Typické poruchy elektromotorů a způsoby jejich odstranění.

Nejčastější elektrické závady jsou krátké zkraty uvnitř vinutí motoru a mezi nimi zkraty vinutí k pouzdru, jakož i přerušení vinutí nebo vnějšího obvodu (napájecí vodiče a spouštěcí zařízení).

V důsledku výše uvedeného poruchy elektromotoru může nastat: nemožnost nastartovat elektromotor; nebezpečné zahřívání jeho vinutí; abnormální rychlost motoru; abnormální hluk (bručení a klepání); nerovnoměrnost proudů v jednotlivých fázích.
Mechanické příčiny, které způsobují narušení normálního provozu elektromotorů, jsou nejčastěji pozorovány při nesprávném provozu ložisek: přehřívání ložisek, únik oleje z nich a výskyt abnormálního hluku.

hlavní typy poruch v elektromotorech a důvody jejich vzniku.

Asynchronní elektromotor se nezapne (vyhoří pojistky nebo se spustí ochrana). Příčinou toho u motorů se sběracími kroužky mohou být zkratované polohy spouštěcího reostatu nebo sběracích kroužků. V prvním případě je nutné uvést spouštěcí reostat do normální (startovací) polohy, ve druhém zvednout zařízení, které zkratuje sběrací kroužky.

Rovněž je nemožné zapnout elektromotor kvůli zkratu v obvodu statoru. Zkratovanou fázi poznáte dotykem podle zvýšeného zahřívání vinutí (pocit je třeba udělat tak, že nejprve odpojíte elektromotor od sítě); vzhledem ke zuhelnatělé izolaci a také měřením. Pokud jsou fáze statoru zapojeny do hvězdy, pak se měří hodnoty proudů odebíraných ze sítě jednotlivými fázemi. Fáze se zkratovanými závity spotřebuje více proudu než nepoškozené fáze. Při zapojení jednotlivých fází do trojúhelníku budou proudy ve dvou vodičích připojených k vadné fázi větší než ve třetím, který je připojen pouze k nepoškozeným fázím. Při měření používejte snížené napětí.

Po zapnutí se asynchronní elektromotor nepohybuje. Důvodem může být přerušení jedné nebo dvou fází silového obvodu. Pro určení místa přerušení nejprve zkontrolujte všechny prvky obvodu napájejícího elektromotor (zkontrolujte neporušenost pojistek). Pokud během externí kontroly není možné detekovat přerušení fáze, provedou se potřebná měření pomocí meggeru. Proč je stator nejprve odpojen od napájecí sítě? Pokud jsou statorová vinutí zapojena do hvězdy, pak je jeden konec meggeru připojen k nulovému bodu hvězdy, načež se druhé konce vinutí dotknou postupně druhým koncem meggeru. Připojení meggeru na konec provozuschopné fáze poskytne nulový údaj, připojení k fázi, která má otevřený obvod, ukáže vysoký odpor obvodu, tj. přítomnost otevřeného obvodu v něm. Pokud je nulový bod hvězdy nepřístupný, pak se dva konce meggeru dotýkají všech svorek statoru v párech. Dotyk meggeru na konce dobrých fází ukáže nulovou hodnotu, dotyk konců dvou fází, z nichž jedna je vadná, bude vykazovat vysoký odpor, tj. přerušený obvod v jedné z těchto fází.

Pokud jsou vinutí statoru zapojena do trojúhelníku, je nutné vinutí v jednom bodě odpojit a poté zkontrolovat integritu každé fáze zvlášť.

Fáze, která má přestávku, je někdy detekována dotykem (zůstává studená). Pokud dojde k přerušení jedné z fází statoru během chodu elektromotoru, bude pokračovat v práci, ale začne hučet silněji než za normálních podmínek. Hledejte poškozenou fázi, jak je uvedeno výše.

