Hałas i drgania silnika elektrycznego – przyczyny i sposoby usunięcia

Hałas i drgania silnika elektrycznego to jeden z pierwszych sygnałów, że w napędzie dzieje się coś niepokojącego. Sprawny silnik indukcyjny pracuje z równomiernym szumem wentylatora i lekkim brzęczeniem magnetycznym. Stuki, piski, wycie zmieniające się z prędkością, bicie czy pulsujące buczenie mają zawsze konkretną przyczynę – mechaniczną, elektryczną albo leżącą poza silnikiem, w maszynie napędzanej lub w sposobie mocowania.

W tym poradniku pokazujemy, jak krok po kroku zawęzić źródło problemu, jak odróżnić hałas elektryczny od mechanicznego i jakie są typowe sposoby usunięcia usterki. Zestawienie objawów i przyczyn w tabeli pomoże szybko podjąć decyzję, czy wystarczy korekta montażu, czy potrzebna jest wymiana części.

Wszystkie prace przy otwartej skrzynce zaciskowej i przy zasilaniu wykonuje osoba z uprawnieniami SEP. Przed jakąkolwiek czynnością mechaniczną przy wirujących elementach odłącz i zabezpiecz zasilanie.

Skąd biorą się hałas i drgania silnika

Źródła hałasu i drgań w napędzie można podzielić na trzy grupy:

• Mechaniczne w silniku – łożyska, niewyważenie wirnika, uszkodzony przewietrznik, ocieranie o osłonę, skrzywiony wał.
• Elektryczne i magnetyczne – asymetria zasilania, brak fazy, zwarcia międzyzwojowe, uszkodzony wirnik klatkowy, zasilanie z falownika.
• Zewnętrzne – niewspółosiowość z maszyną, luźne mocowanie, rezonans konstrukcji, zużyte sprzęgło, przekładnia lub pas.

W praktyce znaczna część zgłoszeń dotyczy trzeciej grupy: sam silnik jest sprawny, a problem wynika z montażu lub z elementów, które napędza. Dlatego diagnostykę zawsze warto zacząć od odseparowania silnika od reszty układu.

Hałas i drgania silnika elektrycznego – diagnostyka krok po kroku

1. Odsłuchaj i opisz dźwięk. Czy jest stały, czy pulsuje? Czy zmienia się wraz z obciążeniem lub prędkością? Czy pojawia się tylko przy rozruchu lub po nagrzaniu?
2. Test wybiegu. Wyłącz zasilanie i obserwuj silnik podczas wybiegu. Jeżeli hałas znika natychmiast po odłączeniu napięcia, jego źródło jest elektryczne lub magnetyczne. Jeżeli trwa, aż wirnik zwolni – źródło jest mechaniczne.
3. Odłącz maszynę napędzaną. Zdejmij pas, rozłącz sprzęgło lub zdemontuj silnik z przekładni i uruchom go na biegu jałowym. Jeżeli problem zniknął, szukaj go w połączeniu lub w maszynie.
4. Obróć wał ręką przy wyłączonym zasilaniu. Wyczuwalne opory, chrobot lub luz promieniowy wskazują na łożyska.
5. Sprawdź zasilanie. Zmierz napięcia międzyfazowe i prądy w fazach. Asymetria prądów potwierdza przyczynę elektryczną.
6. Sprawdź mocowanie. Dokręcenie śrub łap lub kołnierza, stan podłoża, podkładki, ewentualna „miękka stopa”.

Takie postępowanie w większości przypadków pozwala wskazać przyczynę bez specjalistycznej aparatury. Przy maszynach krytycznych warto uzupełnić je pomiarem drgań przyrządem – wartość prędkości drgań porównana z wcześniejszymi pomiarami daje obiektywny obraz zmian. Dopuszczalne poziomy drgań silników określa norma IEC 60034-14, a dla całych maszyn – dokumentacja producenta maszyny.

Przyczyny mechaniczne i ich usuwanie

Łożyska

Zużyte łożyska to najczęstsza mechaniczna przyczyna hałasu. Objawiają się szumem lub chrobotem narastającym z czasem, czasem piskiem przy wyschniętym smarze lub metalicznym stukaniem przy uszkodzonych kulkach. Hałas łożyskowy jest słyszalny także podczas wybiegu. Jedynym skutecznym rozwiązaniem jest wymiana łożysk na właściwe typy – sposób oznaczania i procedurę wymiany opisujemy w artykule o łożyskach w silniku elektrycznym.

Niewyważenie

Drgania o częstotliwości obrotowej, rosnące z prędkością, typowo wynikają z niewyważenia. Przyczyną bywa nie wirnik silnika, lecz zamontowane na wale elementy: koło pasowe, sprzęgło, tarcza piły, wentylator. Każdy element osadzany na wale powinien być wyważony, a wpust dobrany tak, by nie wprowadzał dodatkowej masy niesymetrycznej. Uszkodzony lub zdeformowany przewietrznik również powoduje niewyważenie.

Przewietrznik i osłona

Pęknięta łopatka przewietrznika, przewietrznik przesunięty na wale albo wgnieciona osłona dają charakterystyczny szum, terkotanie lub ocieranie. To usterka łatwa do usunięcia: wymiana przewietrznika na odpowiadający średnicy wału i średnicy zewnętrznej oraz wyprostowanie lub wymiana osłony. Więcej o doborze tych elementów znajdziesz w poradniku o przewietrzniku i osłonie przewietrznika.

Niewspółosiowość

Silnik połączony z maszyną sprzęgłem musi mieć osie wałów ustawione w jednej linii. Przesunięcie równoległe lub kątowe powoduje drgania o podwojonej częstotliwości obrotowej, nagrzewanie się sprzęgła i przyspieszone zużycie łożysk. Pomoc stanowi ustawienie za pomocą liniału i szczelinomierza, czujnika zegarowego albo osiowania laserowego.

