Sähköisen ja mekaanisen momentin analysointi väsymisvaurioiden aiheuttajana sähkömoottorikäytössä

Abstract

Teollisuudessa sähkömoottoreita käytetään laajasti erilaisten koneiden ja laitteiden voimanlähteenä. Sähkömoottorit toimivat luotettavasti erityisesti staattisessa kuormituksessa, mutta dynaaminen kuormitus voi aiheuttaa rakenteille toistuvia ja nopeita iskumaisia kuormituksia, jotka voivat johtaa sähkömoottoriin liitetyn rakenteen vaurioitumiseen. Tällöin ennakoiva kunnossapito korostuu, ja laitteiden kunnonseuranta on keskeisessä roolissa.

Tässä työssä keskityttiin 3,0 kW:n induktiomoottorin sähköisen ja mekaanisen momentin keskinäiseen vertaamiseen kolmessa erilaisessa staattisessa ja dynaamisessa kuormitustapauksessa. Sähköinen momentti määritettiin mittaamalla jännite ja liukuma, sekä käytettiin valmistajan antamia arvoja moottorin datalehdeltä. Mekaaninen momentti mitattiin momenttianturilla, joka mittaa moottorin akselilta vääntömomentin aiheuttamia venymiä venymäliuskojen avulla. Testitulokset osoittivat, että sähköisen ja mekaanisen momentin arvot poikkesivat toisistaan erityisesti dynaamisessa kuormituksessa.

Rainflow-analyysillä tarkasteltiin momenttien välistä suhdetta ja havaittiin, että jäljellä olevan elinajan arvioinnissa poikkeama oli noin 7,42-kertainen. Tutkimustulosten mukaan dynaaminen kuormitus voi aiheuttaa merkittäviä poikkeamia rakenteen väsymiskestävyyden arvioinnissa, kun vertaillaan sähköisen ja mekaanisen momentin antamia tuloksia.

In industry, electric motors are widely used to power various machines and equipment. Electric motors work reliably, especially under static loads, but dynamic loads can cause repeated and rapid shock-like loads on structures, which can lead to damage to the structure connected to the electric motor. In this case, preventive maintenance is emphasized, and the condition monitoring of equipment plays a key role.

This thesis focused on the comparison of the electrical and mechanical moments of a 3.0 kW induction motor in three static and dynamic load cases. The electrical torque was calculated by determining the voltage, slip and using the manufacturer’s values from the motor datasheet. The mechanical torque was measured by a torque transducer, which measures the shear strain of the motor axle caused by torque using strain gauges. The test results showed that the values of electrical and mechanical torque were different, especially under dynamic loads.

The Rainflow analysis examined the relationship between the moments and found that the deviation in the estimated life time was approximately 7.42-fold depending on the moment used. According to the results, dynamic loading can cause significant deviations in the assessment of the fatigue resistance of a structure when comparing the results based on electrical and mechanical torques.