. Если защита выполнена правильно, то трехфазный асинхронный двигатель просто отключится, и не будет перегреваться, а ток по другим фазам будет увеличен. Обрыв в обмотке может произойти в статоре и в роторе. Для быстрого определения обрыва обмотки необходимо поставить щупы электроизмерительного мультиметра на каждую из обмоток в режиме прозвонки диодов. Отсутствие звука — основной признак обрыва.
3. Износ шарико- и роликоподшипников. Неисправность возникает из-за дефектов подшипника, неправильной сборки двигателя, не соответствующего ухода при эксплуатации. При износе возможно обнаружение трещин и сколов. На износ подшипников указывает сильная механическая вибрация и уровень шума — при работе электродвигателя. Единственный способ устранить неисправность — заменить поврежденные подшипники. В противном случае поломка может привести к перегреву двигателя и уменьшению его производительности.
4. Отсутствие напряжения электропитания двигателя. Результат — электродвигатель не трогается с места. Причиной отсутствия напряжения является обрыв одной или двух фаз цепи питания. Первым делом для устранения неисправности необходимо осмотреть все элементы цепи, питающей двигатели, и проверить состояние предохранителей. Если внешний осмотр не дал результатов, то используется мегаомметр — электроизмерительный прибор. Если фаза исправна, то присоединение прибора даст нулевое показание, если неисправна — большое сопротивление цепи.
5. Задевание ротора за статор. Причиной зацепления становится неправильная сборка двигателя с подшипниками на стойках. Другими причинами неисправности могут быть деформация магнитопровода, изгиб вала (например, при установке электродвигателя) и повышенной износ подшипников. На зацепление ротора за статор указывает затрудненный пуск, сниженная скорость вращения, появление дыма. На участках, где ротор зацепляется за статор, остаются характерные следы, заметные при осмотре. Подлежит ремонту в редких случаях.
6. Повреждение корпуса. Возникает при сильных механических ударах, интенсивных нагрузках, неправильном креплении электродвигателя. При этом корпус может перегреваться полностью или только в отдельных участках. Ремонт поврежденного корпуса занимает много времени и включает большой объем работ — это связано с особенностями соосной установки подшипников. В некоторых случаях восстановление корпуса является нецелесообразным — например, когда для его производства использовались некачественные материалы.
7. Неравномерный зазор между статором и ротором. Еще одна частая неисправность, с которой сталкиваются владельцы трехфазных асинхронных электродвигателей — неравномерный воздушный зазор, образующийся между статором и ротором. Из-за этого возникает одностороннее притяжение ротора к статору, оказывающее увеличенную нагрузку на вал и подшипники. В результате снижается пусковой вращающий момент, повышается шум и механическая вибрация, изменяются технические параметры двигателя. Часто неравномерный воздушный зазор становится причиной другой неисправности, о который мы уже упоминали – зацепление ротора за статор и полная неисправность электродвигателя.
8. Дисбаланс ротора. Он возникает при изнашивании рабочих узлов электродвигателя и изменении посадки дисков, а также при ослабленной фиксации деталей, входящих в состав роторов. При дисбалансе наблюдается смещение массы ротора электродвигателя относительно оси вращения. Чтобы ротор был уравновешен, необходимо, чтобы ось вращения проходила через его центр. Для снижения дисбалансов применяются корректирующие массы — они удаляются из тела ротора электродвигателя или, наоборот, к нему прибавляются. Балансировка выполняется в двух плоскостях, поэтому её часто называют «динамической».
9. Неисправность крыльчатки обдува. У трёхфазных асинхронных электродвигателей возможно повреждение или переворачивание крыльчатки, предназначенной для эффективного охлаждения электрической машины. В случае её деформации или случайного переворачивания двигатель продолжит работать, но будет быстро перегреваться. Это сокращает рабочий ресурс оборудования, поэтому крыльчатку обдува необходимо заменить или закрепить — например, с применение стопорного кольца.

