13 běžných příčin selhání elektromotoru | Publikace.

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

Modifikace elektromotorů se od sebe liší, stejně jako jejich vady. Ne každou poruchu lze diagnostikovat testerem, ale ve většině případů je to docela možné.

Začátek opravy

Opravy začínají vizuální kontrolou: zda nejsou poškozené nějaké díly, zda je elektromotor zaplaven vodou, zda je cítit zápach spálené izolace atd. Vinutí v asynchronním motoru může shořet v důsledku zkratu mezi dvěma sousedními závity. Jednotka se přehřívá v důsledku přetížení a výskytu velkých proudů.

Spálená vinutí jsou často viditelná již při vizuální kontrole a v tomto případě budou jakákoli měření zbytečná. Pokud není možnost nápravy, je nutné vinutí demontovat a vyměnit za nová. Někdy je nutné elektromotor zkontrolovat důkladněji.

Nejprve je třeba prostudovat konfiguraci motoru, například jaká vinutí se používají. Všechny rotační stroje mají dvě části: stator a rotor.

Stejnosměrné motory mají:

• budicí vinutí, které je důležité pro vytváření magnetického pole. Umožňuje přeměnu mechanické energie na elektrickou a naopak;
• vinutí kotvy, které nese proudové zatížení a reguluje střídavý proud, aby se snížily ztráty vířením.

Střídavý motor se obvykle skládá ze dvou částí:

1. stator s cívkou pro vytvoření rotujícího magnetického pole;
2. rotor připojený k výstupní hřídeli a určený k vytváření druhého rotujícího magnetického pole.

Jak zkontrolovat integritu vinutí motoru?

Pomocí multimetru a několika šikovných nástrojů můžete zkontrolovat:

• asynchronní motory, jednofázové a třífázové;

• Stejnosměrné a střídavé kolektorové elektromotory;

• asynchronní motory s fázovým rotorem ve tvaru klece nakrátko.

Testování vinutí cívek

Existuje jednoduchý test, kterým se kontroluje stav cívky motoru. Ten se provádí měřením odporu vinutí, který se liší v závislosti na délce, tloušťce a materiálu drátu. Pokud je odpor příliš nízký, signalizuje to zkrat v izolaci mezi závity.

Můžete použít multimetr, ale je lepší to zkontrolovat meggerem, protože ten při kontrole odporu používá vyšší napětí. Tím se eliminují falešné hodnoty způsobené indukčností cívky motoru.

Zkouška ukazuje kvalitu izolace vodičů, která je určena odporem měřené součásti systému. Získané výsledky jsou porovnány s tabulkovými údaji o přípustných izolačních odporech kabelů do 1 kV, stanovenými v Pravidlech pro elektrické instalace (PUE). Na základě výsledků zkoušky lze předpovědět poruchu dříve, než k ní skutečně dojde. To umožňuje výrobní hale opravit nebo vyměnit zařízení během provozu.

Jak zkontrolovat cívku elektromotoru multimetrem, můžete vidět ve videu:

Diagnostika kotvy

Provozuschopnost elektromotoru lze také zkontrolovat pomocí digitálního speciálního testovacího zařízení pro kotvy E236. Za tímto účelem umístěte kotvu na hranol zařízení, které se poté připojí k síti.

Diagnostický proces zahrnuje následující kroky:

1. umístěte list pily rovnoběžně s drážkou zkoumaného dílu;
2. Držte kov jednou rukou a druhou pomalu otáčejte kotvou.

Pokud dojde ke zkratu mezi závity, pás umístěný v blízkosti drážky začne vibrovat a bude přitahován k mechanismu.

Vizuální ukázka kontroly kotvy je uvedena ve videu:

Pro rychlou kontrolu přerušení obvodů motoru můžete použít pracovní stojan se zdrojem stejnosměrného proudu, střídačem, digitálním voltmetrem, komparátorem napětí, světelným indikátorem a bzučákem přerušení.

Lze jej také použít k určení mezizávitových zkratů.

Závěr

Není vždy možné zakoupit drahé speciální přístroje. Proto je důležité vědět, jak zkontrolovat motor jednoduchým multimetrem, což je v domácnosti velmi užitečný elektrický měřicí přístroj. Nahrazuje mnoho samostatných nástrojů potřebných ke kontrole obvodů.

Video tutoriál o kontrole statoru, zda není poškozený, si můžete prohlédnout zde: