Диагностика электродвигателя: какие методы что показывают

Электродвигатель диагностируют несколькими методами, и каждый видит свою группу дефектов. Вибрация и ультразвук показывают механику и подшипники, термография показывает нагрев, анализ тока и напряжения (MCSA/ESA) видит и механические, и электрические дефекты на работающей машине, а анализ цепи двигателя (MCA) и мегаомметр проверяют обмотки на остановленном двигателе.

Сводная таблица: метод, дефекты, ограничения

Метод	Режим	Какие дефекты видит	Ограничения
Слух, стетоскоп	Работа	Свист при недостатке смазки, рокот и стук при загрязнении или повреждении подшипника	Ранний дефект не слышен; субъективно
Температура, термография	Работа	Перегрев подшипников, ослабленные электрические соединения, перегрев узлов, механическое трение	Показывает следствие, а не причину
Вибродиагностика	Работа	Дисбаланс, несоосность, ослабление, дефекты подшипников, электрические дефекты на удвоенной частоте сети, обрыв стержней ротора	Нужен доступ к корпусу и датчик на каждой точке; на тихоходных машинах сигнатуры дефектов слабые
Ультразвук	Работа	Трение и удары в подшипниках, недостаток и избыток смазки	Нужна базовая линия на каждую машину
Анализ тока и напряжения (MCSA/ESA)	Работа	Стержни ротора, эксцентриситет, подшипники, дисбаланс, несоосность, проблемы нагрузки, асимметрия и качество питания	Нужна рабочая нагрузка: дефекты ротора проявляются сильнее при большей нагрузке
Анализ цепи двигателя (MCA)	Отключён	Дефекты обмоток, межвитковые замыкания, замыкания на землю, деградация изоляции, дефекты кабеля, проблемы ротора	Двигатель нужно остановить и обесточить
Мегаомметр	Отключён	Состояние изоляции обмотки относительно корпуса	По Artesis, пропускает межвитковые замыкания и часть дефектов изоляции
Анализ масла	Пробы	Износ, загрязнение и деградация масла в подшипниках с жидкой смазкой	Только для узлов с масляной смазкой

Источники по каждой строке приведены ниже в разделах и в конце статьи.

Вибродиагностика

Вибрация остаётся основным методом для механики. Руководство SKF по спектральному анализу перечисляет, что видно в спектре двигателя:

• Механика: дисбаланс, несоосность, механическое ослабление, дефекты подшипников.
• Статор: эксцентриситет статора, замкнутые листы стали, ослабленное железо статора. Эти дефекты дают высокую составляющую на удвоенной частоте сети (100 Гц при 50 Гц).
• Ротор: сломанные или треснувшие стержни ротора дают боковые полосы с частотой прохождения полюсов вокруг частоты вращения и её гармоник.

Для подшипников SKF рекомендует огибающую ускорения: общий уровень вибрации показывает их только на поздних стадиях. Общий уровень оценивают по ГОСТ Р ИСО 10816-3, нормы приведены в статье «Нормы вибрации электродвигателя по ISO 10816-3». Как найти дефекты по спектру, описано в статье «Как читать спектр FFT».

Ограничение, которое отмечает Artesis: на тихоходных машинах сигнатуры дефектов в вибрации слабые.

Ультразвук

SDT указывает, что ультразвук фиксирует трение, удары и турбулентность раньше других технологий контроля состояния. Для двигателя это прежде всего подшипники: рост уровня над базовой линией показывает и проблемы смазки, и начало разрушения. Пороги SDT и порядок замера разобраны в статье «Как проверить подшипник электродвигателя без разборки». Этот же метод позволяет смазывать подшипники по состоянию, а не по календарю.

Температура и термография

По Artesis, инфракрасный контроль выявляет ослабленные электрические соединения, перегрев компонентов и механическое трение. Для подшипников SKF перечисляет причины перегрева: ошибки смазки, недостаточный внутренний зазор, неправильная нагрузка, трение уплотнений. Температура хорошо подходит для обхода: быстро, без контакта. Но она показывает, что что-то греется, а почему, нужно выяснять другими методами. Пример применения тепловизора на вспомогательном оборудовании: статья «Тепловизионный контроль вспомогательного оборудования ТЭЦ и ГОК».