Как защитить электродвигатель от неисправностей?

Для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя от износа подшипников, дисбаланса ротора, межвиткового замыкания, обрыва обмотки и других неисправностей используйте специальные устройства: тепловые реле, электронные реле защиты, термисторы и преобразователи частоты.

Например, преобразователи — это электронные устройства, изменяющие частоту электрического тока. Он применяется для управления скоростью вращения двигателей и одновременно снижает показатели изнашиваемости разных деталей и узлов.

Термисторы защищают электродвигатель от перегрева. Они применяются в случаях, когда тепловая защита по перегрузке не сработала. Термисторы монтируются внутрь обмотки — проволоки, преобразующей электрическую энергию в механическую.

Чтобы исключить неисправность электродвигателя, используйте тепловые реле. Они применяются для защиты от перегрузок недопустимой продолжительности, и дополнительно предотвращают обрыв одной из фаз в конструкции электродвигателя.

Трехфазные асинхронные электродвигатели — надежное оборудование, но даже оно может выйти из строя по разным причинам. Чтобы этого не допустить, своевременно обслуживайте двигатели и используйте разные средства защиты: тепловые реле, термисторы и преобразователи частот.

В чём причины выхода из строя электродвигателя и как это предотвратить?

Как вам, конечно же, известно, электродвигатели в промышленности используются повсюду. С точки зрения технологии они представляют собой довольно сложные устройства, что иногда затрудняет их работу с максимальными техническими характеристиками.

Очень важно помнить, что причины поломок электродвигателя и системы его запуска не ограничиваются одной областью техники. К отказу двигателя могут привести как механические, так и электрические причины. Поэтому грамотное обслуживание электродвигателей требует разносторонних знаний и способно снизить вероятность возникновения дорогостоящего простоя, а также увеличить время автономной работы агрегата.
Когда электродвигатель выходит из строя, выбор действий невелик. Но до его отказа вы много чего можете сделать для того, чтобы предотвратить возможную неисправность или снизить тяжесть ее последствий. Известно, что наиболее распространенными поломками электродвигателя являются пробой изоляции обмотки и износ подшипников. Однако это всего-лишь следствия большого количества причин.
Далее мы покажем, как заранее обнаружить наиболее распространенные причины отказов, какие для этого потребуются инструменты и дадим рекомендации по выбору стратегии для успешной эксплуатации ваши электродвигателей.

Причины выхода из строя электродвигателей

1. Качество электроэнергии

Переходные напряжения и токи могут возникать из различных источников, располагающихся как внутри, так и за пределами установки. Включение и выключение смежных нагрузок, работа блоков конденсаторов коррекции коэффициента мощности и даже погодные условия могут создавать переходные процессы в распределительных сетях. Подобные отличающиеся по амплитуде и частоте явления могут приводить к разрушению или пробою изоляции обмоток электродвигателя.

Обнаружение источника подобных помех может быть затруднено из-за их редкого появления и разнообразного проявления. Например, переходные процессы могут возникать в цепях управления. Это не обязательно может привести к повреждению оборудования напрямую, но может нарушать его работу.

Переходные процессы могут возникать из различных источников, располагающихся как внутри, так и за пределами установки

Воздействие:

Пробой изоляции обмотки электродвигателя приводит к его раннему выходу из строя и незапланированному простою

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Трехфазные распределительные сети используют и для подачи питания на однофазные нагрузки. Несбалансированность импеданса или распределения нагрузки может способствовать дисбалансу всех трех фаз. Потенциальные неисправности могут возникать в подводящих кабелях электродвигателя, в концевой заделке кабеля на двигателе и, возможно, в самих обмотках. Подобный дисбаланс способен приводить к возникновению перенапряжений в фазных цепях трехфазной энергосистемы. На простейшем уровне напряжения всех трех фаз всегда должны иметь одинаковую величину.