Při provozu asynchronního motoru se vinutí statoru velmi zahřeje. Tento jev doprovázený silným hučením elektromotoru je pozorován při zkratu v jakémkoli statorovém vinutí a také při dvojitém zkratu statorového vinutí ke skříni.

Pracovní asynchronní elektromotor začal bzučet. Zároveň se snižuje jeho rychlost a výkon. Důvodem nefunkčnosti elektromotoru je výpadek jedné fáze.
Když je stejnosměrný motor zapnutý, nepohybuje se. Důvodem mohou být spálené pojistky, přerušení napájecího obvodu nebo přerušení odporu spouštěcího reostatu. Nejprve pečlivě zkontrolujte a poté zkontrolujte neporušenost specifikovaných prvků pomocí meggeru nebo zkušební lampy s napětím nepřesahujícím 36 V. Pokud není možné určit místo přerušení uvedenou metodou, přejděte ke kontrole celistvosti vinutí kotvy. Přerušení vinutí kotvy je nejčastěji pozorováno na přechodech komutátoru s sekcemi vinutí. Změřením úbytku napětí mezi kolektorovými deskami se zjistí místo poškození.

Dalším důvodem tohoto jevu může být přetížení elektromotoru. To lze zkontrolovat spuštěním elektromotoru naprázdno po jeho předchozím odpojení od hnacího mechanismu.

Při zapnutí DC motor přepálení pojistek nebo vypnutí maximální ochrany. Jedním z důvodů tohoto jevu může být zkratovaná poloha startovacího reostatu. V tomto případě se reostat přesune do normální výchozí polohy. Tento jev lze pozorovat i při příliš rychlém vytažení rukojeti reostatu, takže při opětovném zapnutí elektromotoru se reostat vytahuje pomaleji.

Když elektromotor běží, je pozorováno zvýšené zahřívání ložiska. Důvodem zvýšeného zahřívání ložiska může být nedostatečná vůle mezi čepem hřídele a pánví ložiska, nedostatečné nebo přebytečné množství oleje v ložisku (kontrola hladiny oleje), znečištění olejem nebo použití nevhodných druhů oleje. V posledních případech se olej vymění tak, že se ložisko nejprve promyje benzínem.
Při startování nebo během provozu elektromotoru se z mezery mezi rotorem a statorem objevují jiskry a kouř. Možným důvodem tohoto jevu může být dotyk rotoru se statorem. K tomu dochází při výrazném opotřebení ložisek.

Při provozu stejnosměrného motoru je pod kartáči pozorováno jiskření. Příčinou tohoto jevu může být nesprávný výběr kartáčů, slabý přítlak na komutátor, nedostatečně hladký povrch komutátoru a nesprávné umístění kartáčů. V druhém případě je nutné kartáče přesunout a umístit je na neutrální linii.

Při provozu elektromotoru jsou pozorovány zvýšené vibrace, které se mohou objevit například v důsledku nedostatečné pevnosti upevnění elektromotoru k základové desce. Pokud jsou vibrace doprovázeny přehřátím ložiska, indikuje to přítomnost axiálního tlaku na ložisko.

Tabulka 1. Poruchy asynchronních elektromotorů a způsoby jejich odstranění

Elektromotory jsou v průmyslu všudypřítomné a stávají se stále složitějšími, což může často ztěžovat jejich provoz při maximální účinnosti. Je důležité si uvědomit, že příčiny poruch v elektromotorech a pohonech nejsou omezeny na jednu oblast specializace: mohou být mechanické i elektrické povahy. A pouze správné znalosti vám ušetří nákladné prostoje a prodlouženou životnost.

Nejčastějšími poruchami elektromotorů jsou poškození izolace vinutí a opotřebení ložisek, ke kterým dochází z mnoha různých důvodů. Tento článek se zaměřuje na včasné odhalení 13 nejčastějších příčin selhání izolace a selhání ložisek.

