מָבוֹא
ניטור מצב הוא כלי רב ערך לאיתור תקלות וניתוח תקינות המנועים. מנועים נמצאים בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים שונים ויכולים להיתקל בבעיות רבות לאורך זמן. בעיות אלו עלולות להוביל לירידה ביעילות, לעלייה בעלויות התחזוקה ולכשל במנוע אם לא מטפלים בהן באופן מיידי. ניטור מצב עוזר לזהות תקלות אלו בשלב מוקדם, מאפשר תחזוקה בזמן ומניעת תקלות יקרות. ניטור מצב הוא גם בעל ערך כדי להבטיח שהמנועים פועלים במצב המונע התפתחות תקלות חשמליות.
מכיוון שמנועים הם גם חשמליים וגם מכניים בתכנון, שני סוגי התקלות נפוצים. אי הבנה נפוצה היא שניטור רעידות יכול לקלוט רק פגמים הקשורים במנוע ושהניטור החשמלי יכול לקלוט רק תקלות הקשורות לחשמל במנוע. במציאות, קיימת חפיפה בטכניקות אלו לזיהוי תקלות הקשורות למנוע עקב עקרונות העבודה הפיזיים של מנוע.
מטרת מאמר זה היא לסכם תקלות הקשורות לחשמל של מנועים, כיצד לזהות תקלות אלו ושיטות מניעה.
עקרונות תפעול מוטוריים
כדי להבין טוב יותר תקלות חשמליות במנוע, יש כמה עקרונות מפתח סביב תפקוד המנוע שצריך להבין. זה בעיקר במקרה של מנוע אינדוקציה שבו מהירות הסיבוב של השדה המגנטי המושרה (מוגדר על ידי תדירות הקו החשמלי ומספר קטבי המנוע) שונה ממהירות הסיבוב המכנית של המנוע. להלן הגדרות אלו:
- תדירות קו: תדר הקו הוא התדר של זרם החילופין (AC) המסופק למנוע האינדוקציה על ידי רשת החשמל. ברוב האזורים, תדר הקו הסטנדרטי הוא 50 הרץ או 60 הרץ.. תדר הקו קובע את הקצב שבו השדות המגנטיים בפיתולי הסטטור מחליפים קוטביות מתחלפת, אשר, בתורו, משרה זרמים ברוטור לייצר מומנט וסיבוב.
- מספר עמודי מנוע: מספר הקטבים במנוע אינדוקציה משפיע ישירות על מאפייני הפעולה והביצועים שלו. למנועים בעלי קוטב גבוה יותר יש מהירויות סינכרוניות נמוכות יותר ויכולות מומנט גבוהות יותר. מנועים 2 ו-4 קוטבים הם הנפוצים ביותר.
- מהירות סינכרונית מנוע: המהירות הסינכרונית של מנוע מתייחסת למהירות הסיבוב התיאורטית של השדה המגנטי של המנוע שנוצר על ידי פיתולי הסטטור. הוא נקבע על פי תדירות זרם החילופין (AC) המסופק למנוע ומספר הקטבים המגנטיים במנוע.
המהירות הסינכרונית (Ns) של מנוע AC ניתנת על ידי הנוסחה הבאה:
Ns = (120 *f) / P
אֵיפֹה:
Ns = מהירות סינכרונית בסיבובים לדקה (RPM)
f = תדר קו בהרץ (הרץ)
P = מספר הקטבים במנוע
- מהירות הרוטור: מהירות הסיבוב המכנית של הרוטור והציר. זה תמיד מפגר את המהירות הסינכרונית עבור מנועי אינדוקציה. עבור מנועי מגנט קבוע, זה שווה למהירות הסינכרונית.
- תדירות החלקה: תדירות החלקה היא ההבדל בין המהירות הסינכרונית של השדה המגנטי המסתובב בסטטור לבין המהירות האמיתית של הרוטור. החלקה מחושבת לעתים קרובות גם כאחוז (יחס בין מהירות ההחלקה למהירות הסינכרונית) אך עבור מאמר זה אנו מתמקדים בתדר ההחלקה מכיוון שהוא משמש בקביעת תדירות מעבר המוט.