Дисбаланс напряжения в импедансе или распределении нагрузки может способствовать дисбалансу всех трех фаз

Воздействие:

Дисбаланс создает чрезмерный ток в одной или нескольких фазах, что приводит к увеличению рабочих температур и последующему пробою изоляции

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Если говорить просто, гармоники представляют собой любой нежелательный дополнительный источник высокочастотных переменных напряжений или токов, энергия которого подается в обмотки электродвигателя.

Эта дополнительная энергия не используется для вращения вала электродвигателя, но циркулирует в обмотках и, в конечном итоге, выделяется в виде тепла внутри двигателя. Дополнительный нагрев со временем ухудшает изоляционные качества обмоток.
Однако, некоторое количество гармоник является нормальным. Для исследования гармонических искажений используйте анализатор качества электроэнергии, который позволит проконтролировать уровни электрического тока и температуры на трансформаторах и убедиться, что они не перегружены. Каждая гармоника имеет приемлемый уровень, который определяется такими стандартами, как IEEE 519-2014.

Гармонические искажения – электродвигатель

Воздействие:

Снижение эффективности электродвигателя приводит к росту расходов и увеличению рабочих температур

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

2. Импульсное регуляторы приводов

В приводах для регулировки частоты вращения используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Помехи в цепях питания ШИМ-регуляторов возникают в случае несогласованности источника питающего напряжения и цепей регулятора. Все это приводит к превышению уровня помех выше уровня напряжения питания.

1. Захваченная форма сигнала
2. Допустимая огибающая
3. Форма сигнала напряжения

Воздействие:

Пробой изоляции обмотки электродвигателя приводит к незапланированному простою

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Блуждающие токи циркулируют через системы защитного заземления, вызывая спонтанные отключения или, в некоторых случаях, перегрев обмоток.

Воздействие:

Внезапное срабатывание выключателя цепи из-за протекания тока защитного заземления

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Когда электродвигатель находится под чрезмерной нагрузкой, возникает его перегрузка. Перегрузку электродвигателя сопровождают такие основные симптомы, как чрезмерный ток потребления, недостаточный крутящий момент и перегрев. Основной причиной отказа электродвигателя является его перегрев.
В случае перегрузки отдельные компоненты электродвигателя, включая подшипники, обмотки и другие компоненты, могут работать нормально, но сам электродвигатель будет продолжать нагреваться. По этой причине имеет смысл начать поиск неисправностей с проверки перегрузки электродвигателя. Поскольку 30% отказов электродвигателей вызваны их перегрузкой, важно понять, как измерять и идентифицировать перегрузку двигателя.

Когда электродвигатель находится под чрезмерной нагрузкой, возникает его перегрузка

Воздействие:

Преждевременный износ электрических и механических компонентов электродвигателя, приводящий к неисправности

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

3. Механические причины выхода из строя электродвигателя

Несоосность возникает когда приводной вал электродвигателя неправильно совмещен с нагрузкой или смещен компонент, который обеспечивает соединение электродвигателя с нагрузкой. Многие специалисты считают, что несоосность можно устранить и компенсировать гибким соединением, но такое соединение защищает только от смещения.

Даже с гибким соединением смещенный вал будет передавать на электродвигатель вредные циклические усилия, что приведет к избыточному износу самого электродвигателя и увеличению кажущейся механической нагрузки.

Кроме того, несоосность может передавать вибрацию как на нагрузку, так и на приводной вал электродвигателя. Существует несколько типов несоосности:

1. Угловая несоосность – осевые линии валов пересекаются
2. Параллельная несоосность – осевые линии валов параллельны, но не концентричны.
3. Комбинированная несоосность – комбинация параллельной и угловой несоосности.

Примечание. Почти все случаи несоосности относятся к комбинированным, однако специалисты, говоря о несоосности, рассматривают два отдельных типа, потому что несоосность легче корректировать, работая с угловыми и параллельными компонентами по отдельности.

Несоосность возникает, когда приводной вал электродвигателя неправильно совмещен с нагрузкой, или смещен компонент, который обеспечивает соединение электродвигателя с нагрузкой.

Воздействие:

Преждевременный износ механических компонентов привода, что приводит к преждевременному повреждению

Инструмент для измерения и диагностики:

Лазерный инструмент для центрирования валов

Критичность:

Дисбаланс – это состояние вращающейся детали, когда центр массы не совпадает с осью вращения. Другими словами, где-то на роторе имеется точка дисбаланса. Хотя полностью устранить дисбаланс электродвигателя практически невозможно, можно определить, не выходит ли он за пределы нормального диапазона, и принять меры для устранения проблемы.

Дисбаланс может быть вызван многочисленными факторами, включая:

• накопление грязи;
• отсутствие\разрушение балансировочных элементов;
• брак при производстве;
• неравномерное распределение массы в обмотках электродвигателя и другие факторы, связанные с износом.

Определить, сбалансирована ли вращающаяся машина, поможет тестер или анализатор вибрации.

1. Большой пик 124 ВдБ при скорости вращения 1Х вызван дисбалансом.
2. Причинами других пиков являются различные явления в машине.

Дисбаланс – это состояние вращающейся детали, когда центр массы не совпадает с осью вращения.

Воздействие:

Преждевременный износ механических компонентов привода, что приводит к преждевременному повреждению

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Люфт возникает, когда между деталями имеется чрезмерный зазор. Он может появляться в нескольких местах:
Причиной возникновения люфта при вращении является чрезмерный зазор между вращающимися и неподвижными элементами машины, например, в подшипнике.
Не связанный с вращением люфт возникает между двумя обычно неподвижными деталями, например, между ножкой и основанием, или корпусом подшипника и машиной.

Как и в случае других источников вибрации, чтобы не терять деньги, важно знать, как обнаружить люфт и устранить проблему. Тестер или анализатор вибрации поможет определить, страдает ли вращающаяся машина от люфта.

Люфт возникает, когда между деталями имеется чрезмерный зазор

Воздействие:

Ускоренный износ вращающихся компонентов, приводящий к механическому разрушению

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Неисправный подшипник имеет увеличенное сопротивление, выделяет больше тепла и имеет более низкую эффективность из-за механических проблем, недостаточной смазки или большого износа.

Неисправность подшипника может возникать, когда:

1. Нагрузка превышает ту, на которую рассчитан подшипник.
2. Смазка подшипника недостаточная или неправильная.
3. Уплотнение подшипника неэффективное.
4. Вал имеет несоосность.
5. Подшипник неправильно посажен.
6. Подшипник имеет нормальный износ.
7. Индуцируется напряжение на концах вала.

Когда подшипник начинает выходить из строя, то создает каскадный эффект, который ускоряет поломку электродвигателя!

Порядка 13% отказов электродвигателей вызваны неисправностью подшипника, и более 60% механических неисправностей в установках вызваны износом подшипников, поэтому важно знать, как устранить эту проблему.

Неисправный подшипник имеет увеличенное сопротивление, выделяет больше тепла и имеет более низкую эффективность из-за механических проблем, недостаточной смазки или большого износа.

Воздействие:

Ускоренный износ вращающихся компонентов, приводящий к повреждению подшипника

Инструмент для измерения и диагностики:

Критичность:

Как предотвратить поломку электродвигателя?

Четыре стратегии успеха

В критических процессах на всех производственных предприятиях используются системы управления электродвигателями. Выход оборудования из строя может привести к высоким финансовым потерям, выражающимся как в расходах на замену электродвигателя или его деталей, так и в потерях от простоя оборудования.

