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Abnorme Vibrationen in Wechselstrommotoren während des Betriebs verursachen nicht nur starke Geräusche, sondern beschleunigen auch den Lagerverschleiß, beschädigen die Wicklungsisolierung und können sogar zu Geräteausfällen führen. Die Ursachen müssen aus mehreren Blickwinkeln analysiert werden, beispielsweise hinsichtlich der mechanischen Struktur, der elektromagnetischen Eigenschaften sowie der Installation und Wartung. Zudem müssen gezielte Inspektionen und Lösungen in Kombination mit spezifischen Szenarien durchgeführt werden.
1. Ungleichgewicht der mechanischen Struktur: Die grundlegendste und hochfrequente Ursache
- Fehler im dynamischen Rotorgleichgewicht
Der Rotor ist die Kernkomponente des Motors, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Wenn das Metallmaterial während der Herstellung ungleichmäßig verteilt ist, die Lüfterblätter deformiert sind oder die Gegengewichtsblöcke nach längerem Betrieb abfallen, der Rotorkern abgenutzt ist oder die Wicklungsbindung während der Wartung locker ist, weicht der Schwerpunkt des Rotors von der Rotationsachse ab, wodurch periodische Zentrifugalkräfte erzeugt und Vibrationen verursacht werden.
Prüfmethode: Drehen Sie den Rotor nach dem Abschalten der Stromversorgung manuell, um zu prüfen, ob er blockiert oder ein Gefühl von ungleichmäßigem Gewicht aufweist. Wenn die Vibration des Motors unter Last mit zunehmender Drehzahl zunimmt (z. B. nimmt die Vibration deutlich zu, wenn die Drehzahl 1500 U/min überschreitet), liegt höchstwahrscheinlich ein Problem mit der dynamischen Balance vor.
Auflösungsmaß: Den Rotor ausbauen und zur dynamischen Unwuchtprüfung an eine Fachwerkstatt schicken. Die Unwucht durch Anbringen von Gegengewichten oder Abschleifen der übergewichtigen Teile korrigieren. Sollten die Rotorwicklungen locker sein, diese mit Vliesband umwickeln und mit Isolierfarbe aushärten lassen.
- Lagerverschleiß oder Schmierfehler
Lager sind wichtige Verbindungselemente zwischen Rotor und Stator. Sind die Kugeln/Laufbahnen des Lagers verschlissen, der Käfig gebrochen oder das Schmierfett ausgetrocknet bzw. verunreinigt, kommt es zu radialen oder axialen Bewegungen des Rotors. Dies führt zu klappernden Vibrationen, die oft mit einer Erwärmung des Lagers (Temperatur über 70 °C) einhergehen.
Prüfmethode: Lauschen Sie mit einem Stethoskop genau am Lagerdeckel. Sind im Normalbetrieb statt des gleichmäßigen „Summens“ unregelmäßige „Rascheln“ oder „Schlaggeräusche“ zu hören, liegt ein Lagerschaden vor. Prüfen Sie gleichzeitig den Lagerdeckel auf Fettleckagen.
AuflösungsmaßHinweis: Nach dem Abschalten des Motors den Lagerdeckel abnehmen und das Lager durch ein hochpräzises Lager gleichen Typs (z. B. Rillenkugellager Serie 6205) ersetzen. Mit geeignetem Hochtemperaturfett (z. B. Lithiumfett) befüllen, bis zur Hälfte bis zwei Drittel des Lagerinnenraums, um eine Über- oder Unterfüllung zu vermeiden.
2. Abnorme elektromagnetische Eigenschaften: Direkter Zusammenhang mit den elektrischen Parametern des Motors
- Kurzschluss zwischen den Windungen der Statorwicklung oder Dreiphasenstromungleichgewicht
Wenn die Statorwicklungen aufgrund von Alterung der Isolierung, Feuchtigkeit oder Fremdkörpereinwirkung Kurzschlüsse zwischen den Windungen aufweisen, ist die dreiphasige Magnetfeldverteilung ungleichmäßig. Dies erzeugt einen „einseitigen magnetischen Zug“, der den Rotor zu einer Seite ablenkt und Vibrationen auslöst. Darüber hinaus können eine unsymmetrische dreiphasige Versorgungsspannung (mit einer Differenz von mehr als 5 %) oder eine falsche Wicklungsschaltung (z. B. eine fälschlicherweise als Dreieckschaltung geschaltete Sternschaltung) zu einem Dreiphasenstromungleichgewicht führen und die Magnetfeldstörung verschlimmern.
Prüfmethode: Messen Sie den Gleichstromwiderstand der dreiphasigen Statorwicklungen mit einem Multimeter. Ist der Widerstandswert einer Phase mehr als 10 % niedriger als der der beiden anderen Phasen, liegt möglicherweise ein Windungsschluss vor. Messen Sie den Dreiphasenstrom während des Betriebs mit einem Zangenamperemeter. Übersteigt die Differenz 10 %, überprüfen Sie die Versorgungsspannung oder die Verkabelung.
Auflösungsmaß: Wenn der Kurzschlusspunkt offensichtlich ist (z. B. geschwärzte oder verkohlte Wicklungen), ersetzen Sie die Wicklungsspulen teilweise und imprägnieren Sie sie zum Trocknen erneut mit Farbe. Wenn das Dreiphasenstromungleichgewicht durch die Stromversorgung verursacht wird, stimmen Sie sich mit der Energieabteilung ab, um die Spannung anzupassen, oder installieren Sie am Motoreingangsende einen Dreiphasen-Spannungsausgleicher.
- Ungleichmäßiger Luftspalt: Abweichung im Spalt zwischen Stator und Rotor
Wenn der Luftspalt (normalerweise 0,2–1,5 mm) zwischen dem inneren Kreis des Motorstators und dem äußeren Kreis des Rotors aufgrund einer Rahmenverformung oder einer Fehlausrichtung der Endabdeckungsinstallation ungleichmäßig ist, ist die lokale magnetische Flussdichte zu hoch, was zu periodischen elektromagnetischen Vibrationen führt. Die Vibrationsfrequenz hängt von der Frequenz der Stromversorgung ab (z. B. beträgt die Vibrationsfrequenz bei einer Stromversorgung mit 50 Hz ungefähr 100 Hz).
Prüfmethode: Nach dem Abschalten des Motors den Luftspalt an vier gleichmäßig verteilten Punkten am Rotorumfang mit einer Fühlerlehre messen. Beträgt die Differenz zwischen maximalem und minimalem Luftspalt mehr als 0,2 mm, ist der Luftspalt ungleichmäßig. Prüfen Sie gleichzeitig, ob der Rahmen verformt ist oder die Schrauben der Endabdeckung locker sind.
Auflösungsmaß: Lösen Sie die Schrauben der Endabdeckung und klopfen Sie mit einem Kupferhammer leicht auf die Endabdeckung, um ihre Position anzupassen, bis der Luftspalt gleichmäßig ist. Wenn der Rahmen verformt ist, korrigieren Sie ihn mit einer Presse oder ersetzen Sie den Rahmen, um die Koaxialität von Stator und Rotor sicherzustellen.
3. Installations- und Lastanpassungsprobleme: Indirekte Einflüsse externer Faktoren
- Koaxialitätsabweichung zwischen Motor und Lastausrüstung
Wenn der Motor über Kupplungen oder Riemenscheiben mit Lasten wie Pumpen und Lüftern verbunden ist und die Achsen der beiden nicht konzentrisch sind (radiale Abweichung über 0,1 mm oder Winkelabweichung über 0,5°), entsteht während des Betriebs ein zusätzlicher radialer Zug, der Motorvibrationen verursacht. Die Vibrationen verstärken sich mit zunehmender Last.
Prüfmethode: Befestigen Sie eine Messuhr an der Motorkupplung und drehen Sie die Kupplung einmal um eine Umdrehung. Wenn der Schwenkbereich des Messuhrzeigers 0,1 mm überschreitet, ist die Koaxialität nicht ausreichend. Bei Riemenantrieben kann eine deutliche Riemenabweichung oder ein Durchrutschen auch durch eine Achsabweichung verursacht werden.
Auflösungsmaß: Passen Sie die Einbaulage der Lastausrüstung an und korrigieren Sie die Koaxialität zwischen Motor und Last durch Hinzufügen oder Entfernen von Dichtungen. Achten Sie bei Riemenantrieben darauf, dass die Nuten der beiden Riemenscheiben fluchten und die Riemenspannung angemessen ist (die Durchbiegung sollte beim Andrücken des Riemens 10-15 mm betragen).
- Instabile Fundamentinstallation oder Resonanz
Wenn der Motor auf einem losen Betonfundament installiert ist oder das Fundament nicht ausreichend steif ist (z. B. eine dünne Stahlplattenhalterung), wird die Schwingungsamplitude verstärkt. Wenn die Betriebsfrequenz des Motors nahe an der Eigenfrequenz des Fundaments und der Last (Resonanzfrequenz) liegt, tritt außerdem ein „Resonanzphänomen“ auf, das zu einem starken Anstieg der Schwingungen führt.
Prüfmethode: Beobachten Sie, ob das Fundament bei laufendem Motor deutlich wackelt, oder messen Sie die Schwingungsfrequenz mit einem Schwingungsdetektor. Liegt sie in der Nähe der Frequenz, die der Nenndrehzahl des Motors entspricht (z. B. 1500 U/min entspricht 25 Hz), liegt möglicherweise eine Resonanz vor.
Auflösungsmaß: Verstärken Sie das Fundament (z. B. erhöhen Sie die Betondicke, installieren Sie stoßdämpfende Polster). Wenn Resonanz offensichtlich ist, passen Sie die Motordrehzahl an (z. B. ersetzen Sie den Frequenzumrichter, um die Frequenz zu ändern) oder installieren Sie Dämpfungsblöcke auf dem Fundament, um den Resonanzfrequenzbereich zu vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Überprüfung abnormaler Vibrationen bei Wechselstrommotoren nach dem Prinzip „zuerst mechanisch, dann elektromagnetisch; zuerst extern, dann intern“ erfolgen sollte. Durch sensorische Beurteilung (Hören, Sehen, Berühren) in Kombination mit Instrumentenprüfungen kann die Ursache genau identifiziert werden. Nach der Behebung des Problems sollte ein 30-minütiger Leerlauf-Testlauf durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Vibrationswert unter dem nationalen Standard (z. B. der in GB 10068-2020 festgelegten Vibrationsgeschwindigkeitsgrenze) liegt, bevor der Betrieb unter Last wieder aufgenommen wird, um wiederholte Ausfälle zu vermeiden.