ניתן לחשב את תדירות החלקה (F_s) באמצעות הנוסחה הבאה:
F_s = (Ns - Nr)
אֵיפֹה:
Ns = מהירות סינכרונית (בסיבובים לדקה או בסל"ד)
Nr = מהירות הרוטור (בסל"ד)
- תדירות מעבר מוט: תדירות מעבר הקוטב היא התדירות שבה השדות המגנטיים המתפתלים הסטטור "חולפים" זה את זה כשהרוטור מסתובב. זה פונקציה הן של תדירות הקו והן של מספר הקטבים במנוע.
ניתן לחשב את תדירות מעבר הקוטב (F_p) באמצעות הנוסחה הבאה:
F_p = F_s * P
אֵיפֹה:
F_s = תדירות החלקה
P = מספר הקטבים
- תדירות מעבר סרגל רוטור: ה תדר שנוצר בהתבסס על מספר מוטות הרוטור במנוע ומהירות הרוטור. לעתים קרובות קשה להשיג זאת בהתבסס על הקושי בקביעת מספר מוטות הרוטור במנוע, אך הוא בדרך כלל בתדרים הגבוהים יותר.
ניתן לחשב את תדירות מעבר מוט הרוטור (F_rb) באמצעות הנוסחה הבאה:
F_rb = #rb * מס'
אֵיפֹה:
#rb = מספר מוטות הרוטור של המנוע
Nr = מהירות הרוטור
היכולת לזהות תקלות חשמליות במנוע מסתמכת על מגמה בטוחה של רמות המשרעת של תדרים אלה.
היתרון של חישת שטף מגנטי של מנוע
מההגדרות לעיל, ברור למדי שחישוב ומגמת ערכי תדר אלה עבור כל מדגם מוטורי יכולים להיות די גוזלים זמן. זה נכון במיוחד עבור מנועי אינדוקציה עם מהירויות ועומסים משתנים. על ידי חישת השטף המגנטי של המנוע, ניתן לקבוע את תדר הקו. במקביל, ניתן לקבוע את מהירות הרוטור מנתוני מד התאוצה. כאשר 2 המשתנים הללו מוגדרים, ניתן להשיג בקלות את שאר התדרים ולנתח אותם לפיתוח תקלות.
סוגי תקלות חשמליות במנוע
תקלות חשמליות במנוע מסווגות בדרך כלל כתקלות הקשורות לרוטור או תקלות הקשורות לסטטור. זה נובע בעיקר מהחתימות התקלות שלהם וסיבות השורש. התקלות הנפוצות והחתימות שלהן מתוארות להלן.
תקלות הרוטור מתמקדות סביב פגמים של מוט רוטור אחד או מרובים, או אקסצנטריות של הרוטור. בעת אבחון אקסצנטריות הרוטור, התדרים הקריטיים לבדיקה הם כפולות של RPM של הרוטור (1X, 2X, 3X, 4X, 5X) עם פסי צד המרווחים פי 2 מתדר הקו.
אקסצנטריות רוטור
עבור בעיות בסרגל הרוטור, התדרים הקריטיים הם כפולות של תדר מעבר סרגל הרוטור (1X, 2X) עם פסי צד המרווחים פי 2 מתדר הקו או פי 2 מתדר מעבר הקוטב.
פגמים בבר רוטור
תקלות הסטטור הנפוצות ביותר הן אקסצנטריות סטטור, למינציות קצרות או חיבורים רופפים. אקסצנטריות סטטור ולמינציות קצרות נמצאות עם אמפליטודות גבוהות ב-2X מתדר הקו. הם גם מאוד כיווניים בגלל פער אוויר לא אחיד.
אקסצנטריות סטטור, למינציות קצרות
חיבורים רופפים מציגים את עצמם כבעיית פאזינג ויש להם רטט גבוה בפי 2 מתדר הקו עם מרווח פסי צד ב-⅓ מתדר הקו.