Анализ тока и напряжения (MCSA и ESA)

Анализ тока (MCSA) не требует датчиков на двигателе: токовые клещи ставят на питающий кабель. Artesis объясняет принцип так: любая асимметрия внутри машины искажает её магнитное поле, и это искажение появляется в токе статора в виде боковых полос около частоты питания. По Artesis, метод выявляет:

• повреждение стержней ротора;
• статический и динамический эксцентриситет;
• дефекты подшипников (по частотам, связанным со скоростью ротора и геометрией подшипника);
• дисбаланс и несоосность;
• проблемы нагрузки.

ESA добавляет к току анализ напряжения. В брошюре Artesis AMT Pro покрытие дефектов включает ослабление фундамента и деталей, дисбаланс и несоосность, дефекты передачи и приводимого оборудования, подшипники, ротор, статор и изоляцию, а также параметры питания: асимметрию напряжения и тока, гармоники, коэффициент мощности.

Главное ограничение: MCSA лучше работает под нагрузкой, близкой к рабочей. Artesis указывает, что чем выше нагрузка, тем больше скольжение и тем заметнее боковые полосы от дефектов ротора. Подробное сравнение с вибрацией: статья «ESA, MCSA и вибродиагностика». Разбор типичных дефектов, которые находит ESA: статья «5 типичных дефектов электродвигателей».

Анализ цепи двигателя (MCA) и мегаомметр

Эти методы работают на остановленном и обесточенном двигателе. По Artesis, анализ цепи двигателя измеряет сопротивление, индуктивность, импеданс и фазовый угол, проверяет всю систему вместе с кабелем и соединениями и выявляет дефекты обмоток, неисправности кабеля и проблемы ротора, в том числе межвитковые замыкания, замыкания на землю и деградацию изоляции. Тест занимает меньше трёх минут.

Мегаомметр проверяет сопротивление изоляции обмотки относительно корпуса. Это привычная базовая проверка, но, как указывает Artesis, межвитковые замыкания и часть дефектов изоляции она пропускает. Допустимые значения сопротивления изоляции задают стандарты и производитель двигателя; в этой статье мы их не приводим.

Анализ масла

Для двигателей с подшипниками на жидкой смазке полезен анализ масла. По Artesis, он показывает металлы износа, загрязнение и химическую деградацию смазки и выявляет отказы подшипников. Подробнее о методе: статья «Анализ масла: трибодиагностика».

Как сочетать методы

1. Обход по маршруту: ультразвук, вибрация и температура подшипников с постоянным интервалом. Это основа контроля механики.
2. Анализ тока и напряжения: на двигателях, к которым трудно подойти, и там, где нужны электрические дефекты ротора и статора.
3. MCA и мегаомметр: при плановых остановках, после ремонта и перед пуском двигателя после долгого простоя.
4. Онлайн-мониторинг: на критичных машинах, где отказ останавливает участок. Что это даёт, разобрано в статье «Мониторинг электродвигателей: что это».
5. Тренд важнее одного замера: решение принимают по изменению показаний относительно базовой линии.

Чем диагностировать

Для анализа тока и напряжения на работающем двигателе подходит портативный тестер Artesis AMT Pro: подключается к трёхфазному питанию, тест занимает 7 минут, обнаруживает механические и электрические дефекты, в том числе дефекты ротора. Для маршрутного контроля подшипников ультразвуком и вибрацией подходит SDT340: ультразвуковой канал 20–50 кГц, вибрационный 10 Гц – 10 кГц, встроенные ИК-термометр и тахометр.

KEG TRK поставляет тестеры электродвигателей Artesis и ультразвуковые детекторы SDT в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• Artesis. What is Condition Monitoring? A Technical Overview. https://artesis.com/condition-monitoring/
• Artesis. Motor Current Signature Analysis. https://artesis.com/motor-current-signature-analysis/
• Artesis. AMT Pro brochure, раздел Fault Coverage (PDF на странице прибора Artesis AMT Pro).
• SKF. Spectrum Analysis: the key features of analyzing spectra (J. Mais), разделы 12 «Electrical problems» и 13.1 «Multi-parameter monitoring». https://cdn.skfmediahub.skf.com/api/public/0901d1968024acef/pdf_preview_medium/0901d1968024acef_pdf_preview_medium.pdf
• SKF USA Inc. Bearing Installation and Maintenance Guide, раздел «Troubleshooting». https://cdn.skfmediahub.skf.com/api/public/0901d1968024f02a/pdf_preview_medium/0901d1968024f02a_pdf_preview_medium.pdf
• SDT Ultrasound Solutions. Mechanical Condition Monitoring. https://sdtultrasound.com/applications/mechanical-condition-monitoring/
• Карточки приборов KEG TRK: Artesis AMT Pro, SDT340.