Вибрации на електрически машини с електромагнитен произход
Въпреки че природата на вибрациите от електромагнитен произход е обща за всички видове машини (сред които асинхронните електродвигатели имат най-сложния тип електромагнитно поле), характеристиките на процесите на взаимно преобразуване на електрическа и механична енергия и индивидуалните конструктивни характеристики както на типа, така и на всяка конкретна машина могат да окажат значително влияние върху естеството на нейната вибрация. В резултат на това диагностичните признаци на дефекти във веригата в различните видове машини могат да варират значително.
В електрическите машини има два основни вида възбуждащи сили от електромагнитен произход:
радиални сили, възникващи от времеви и пространствени промени в магнитното поле във въздушната междина между ротора и статора;
тангенциални сили, произтичащи от взаимодействието на магнитното поле с линейния токов товар на машината.
Природата на тези сили се определя от изменението на MMF на намотките и магнитната проводимост на въздушната междина на машините, т.е. индукция на магнитно поле и линеен ток в намотките на машината. В този случай електромагнитните сили могат да причинят значителни деформации на магнитната верига, вълнуващи пространствени колебания на статора и огъване на статорния пръстен, както и огъване на ротора. Източниците на електромагнитни сили са разпределени в пространството и нямат определена точка на приложение.
При проектирането на електрически машини разпределението на електрическите и магнитните сили и потоци по веригите се търси да бъде пространствено симетрично. Техният принос към общата вибрация на машините в добро състояние в повечето случаи е малък.
Основното влияние върху естеството на вибрациите се оказва от нивата на технологията за производство на електрическа машина, монтаж (ремонт) и характеристики на работа. Лошо качество на първите двефактори могат да доведат до асиметрия на електрически и магнитни вериги, с преход към нелинейни участъци от кривата на намагнитване в различни режими на работа на машината, както и проява на нелинейност на съпротивлението на магнитните вериги. Например, отклонения във формата на статора и ротора, несъосност на лагерите (опори) и други производствени и монтажни дефекти, които причиняват статичен и динамичен ексцентрицитет (т.е. неравномерна въздушна междина), могат да доведат до значителна магнитна асиметрия и промяна в природата на вибрациите. От друга страна, параметрите на вибрациите на машината могат значително да зависят от условията на работа (например броят на ЕМ стартовете) и качеството на мрежовото напрежение.
При диагностициране на дефекти, съпроводени с повишена вибрация на електрически машини, първо трябва да се установи дали причината е електромагнитна или механична. Не винаги е възможно да се направи ясна граница между последното: пукнатина в роторния прът на AED може да доведе до неговото локално нагряване и в резултат на това до термичен дисбаланс (в този случай основната причина е дефект от електрически произход).
В електромеханичните системи, особено при наличие на електромагнитни и механични дефекти, едновременното съществуване и взаимодействие на различни сили, причиняващи вибрации, може да доведе до сложни вибрационни сигнали: модулация и удари.
Процесите на модулиране на трептенията и ударите в електрическите машини (включително ако са причинени от електромагнитни дефекти) носят много информация за тяхното техническо състояние. Наличието на тези процеси, които по определен начин променят формата на вибрационния сигнал, води до появата на характерни особености, които в много случаи лесно се определят визуално.
Според формата на вълната на вибрациите, особенополихармонични, много трудно се различават удари от модулация, т.е. класифицира електромагнитните машинни дефекти. По принцип обаче това не се изисква: видът на неизправността може да бъде изяснен чрез спектрален и други видове анализ. Обикновено в процеса на вибрационен мониторинг на състоянието на оборудването, когато се измерват и съхраняват данни от измерванията на вибрациите, е необходимо да се сведе до минимум честотната разделителна способност на спектъра, за да се спести паметта на колектора на данни, паметта на дисковото устройство на компютъра и да се ускорят процесите на събиране и обработка на информация. Това често води до факта, че на графиката на спектъра (например по време на модулация) страничните честоти се сливат с компонента на носещата честота в една спектрална линия, което понякога затруднява разпознаването на някои електрически дефекти. Подобна ситуация възниква при бийтовете. Често, особено ако вълните на вибрациите не се записват и анализират по време на процеса на наблюдение, това води до факта, че електрическите дефекти не се откриват навреме.
Въпреки това, ако се запише форма на вълната на вибрация, дори с бегъл поглед, анализаторът може лесно да открие признаци на модулация или удари и след това е лесно да се приложи спектрален анализ с висока честота или друг специален анализ на сигнала, за да се определи специфичен дефект.
Винаги трябва да се помни, че ударите в електромеханичните системи могат да бъдат свързани не само с електромагнитни дефекти.
Например, два електрически мотора, особено тези, разположени на една и съща основа, могат да имат сходни скорости на ротора, което води до удари от чисто механичен произход. Друг пример: на един от компресорните модули със скорост на компресора, близка до петата хармонична честотавъртене на ЕМ ротора, имаше признаци на удари, причинени от неуспешния дизайн на устройството. Модулацията е характерна за редица дефекти на зъбни колела, някои дефекти в търкалящи лагери и др.
Вярно е, че за машини в добро техническо състояние, за разлика от тези с електрически дефекти, промяната в големината на електрическия ток в намотките с промяна в натоварването по принцип не променя нивата на електромагнитни вибрации.
Вибрациите от електромагнитен произход имат общо свойство: нивото им рязко спада, когато машината е изключена от мрежата в момента на започване на спиране, особено спиране под товар. Стойността на вибрационния скок по отношение на първоначалната му стойност показва "приноса" на механичните и електромагнитните дефекти към общата стойност на вибрациите.
Това е илюстрирано от примера, показан на фиг. 10 - 03. На формата на кривата на вибрационния сигнал със стрелка 1 е отбелязан моментът на изключване на захранването на асинхронния ЕМ (по-нататък АЕМ). На спектъра на вибрациите, получен преди изключване на захранването на AED, със стрелка 2 е отбелязана вибрационната компонента на електрическия дефект, с която стойност вибрацията е намаляла в момента на изключване на захранването. На фрагмента от кривата на вибрационния сигнал група от стрелки 3 маркира вибрацията преди изключване на захранването: три последователни максимума имат признаци на биене (амплитудата се колебае), група стрелки 4 маркира вибрацията след изключване на захранването: вибрацията намаля, признаците на биене изчезнаха (амплитудата на максимумите е приблизително еднаква).
В случай на дефекти от електромагнитен произход, при липса на други дефекти на машината, нивото на случайни вибрации (компонент на шум) практически не се променя, а високочестотните хармонични компоненти като правило имат относително малки стойности.
В текущата главаРазгледани са някои примери за вибрации от електромагнитен произход, свързани с ротора и статора на машината, които могат да бъдат причинени от следните най-чести причини:
асиметрия на електрически вериги (ротор и/или статор) на машината;
асиметрия и нелинейност на магнитните вериги (ротор и/или статор) на машината;
лошо качество на захранването.
Характеристичните честоти на компонентите на вибрациите, възникващи от различни дефекти в електрическите машини, са дадени в таблица 10-1.