Kvalita napájení

1. Přechodové napětí

Přechodná napětí mohou pocházet z různých zdrojů uvnitř i vně závodu. Zapínání a vypínání blízkých zátěží, kompenzačních kondenzátorů pro účiník nebo dokonce povětrnostní jevy mohou vytvářet přechodná napětí v distribučních sítích. Tyto procesy s libovolnou amplitudou a frekvencí mohou zničit nebo poškodit izolaci vinutí elektromotoru. Lokalizace zdroje přechodných jevů může být náročná, protože se vyskytují nepravidelně a jejich účinky se mohou projevovat různými způsoby. Například přechodové jevy se mohou objevit v ovládacích kabelech a nemusí nutně způsobit poškození samotného zařízení, ale mohou narušit jeho provoz.

Dopad: Poškození izolace vinutí motoru vede k časným poruchám a neplánovaným odstávkám.

Měřící a diagnostický přístroj: Třífázový analyzátor kvality elektrické energie Fluke 435-II.

Kritika: vysoký.

2. Asymetrie napětí

Třífázové distribuční sítě často dodávají jednofázové zátěže. Nesymetrie odporu nebo zátěže může způsobit nesymetrii napětí na všech třech fázích. Možné závady mohou být v kabeláži motoru, na svorkách motoru a také v samotných vinutích. Tato asymetrie může způsobit přetížení v každém fázovém obvodu třífázové sítě. Stručně řečeno, napětí na všech třech fázích by mělo být vždy stejné.

Dopad: asymetrie způsobuje nadproudy v jedné nebo více fázích, které způsobují přehřívání a poškození izolace.

Nástroj pro měření a diagnostiku: Třífázový analyzátor kvality elektrické energie Fluke 435-II.

Kritika: průměrný.

3. Harmonické zkreslení

Jednoduše řečeno, harmonické jsou jakékoli nežádoucí dodatečné vysokofrekvenční kolísání napětí nebo proudu vstupující do vinutí elektromotoru. Tato dodatečná energie se nevyužívá k otáčení hřídele motoru, ale cirkuluje ve vinutí a nakonec vede ke ztrátě vnitřní energie. Tyto ztráty jsou odváděny jako teplo, které časem zhoršuje izolační vlastnosti vinutí. Určité harmonické zkreslení v průběhu proudu je normální pro systémy napájející elektronické zátěže. Harmonické zkreslení lze měřit pomocí analyzátoru kvality energie sledováním proudů a teplot na transformátorech, aby bylo zajištěno, že nebudou přetíženy. Pro každou harmonickou je stanovena přijatelná úroveň zkreslení, která je regulována standardem IEEE 519-1992.

Dopad: Snížená účinnost motoru má za následek dodatečné náklady a zvýšenou provozní teplotu.

Nástroj pro měření a diagnostiku: Třífázový analyzátor kvality elektrické energie Fluke 435-II.

Kritika: průměrný.

Měniče s proměnnou frekvencí

4. Odrazy na výstupních PWM signálech měniče

Frekvenční měniče využívají k řízení výstupního napětí a frekvence napájení motoru pulzně šířkovou modulaci (PWM). K odrazům dochází v důsledku nesouladu mezi impedancí zdroje a zátěže. Nesoulad impedance může nastat v důsledku nesprávné instalace, nesprávného výběru komponent nebo poškození zařízení v průběhu času. Špička odrazu v budicím obvodu může dosáhnout úrovně napětí stejnosměrné sběrnice.

Dopad: Poškození izolace vinutí motoru vede k neplánovaným odstávkám.

Měřící a diagnostický přístroj: Fluke 190-204 ScopeMeter®, 4kanálový ruční osciloskop s vysokou vzorkovací frekvencí.

Kritika: vysoký.