Mocowanie i „miękka stopa”

Jeżeli jedna z łap silnika nie przylega do podłoża i jest dociągana śrubą, korpus ulega odkształceniu. Skutkiem są drgania, hałas i nierównomierna szczelina powietrzna. Sprawdź, czy po poluzowaniu każdej śruby z osobna łapa nie odskakuje od podłoża. Szczelinę pod łapą wypełnij podkładkami dystansowymi. Pęknięte lub zdeformowane łapy wymagają wymiany.

Rezonans

Silnik zamocowany na lekkiej ramie lub blasze może wpadać w rezonans przy określonej prędkości – szczególnie przy pracy z falownikiem w szerokim zakresie obrotów. Objawem są drgania pojawiające się tylko w wąskim przedziale prędkości. Pomaga usztywnienie konstrukcji, zmiana masy lub, w falowniku, pominięcie danej częstotliwości w ustawieniach.

Przyczyny elektryczne i magnetyczne

Buczenie magnetyczne

Każdy silnik zasilany z sieci 50 Hz wydaje lekkie brzęczenie o częstotliwości 100 Hz, wynikające z sił magnetycznych w pakiecie blach. Wyraźne nasilenie tego dźwięku może oznaczać zbyt wysokie napięcie zasilania, błędny układ połączeń (np. trójkąt zamiast gwiazdy przy napięciu 400 V dla silnika 230/400 V) albo luźne blachy stojana.

Brak fazy i asymetria

Silnik trójfazowy pracujący na dwóch fazach głośno buczy, nie startuje lub startuje z trudem, a przy pracy szybko się nagrzewa. Przyczyną jest przepalony bezpiecznik, uszkodzony styk stycznika lub luźny przewód. Asymetria napięć daje podobne, choć słabsze objawy. W obu przypadkach silnik należy natychmiast wyłączyć – praca na dwóch fazach może w krótkim czasie zniszczyć uzwojenie.

Uszkodzony wirnik

Pęknięte pręty klatki wirnika objawiają się pulsującym, „falującym” dźwiękiem i wahaniami prądu pobieranego przez silnik, szczególnie pod obciążeniem. Taka usterka zwykle kwalifikuje silnik do wymiany lub naprawy specjalistycznej.

Silnik jednofazowy

W silniku jednofazowym głośne buczenie przy braku rozruchu najczęściej wskazuje na uszkodzony kondensator lub wyłącznik odśrodkowy. Pomiary uzwojeń pomagają wykluczyć ich uszkodzenie – metodę opisuje artykuł o diagnostyce silnika miernikiem.

Zasilanie z falownika

Przemiennik częstotliwości zmienia charakter hałasu silnika. Przy niskiej częstotliwości nośnej słychać wyraźny, wysoki pisk; jej podwyższenie w ustawieniach zwykle go zmniejsza, kosztem większych strat w falowniku. Przy pracy powyżej 50 Hz rośnie hałas przewietrznika i drgania od niewyważenia. Czy dany silnik nadaje się do takiej pracy, wyjaśnia artykuł silnik elektryczny a falownik.

Hałas w napędzie z przekładnią

Gdy silnik współpracuje z reduktorem, hałas często pochodzi z przekładni. Typowe przyczyny to niski poziom lub niewłaściwy olej, zużyte łożyska przekładni, uszkodzone zazębienie oraz luz na połączeniu wału silnika z wałem wejściowym. Przekładnia ślimakowa w dobrym stanie pracuje cicho, ale ma naturalny luz obwodowy – jego wzrost bywa objawem zużycia, co szerzej opisuje artykuł o luzie w przekładni ślimakowej. Przy przekładniach nasadzanych źródłem stuków bywa też ramię reakcyjne zamocowane sztywno lub z luzem – zasady montażu przedstawia poradnik o ramieniu reakcyjnym reduktora.

Tabela: objaw, przyczyna, działanie

Najczęstsze pytania

Czy nowy silnik może buczeć?

Lekkie, równomierne brzęczenie magnetyczne jest normalne. Głośne buczenie, zwłaszcza połączone z trudnym rozruchem, wskazuje na problem z zasilaniem lub połączeniem uzwojeń i wymaga sprawdzenia przez elektryka.

Jak odróżnić hałas łożysk od hałasu elektrycznego?

Wyłącz zasilanie i słuchaj wybiegu. Hałas łożysk trwa, dopóki wirnik się obraca. Hałas elektryczny lub magnetyczny znika w chwili odłączenia napięcia.

Czy drgania silnika skracają jego żywotność?

Tak. Drgania przyspieszają zużycie łożysk, mogą luzować połączenia śrubowe i uszkadzać izolację uzwojeń. Dlatego ich przyczynę warto usunąć, zanim dojdzie do awarii.

Czy można wymienić sam przewietrznik?

Tak. Przewietrznik dobiera się do średnicy wału i średnicy zewnętrznej odpowiadającej wielkości mechanicznej silnika. Po wymianie sprawdź, czy nie ociera o osłonę.

Silnik drga tylko przy pewnej prędkości na falowniku. Dlaczego?

Najprawdopodobniej to rezonans konstrukcji. Pomaga usztywnienie ramy lub zablokowanie w falowniku pracy w tym zakresie częstotliwości.

Części do usunięcia przyczyny hałasu

Jeżeli diagnostyka wskazała na elementy chłodzenia, w ofercie silniki24.pl znajdziesz przewietrzniki do silników w wielu średnicach oraz osłony przewietrzników, np. osłonę G-80 o średnicy 154 mm do silników wielkości 80. Przy uszkodzonych łapach przydadzą się łapy do silników.