Вооружение инженеров-технологов и техников необходимыми знаниями, распределение приоритетов рабочей нагрузки и управление профилактическим обслуживанием для мониторинга оборудования и устранения случайно возникающих, практически неуловимых проблем поможет в некоторых случаях избежать поломок из-за нормальных рабочих нагрузок системы и сократить общие потери из-за простоев.

Существуют четыре основные стратегии, которые можно использовать для восстановления или предотвращения преждевременных повреждений электродвигателя:

1. Документирование рабочего состояния, технических характеристик машины и допустимых диапазонов рабочих характеристик.
2. Измерение и документирование критически важных параметров при установке двигателя, до и после его обслуживания и на регулярной основе.
3. Создание архива измерений, облегчающего анализ тенденций и определение ступенчатых изменений состояния.
4. Планирование индивидуальных измерений для определения базовых тенденций. Любые изменения более чем на 10-20% (или любое другое значение в процентах, определяемое на основе характеристик или критичности вашей системы) должны исследоваться для выяснения причины возникновения проблемы.

Если вам нужна профессиональная консультация по анализу качества электроэнергии, просто отправьте нам сообщение!

Примеры оборудования:

13 распространенных причин неисправности электродвигателей

Что искать и как повысить время безотказной работы оборудования

В промышленности электродвигатели используются повсеместно, они становятся технически все сложнее, что часто может осложнять поддержание их работы на пике эффективности. Важно помнить, что причины неисправностей электродвигателей и приводов не ограничиваются одной областью специализации: они могут быть как механического, так и электрического характера. И только нужные знания разделяют дорогостоящий простой и продление срока службы.

Наиболее частые неисправности электродвигателей — повреждения изоляции обмоток и износ подшипников, возникающие по множеству разных причин. Эта статья посвящена заблаговременному обнаружению 13 наиболее распространенных причин повреждений изоляции и выхода из строя подшипников.

Качество электроэнергии

Переходное напряжение

Переходные напряжения могут происходить из множества источников как на самом предприятии, так и за его пределами. Включение и выключение нагрузки поблизости, батареи конденсаторов коррекции коэффициента мощности или даже погодные явления — все это может создавать переходные напряжения в распределительных сетях. Эти процессы с произвольной амплитудой и частотой могут разрушать или повреждать изоляцию обмоток электродвигателей. Обнаружение источника переходных процессов может оказаться сложной задачей, поскольку они происходят нерегулярно, а их последствия могут проявляться по-разному. Например, переходные процессы могут проявиться в контрольных кабелях и необязательно нанесут вред непосредственно оборудованию, но они могут нарушить его работу.

Воздействие: повреждение изоляции обмотки электродвигателя приводит к раннему возникновению неисправностей и незапланированному простою

Прибор для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II

Критичность: высокая

Асимметрия напряжений

Трехфазные распределительные сети часто питают однофазные нагрузки. Асимметрия сопротивления или нагрузки может быть причиной асимметрии напряжений на всех трех фазах. Возможные неисправности могут находиться в проводке электродвигателя, на клеммах электродвигателя, а также в самих обмотках. Эта асимметрия может вызывать перегрузки в каждой фазной цепи трехфазной сети. Одним словом, напряжение на всех трех фазах всегда должно быть одинаковым.

Воздействие: асимметрия является причиной сверхтоков в одной или нескольких фазах, которые вызывают перегрев и повреждение изоляции

Инструмент для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II

Критичность: средняя

Гармонические искажения

Проще говоря, гармоники — это любые нежелательные дополнительные высокочастотные колебания напряжения или тока, поступающие на обмотки электродвигателя. Эта дополнительная энергия не используется для вращения вала электродвигателя, а циркулирует в обмотках и в конечном итоге приводит к потере внутренней энергии. Эти потери рассеиваются в виде тепла, которое со временем ухудшает изолирующие свойства обмоток. Некоторые гармонические искажения формы тока являются нормой для систем, питающих электронную нагрузку. Гармонические искажения можно измерить с помощью анализатора качества электроэнергии, проконтролировав величины токов и температуры на трансформаторах и убедившись, что они не перегружены. Для каждой гармоники утвержден приемлемый уровень искажений, который регламентируется стандартом IEEE 519-1992.