5. Směrodatná odchylka proudu

V jádru jsou standardní odchylkou proudu parazitní proudy cirkulující v systému. Směrodatná odchylka proudu je tvořena jako výsledek frekvence signálu, úrovně napětí, kapacity a indukčnosti ve vodičích. Tyto cirkulující proudy mohou unikat přes ochranné uzemňovací systémy a způsobovat nepříjemné vypnutí nebo v některých případech zahřívání vinutí. Směrodatnou odchylku proudu lze nalézt v zapojení elektromotoru, jedná se o součet proudu ze tří fází v daném okamžiku. V ideální situaci by součet těchto tří proudů měl být nulový. Jinými slovy, zpětný proud z měniče se bude rovnat proudu vstupujícímu do měniče. Směrodatná odchylka proudu může být také reprezentována jako asymetrické signály v několika vodičích, které jsou kapacitně spojeny se zemnicím vodičem.

Dopad: svévolné otevření obvodu v důsledku průchodu proudu ochranným uzemněním.

Měřící a diagnostický přístroj: izolovaný 4kanálový ruční osciloskop Fluke 190-204 ScopeMeter se širokopásmovými (10 kHz) proudovými kleštěmi (Fluke i400S nebo podobný).

Kritika: nízký.

6. Pracovní přetížení

K přetížení motoru dochází, když pracuje při zvýšené zátěži. Hlavními znaky přetíženého motoru jsou nadměrný odběr proudu, nedostatečný točivý moment a přehřívání. Nadměrný vývin tepla z elektromotoru je hlavní příčinou selhání motoru. Při přetížení motoru mohou jednotlivé součásti motoru – včetně ložisek, vinutí a dalších částí – fungovat normálně, ale motor se přehřeje. Odstraňování problémů by proto mělo začít kontrolou, zda není elektromotor přetížen. Protože 30 % všech poruch motoru je způsobeno přetížením motoru, je důležité pochopit, jak měřit a určit přetížení motoru.

Dopad: předčasné opotřebení elektrických a mechanických součástí elektromotoru, vedoucí k nevratnému selhání.

Nástroj pro měření a diagnostiku: Digitální multimetr Fluke 289.

Kritika: vysoký.

Mechanické důvody

7. Nesouosost

K nesouososti dochází, když hnací hřídel není správně vyrovnán se zátěží nebo je vyosené ozubené kolo, které je spojuje. Mnoho odborníků se domnívá, že ohebný kloub eliminuje a kompenzuje nesouosost, nicméně ohebný kloub pouze chrání samotný převod před nesouosostí. I s pružným spojením bude hřídel mimo střed přenášet škodlivé cyklické síly podél své délky na motor, což způsobuje zvýšené opotřebení motoru a zvyšuje skutečné mechanické zatížení. Nesouosost může navíc způsobit vibrace hřídelí jak zátěže, tak elektrického pohonu. Existuje několik typů nesouososti:

• Úhlová nesouosost: Osy hřídelů se protínají, ale nejsou rovnoběžné.
• Paralelní offset: Osy hřídele jsou paralelní, ale ne koaxiální.
• Compound offset: kombinace úhlových a paralelních offsetů. (Poznámka: nesouosost je téměř vždy složitá, ale odborníci ji považují za součet složek posunutí, protože je snazší eliminovat nesouosost samostatně – úhlovou a paralelní složku).

Dopad: předčasné opotřebení součástí mechanického pohonu způsobující předčasné poruchy

Dopad: předčasné opotřebení součástí mechanického pohonu způsobující předčasné poruchy

Měřící a diagnostický přístroj: Laserový nástroj pro ustavení hřídele Fluke 830

Kritika: vysoký

8. Nevyváženost hřídele

Nevyváženost je stav rotující součásti, kdy těžiště není umístěno na ose rotace. Jinými slovy, když je těžiště někde na rotoru. Přestože je nemožné zcela odstranit nevyváženost motoru, můžete určit, zda je mimo přijatelné limity, a podniknout kroky k nápravě situace. Nerovnováha může být způsobena různými důvody:

• hromadění nečistot;
• nedostatek vyvažovacích závaží;
• odchylky ve výrobě;
• nestejná hmotnost vinutí motoru a další faktory spojené s opotřebením.