חיבורים רופפים או שבורים
דבר שחשוב לציין הוא שהתקלות הללו מזוהות עם רטט ונקלטות על ידי מד התאוצה. חיישן השטף המגנטי מאפשר ערך מהיר ומדויק של תדר הקו כדי לזהות את התדרים הללו ולאתר את התקלה. כמו כן, חשוב להזכיר שלעומס המנוע יש תפקיד חשוב בזיהוי תקלות אלו. עומס מנוע גבוה יותר יוצר שדה מגנטי חזק יותר שגורם לכוחות הלא אחידים שגורמים לרטט.
שיטות זיהוי נוספות
מלבד ניטור רעידות, ישנן שיטות נוספות לגילוי תקלות חשמליות במנועים. השיטה הידועה ביותר היא ניתוח מעגלים מוטוריים (MCA) שהיא בדיקה שנעשתה עם המנוע במצב לא מקוון המשמש לזיהוי תקלות שונות כמו אובדן בידוד. שיטות נוספות כגון ניתוח חתימות חשמליות (ESA) וניתוח חתימות זרם מנוע (MCSA) יכולות להיעשות באופן מקוון ולהשתמש בנתונים מהמתח, הזרם או שניהם כדי לזהות תקלות.
שיטות אלו בעלות ערך רב כאשר תקלות מנוע מתפתחות עקב בעיות באיכות החשמל. הם יכולים בדרך כלל לזהות תקלות חשמליות בשלב מוקדם יותר. סיכום של שיטות אלה מוצג בטבלה שלהלן.
| MCA | ESA | MCSA |
|---|
מטרה עיקרית | בדוק את המעגלים החשמליים ומערכת הבידוד של מנוע חשמלי, חפש בעיקר בעיות הקשורות להתמוטטות בידוד או זיהום. | נתח את הבריאות החשמלית והמכאנית של ציוד מסתובב. בעל יכולת לזהות כמה תקלות מכניות בחתימה החשמלית | מכוון ספציפית למנועים חשמליים ולתקלות חשמליות על ידי ניתוח דפוסי החתימה הנוכחיים. |
לא מקוון/מקוון | דורש מעגל מנוע במצב לא מקוון | מחייב את פעולת המנוע | מחייב את פעולת המנוע |
מתח נמדד | כן (לבדיקת בידוד) | כֵּן | לא (ניתוח נוכחי בלבד) |
נמדד זרם | כֵּן | כֵּן | כֵּן |
כלי שימושי נוסף לניטור חיזוי מוטורי הוא הדמיה תרמית. הרעיון העיקרי כאן הוא לקבוע אם המנוע פועל בטמפרטורות גבוהות ולחפש נקודות חמות פוטנציאליות. נקודות חמות מקומיות עלולות להצביע על קצרים חלקיים בסטטור המנוע. דוגמה לכך מובאת להלן.
היתרון הסמוי של ניטור רציף
תקלות חשמליות במנוע אינן מזוהות לעתים קרובות עד שמגיעים לנקודת הכשל. ברגע שזה קורה המנוע מוחלף ובשל המורכבות שלהם הם לרוב לא מפורקים כדי לקבוע את שורש הכשל. זה יכול להוביל לכשלים חוזרים ונשנים ולבעיות כרוניות.
ניטור מצב עוזר למנוע זאת על ידי מתן נתונים רציפים עבור המשתנים המשפיעים על בריאות המוטורית. ניטור טמפרטורות המנוע מבטיח שלא מתרחשת פגיעה בבידוד. זה נכון גם לבלאי מיסבים שעלול להוביל לחוסר עקביות במרווח האוויר ובמקרים מסוימים למגע בין הרוטור לסטטור. מידע נוסף זה יכול לעזור להסיק את הסיבות העיקריות להתפתחות תקלות. זה מאפשר מעבר מיקוד מניתוח גורם שורש לאחר המוות לניתוח תקלות שורש אשר ממקסם את חיי הנכס ומגדיל מאוד את האמינות ומפחית את עלויות התחזוקה הכוללות.
סיבות שורש נפוצות לתקלות חשמליות במנוע
איתור תקלות חשמליות במנוע ועבודות תיקון סביב תקלות אלו יכולות לספק עלייה מהירה באמינות על ידי העברת עבודה מתקלה לא מתוכננת לתיקון מתוכנן. עלייה זו באמינות לרוב אינה מתממשת בתקציב התחזוקה. על מנת לצמצם את הוצאות התחזוקה, חשוב להבין את הסיבות השורשיות להתפתחות תקלות ולהגדיר תוכנית למזער אותן. להלן טבלה עם גורמי השורש האופייניים הקשורים לתקלות שנדונו קודם לכן.