Воздействие: снижение эффективности электродвигателя приводит к дополнительным расходам и увеличению рабочей температуры

Инструмент для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II

Критичность: средняя

Частотно-регулируемые приводы

Отражения на выходных ШИМ-сигналах привода

Частотно-регулируемые приводы используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления выходным напряжением и частотой питания электродвигателя. Отражения возникают из-за несогласованности полных сопротивлений источника и нагрузки. Несогласованность полных сопротивлений может произойти в результате неправильной установки, неправильного выбора компонентов или ухудшения состояния оборудования со временем. Пик отражения в цепи электропривода может достигать уровня напряжения шины постоянного тока.

Воздействие: повреждение изоляции обмотки электродвигателя приводит к незапланированному простою

Прибор для измерения и диагностики: Fluke 190-204 ScopeMeter®, 4-канальный портативный осциллограф с высокой частотой выборки.

Критичность: высокая

Среднеквадратичное отклонение тока

По своей сути среднеквадратичное отклонение тока — это паразитные токи, циркулирующие в системе. Среднеквадратичное отклонение тока образуется как результат частоты сигнала, уровня напряжения, емкости и индуктивности в проводниках. Эти циркулирующие токи могут выйти через системы защитного заземления, вызывая ложное размыкание или, в некоторых случаях, нагревание обмотки. Среднеквадратичное отклонение тока можно обнаружить в проводке электродвигателя, это сумма тока с трех фаз в любой момент времени. В идеальной ситуации сумма этих трех токов должна равняться нулю. Иными словами, обратный ток от привода будет равняться току, поступающему на привод. Среднеквадратичное отклонение тока можно также представить в виде асимметричных сигналов в нескольких проводниках, имеющих емкостную связь с заземляющим проводником.

Воздействие: произвольное размыкание цепи из-за прохождения тока по защитному заземлению

Прибор для измерения и диагностики: изолированный 4-канальный портативный осциллограф Fluke 190-204 ScopeMeter с широкополосными (10 кГц) токовыми клещами (Fluke i400S или аналогичные).

Критичность: низкая

Рабочие перегрузки

Перегрузка электродвигателя возникает, когда он работает под повышенной нагрузкой. Основными признаками перегрузки электродвигателя являются чрезмерное потребление тока, недостаточный крутящий момент и перегрев. Избыточное тепловыделение электродвигателя является главной причиной его неисправности. При перегрузке электродвигателя его отдельные компоненты — включая подшипники, обмотки и другие части — могут работать нормально, но электродвигатель будет перегреваться. Поэтому начинать поиски неисправности следует с проверки именно перегруженности электродвигателя. Поскольку 30 % всех неисправностей электродвигателей происходят именно из-за их перегруженности, важно понимать, как измерять и определять перегрузку электродвигателя.

Воздействие: преждевременный износ электрических и механических компонентов электродвигателя, ведущий к необратимому выходу из строя

Инструмент для измерения и диагностики: цифровой мультиметр Fluke 289

Критичность: высокая

Механические причины

Нарушение центрирования

Нарушение центрирования возникает при неправильном выравнивании вала привода относительно нагрузки или смещении передачи, которая их соединяет. Многие специалисты считают, что гибкое соединение устраняет и компенсирует смещение, тем не менее, гибкое соединение защищает от смещения только саму передачу. Даже с гибким соединением неотцентрированный вал будет передавать повреждающие циклические усилия по своей длине на электродвигатель, вызывая повышенный износ электродвигателя и увеличивая фактическую механическую нагрузку. Кроме того, нарушение центрирования может быть причиной вибрации валов как нагрузки, так и электропривода. Существует несколько типов нарушения центрирования:

• Угловое смещение: оси валов пересекаются, но не параллельны
• Параллельное смещение: оси валов параллельны, но не соосны
• Сложное смещение: сочетание углового и параллельного смещений. (Примечание: практически всегда нарушение центрирования является сложным, но практикующие специалисты рассматривают их как сумму составляющих смещений, поскольку устранять нарушение центрирования проще по отдельности — угловую и параллельную составляющие).

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: высокая

Дисбаланс вала

Дисбаланс — это состояние вращающейся детали, когда центр масс расположен не на оси вращения. Иными словами, когда центр тяжести находится где-то на роторе. Хотя устранить дисбаланс двигателя полностью невозможно, можно определить, не выходит ли он за рамки приемлемых значений, и предпринять меры для исправления ситуации. Дисбаланс может быть вызван различными причинами:

• скопление грязи;
• отсутствие балансировочных грузов;
• отклонения при производстве;
• неравная масса обмоток двигателя и другие факторы, связанные с износом.

Тестер или анализатор вибрации поможет определить, сбалансирован вращающийся механизм или нет.

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810

Критичность: высокая

Расшатанность вала

Расшатанность возникает из-за чрезмерного зазора между деталями. Расшатанность может возникать в нескольких местах:

• Расшатанность с вращением возникает из-за чрезмерного зазора между вращающимися и неподвижными частями машины, например, в подшипнике.
• Расшатанность без вращения возникает между двумя обычно неподвижными деталями, например, между опорой и основанием или корпусом подшипника и машиной.

Как и в случаях со всеми другими источниками вибрации, важно уметь определить расшатанность и устранить проблему, избежав убытков. Определить наличие расшатанности во вращающейся машине можно с помощью тестера или анализатора вибрации.

Bлияние: ускоренный износ вращающихся компонентов, вызывающий механические неисправности

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810

Критичность: высокая

Износ подшипника

Неисправный подшипник имеет повышенное трение, сильнее нагревается и имеет пониженную эффективность из-за механических проблем, проблем со смазкой или износа. Неисправность подшипника может быть следствием различных факторов:

• нагрузка, превышающая расчетную;
• недостаточная или неправильная смазка;
• неэффективная герметизация подшипника;
• нарушение центрирования вала;
• неправильная установка;
• нормальный износ;
• наведенное напряжение на валу

Когда неисправности подшипников начинают проявляться, это также вызывает каскадный эффект, ускоряющий выход двигателя из строя. 13 % неисправностей двигателя вызваны неисправностями подшипников, и более 60 % механических неисправностей на предприятии вызваны износом подшипников, поэтому важно знать, как устранять эти потенциальные проблемы.

Влияние: ускоренный износ вращающихся компонентов приводит к выходу подшипников из строя

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810

Критичность: высокая

Факторы, связанные с неправильной установкой

Неплотно прилегающее основание

неплотное прилегание основания Угловое неплотное прилегание основания Причина в основании Неплотное прилегание вызывается неровным монтажным основанием двигателя или приводимого в движение компонента или неровной монтажной поверхностью, на которой располагается монтажное основание. Данное состояние может создать неприятную ситуацию, при которой затяжка монтажных болтов на самом деле привносит новые нагрузки и нарушение центрирования. Неплотное прилегание опоры часто возникает между двумя диагонально расположенными крепежными болтами, как, например, в случае с неровным стулом или столом, которые раскачиваются по диагонали. Существуют два типа неплотного прилегания основания:

• Параллельное неплотное прилегание основания —возникает, когда одна монтажная опора расположена выше, чем три другие
• Угловое неплотное прилегание основания —возникает, когда одна из монтажных опор не параллельна или не перпендикулярна по отношению к монтажной поверхности.