Tester vibrací nebo analyzátor vibrací pomůže určit, zda je rotační mechanismus vyvážený nebo ne.

Dopad: předčasné opotřebení mechanických součástí pohonu způsobující předčasné poruchy.

Měřící a diagnostický přístroj: Vibrační měřič Fluke 810.

Kritika: vysoký.

9. Uvolnění hřídele

K uvolnění dochází v důsledku nadměrné vůle mezi částmi. Uvolnění se může objevit na několika místech:

• K rotační vůli dochází v důsledku nadměrné vůle mezi rotujícími a stacionárními částmi stroje, jako je ložisko.
• Mezi dvěma normálně stacionárními částmi, jako je mezi podpěrou a základnou nebo ložiskovou skříní a strojem, dochází k neotočné vůli.

Stejně jako u všech zdrojů vibrací je důležité být schopen identifikovat uvolnění a opravit problém, aby nedošlo k poškození. Pomocí vibračního testeru nebo analyzátoru vibrací můžete určit, zda je v rotujícím stroji nějaká vůle.

Dopad: zrychlené opotřebení rotujících součástí způsobující mechanické poruchy

Měřící a diagnostický přístroj: Vibrační měřič Fluke 810

Kritika: vysoký

10. Opotřebení ložisek

Špatné ložisko má zvýšené tření, je teplejší a má sníženou účinnost v důsledku mechanických problémů, problémů s mazáním nebo opotřebení. Selhání ložisek může být důsledkem různých faktorů:

• zatížení přesahující návrhové zatížení;
• nedostatečné nebo nesprávné mazání;
• neúčinné těsnění ložisek;
• porušení centrování hřídele;
• nesprávná instalace;
• běžné opotřebení;
• indukované napětí na hřídeli.

Když se začnou vyskytovat poruchy ložisek, způsobí to také kaskádový efekt, který urychlí selhání motoru. 13 % poruch motoru je způsobeno poruchami ložisek a více než 60 % mechanických poruch závodu je způsobeno opotřebením ložisek, takže je důležité vědět, jak tyto potenciální problémy řešit.

Dopad: zrychlené opotřebení rotujících součástí vede k selhání ložisek

Měřící a diagnostický přístroj: Vibrační měřič Fluke 810

Kritika: vysoký

Faktory spojené s nesprávnou instalací

11. Volná základna

Základna je uvolněná Rohová základna je uvolněná Příčina základny Volné uložení je způsobeno nerovnou montážní základnou motoru nebo poháněné součásti nebo nerovným montážním povrchem, na kterém je montážní základna umístěna. Tento stav může vytvořit nešťastnou situaci, ve které utažení upevňovacích šroubů ve skutečnosti přináší nové zatížení a nesouosost. Mezi dvěma diagonálně umístěnými montážními šrouby se často vyskytuje uvolněná podpěra, například u nerovné židle nebo stolu, které se diagonálně houpou. Existují dva typy volné základny:

• Paralelní volná základna – nastane, když je jedna montážní podpěra umístěna výše než ostatní tři.
• Úhlová netěsnost základny – nastává, když jedna z montážních podpěr není rovnoběžná nebo kolmá k montážní ploše.

V obou případech může být uvolněná základna způsobena nepravidelnostmi v montážní podpěře mechanismu nebo v montážní základně, na které je podpěra umístěna. V každém případě je nutné před vystředěním hřídele najít a odstranit volné uložení. Kvalitní laserový vyrovnávací nástroj dokáže určit, zda je základna daného rotačního stroje uvolněná.