תקלות חשמל במנוע | סיבות שורש נפוצות |
|---|
אקסצנטריות של הרוטור | - חלוקת עומס לא אחידה על הרוטור. |
- חוסר יישור בין הרוטור לציר. |
- פגמי נושא או בלאי. |
פגמים בבר רוטור | - עומס יתר או התחלות/עצירות תכופות. |
- טמפרטורה מופרזת המובילה לכשל בידוד הבר. |
- רעידות או מתחים מכניים הגורמים לשבירת מוט. |
אקסצנטריות סטטור | - חוסר יישור בין הסטטור לבית. |
- עיוות מסגרת מנוע עקב כף רגל רכה. |
- פער אוויר לא אחיד עקב בעיות ייצור או הרכבה. |
למינציות מקוצרות | - התחממות יתר הנגרמת על ידי טמפרטורת מנוע גבוהה. |
- התנעה ועצירה מוגזמת המובילה ללחצים תרמיים. |
- פגמי מיסבים הגורמים ללחץ מכני על למינציות. |
- זיהום בידוד. |
הפסקות שבורים או רופפים | - רעידות או מתחים מכניים עקב חוסר יישור או פגמים במסבים. |
- רכיבה תרמית הגורמת להתרחבות/התכווצות חיבורים. |
- זרמים חשמליים גבוהים המובילים לייצור חום ולהחלשת חיבורים. |
מובן מאליו שעבודות ייצור ותיקון מנועים הן גם גורם שורש שכיח מאוד לתקלות חשמליות במנוע. תיקון מנוע הוא תהליך מורכב ומסובך הדורש כמות ניכרת של בקרת איכות. מסיבה זו קיימות עמותות שונות המסייעות בזיהוי חנויות תיקונים מכובדות. אחד מארגוני ההסמכה הידועים ביותר לעבודות תיקון מנוע הוא EASA. בחירת חנות תיקונים המוסמכת על ידי EASA יכולה לסייע רבות בהשגת עבודת תיקון אמינה. יתרון נוסף של ניטור מתמשך הוא זיהוי עבודות תיקון לקויות ומציאת מקרים אלו של תמותת תינוקות.
תַקצִיר
ניטור מצב לאיתור תקלות חשמליות במנוע יכול להיות מועיל בקביעת תקינות המנוע. זיהוי תקלות אלו דורש הבנה של תדרים מרובים שנוצרו על ידי הפיזיקה סביב התכנון של כל מנוע המנוטר. הכרת תדר הקו העובר למנוע ומהירות הסיבוב של המנוע מפשטת מאוד את תהליך איסוף התדרים הקריטיים הללו.
חתימות הרטט ידועות ומתועדות עבור תקלות החשמל הספציפיות שנדונו. בפועל, לעתים קרובות החתימות אינן ברורות בבירור על איזו תקלה ספציפית קיימת. מומלץ להשתמש בשיטות בדיקה נוספות כדי לאמת ולציין עוד את סוג התקלה המדויק. שילוב של שיטות אלו מביא להגדרה מדויקת ביותר של סוג התקלה ורמת הבגרות שלה.
חלק מהערך הטוב ביותר של ניטור מצב עבור מנועים מתקבל על ידי הבטחת המנוע פועל במצב המונע התפתחות תקלות. זה נעשה על ידי הבטחת המנועים הפועלים בטמפרטורה הנכונה, שהמיסבים נמצאים במצב תקין, ושאין כוחות חיצוניים נוספים נתונים למנוע. ערך נוסף מתווסף על ידי אספקת נתוני מפתח לקביעת הגורם הסביר להתפתחות תקלות או כשל. הדבר מסייע במניעת תקלות חוזרות והפחתת עלויות התחזוקה הישירות.
משאבים נוספים
- הסמכת חנות תיקונים
- מחקר על מהימנות מנועים חשמליים
- סרטון המסביר את עקרונות מוטורי האינדוקציה והתדרים החשובים