В обоих случаях неплотное прилегание основания может быть вызвано неровностями в монтажной опоре механизма или в монтажном основании, на котором находится опора. В любом случае найти и устранить неплотное прилегание необходимо до центрирования вала. Качественный лазерный инструмент для центрирования может определить неплотное прилегание основания данной вращающейся машины.

Влияние: нарушение центрирования компонентов механического привода

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: средняя

Напряжение трубной обвязки

Натяжением трубной обвязки называется состояние, при котором новые нагрузки, натяжения и силы, действующие на остальное оборудование и инфраструктуру, передаются назад на двигатель и привод, приводя к нарушению центрирования. Наиболее часто встречающимся примером этого являются простые схемы с электродвигателем/насосом, когда что-то оказывает воздействие на трубопроводы, например:

• смещение в фундаменте; • недавно установленный клапан или другой компонент; • предмет, ударяющий, сгибающий или просто давящий на трубу; • сломанные или отсутствующие крепления для труб или настенная

арматура. Эти силы могут оказывать угловое или смещающее воздействие, что в свою очередь приводит к смещению вала двигателя/насоса. По этой причине важно проверять центрирование машины не только во время установки — точное центрирование является временным состоянием и может изменяться с течением времени.

Влияние: нарушение центрирования вала и последующие нагрузки на вращающиеся компоненты, приводящие к преждевременным неисправностям.

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: низкая

Напряжение на валу

Когда напряжение на валу электродвигателя превышает изолирующие характеристики смазки подшипника, происходит пробой на внешний подшипник, что вызывает точечную коррозию и образование канавок на дорожке качения подшипника. Первыми признаками проблемы являются шум и перегрев, возникающие по мере того, как подшипники теряют первоначальную форму, а также появление металлической крошки в смазке и увеличение трения подшипника. Это может привести к разрушению подшипника уже через несколько месяцев работы электродвигателя. Неисправность подшипника — это дорогостоящая проблема как с точки зрения восстановления электродвигателя, так и с точки зрения простоя оборудования, поэтому предотвращение этого посредством измерения напряжения на валу и тока в подшипниках является важной частью диагностики. Напряжение на валу присутствует только тогда, когда на двигатель подается питание, и он вращается. Угольная щетка, устанавливаемая на щуп, позволяет измерять напряжение на валу при вращении электродвигателя.

Влияние: дуговые разряды на поверхности подшипника вызывают точечную коррозию и образование канавок, что в свою очередь приводит к чрезмерной вибрации и последующей неисправности подшипника

Прибор для измерения и диагностики: изолированный 4-канальный портативный осциллограф Fluke-190-204 ScopeMeter, щуп AEGIS с угольными щетками для измерения напряжения на валу.

Критичность: высокая

Четыре стратегии для достижения успеха

Системы управления электродвигателями используются в важных процессах на заводах. Поломка оборудования может привести к большим финансовым потерям, связанным как с потенциальной заменой электродвигателя и его деталей, так и с простоем систем, зависящих от данного электродвигателя. Обеспечивая обслуживающих инженеров и техников необходимыми знаниями, определяя приоритеты работ и проводя профилактическое обслуживание для контроля оборудования и устранения трудно обнаруживаемых проблем, зачастую можно избежать неисправностей, вызванных рабочими нагрузками, и сократить потери от простоя.
Существуют четыре ключевые стратегии для устранения или предотвращения преждевременных поломок электродвигателя и вращающихся деталей:

1. Запись рабочих условий, технических характеристик оборудования и диапазонов допусков рабочих характеристик.
2. Регулярный сбор и запись критических измерений при установке, до и после технического обслуживания.
3. Созданиеархиваэталонныхизмеренийдляанализатенденцийиобнаружения изменения состояния.
4. Построениеграфиковотдельныхизмеренийдлявыявленияосновных тенденций. Любые изменения в линии тенденций более чем на +/- 10-20 % (или любую другую определенную величину, в зависимости от эксплуатационных характеристик или критичности системы) необходимо исследовать для выявления причин возникновения проблем.