Dopad: nesouosost součástí mechanického pohonu

Měřící a diagnostický přístroj: Laserový nástroj pro ustavení hřídele Fluke 830

Kritika: střední

12. Napětí potrubí

Napětí potrubí je stav, kdy se nová zatížení, napětí a síly působící na zbytek zařízení a infrastruktury přenášejí zpět na motor a pohon, což má za následek nesouosost. Nejběžnějším příkladem jsou jednoduché obvody motoru/čerpadla, kde něco působí na potrubí, jako například:

• posun v základu;
• nedávno nainstalovaný ventil nebo jiný komponent;
• předmět narážející, ohýbaný nebo prostý tlak na trubku;
• zlomené nebo chybějící držáky na potrubí nebo na stěnu
  kování.

Tyto síly mohou způsobit úhlové nebo smykové efekty, které zase způsobí pohyb hřídele motoru/čerpadla. Z tohoto důvodu je důležité kontrolovat vyrovnání stroje nejen při instalaci – přesné vyrovnání je dočasný stav a může se časem změnit.

Dopad: nesouosost hřídele a následné zatížení rotujících součástí, což vede k předčasným poruchám.

Měřící a diagnostický přístroj: Laserový nástroj pro ustavení hřídele Fluke 830

Kritika: nízký

13. Napětí hřídele

Když napětí na hřídeli motoru překročí izolační vlastnosti maziva ložiska, dojde k poruše vnějšího ložiska, což způsobí tvorbu důlků a drážek v oběžné dráze ložiska. Prvními příznaky problému jsou hluk a přehřívání, ke kterému dochází, když ložiska ztrácejí svůj původní tvar, stejně jako výskyt kovových třísek v mazivu a zvýšené tření ložisek. To může vést k selhání ložisek již po několika měsících provozu elektromotoru.

Selhání ložisek je nákladným problémem jak při přestavbě motoru, tak při prostojích zařízení, takže předcházet tomu měřením napětí na hřídeli a proudu v ložisku je důležitou součástí diagnostiky. Napětí na hřídeli je přítomno pouze tehdy, když je motor pod napětím a otáčí se. Uhlíkový kartáč namontovaný na sondě umožňuje měřit napětí na hřídeli při otáčení elektromotoru.

Dopad: Jiskření na povrchu ložiska způsobuje pitting a tvorbu drážek, což následně vede k nadměrným vibracím a následnému selhání ložiska.

Měřící a diagnostický přístroj: Fluke-4-190 Izolovaný 204kanálový ruční osciloskop Scopemetr, napěťová sonda hřídele uhlíkových kartáčů AEGIS.

Kritika: vysoký.

Čtyři strategie úspěchu

Řídicí systémy elektromotorů se používají v kritických procesech v továrnách. Porucha zařízení může vést k velkým finančním ztrátám spojeným jak s případnou výměnou elektromotoru a jeho částí, tak s odstávkou systémů, které jsou na tomto elektromotoru závislé. Vybavením servisních techniků a techniků znalostmi, které potřebují, upřednostněním práce a prováděním preventivní údržby za účelem monitorování zařízení a nápravy těžko zjistitelných problémů lze často předejít poruchám způsobeným pracovní zátěží a snížit náklady na prostoje.
Existují čtyři klíčové strategie pro eliminaci nebo prevenci předčasných poruch motoru a rotujících součástí:

1. Zaznamenejte provozní podmínky, specifikace zařízení a rozsahy provozní tolerance.
2. Pravidelný sběr a záznam kritických měření během instalace, před a po údržbě.
3. Vytvořte archiv referenčních měření pro analýzu trendů a detekci změn stavu.
4. Graf jednotlivých měření identifikovat hlavní trendy. Jakákoli změna trendové linie o více než +/- 10-20 % (nebo jakákoli jiná specifikovaná hodnota v závislosti na provozních charakteristikách nebo kritičnosti systému) by měla být prozkoumána, aby se určila příčina problémů.

Zdroj: Společnost Fluke

Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki