В статье говорится, что популярные круговые диаграммы причин отказов двигателей обычно восходят к четырём исследованиям, проведённым с начала 1980-х до 2008 года. Их общий ранжированный результат устойчив: чаще всего отказывают подшипники, затем обмотки статора, а роторы занимают далёкое третье место. Но абсолютные проценты нельзя механически переносить между предприятиями: исследования охватывали разные типы двигателей, условия эксплуатации и периоды времени. В целом обследования дают приблизительно от 3 до 7 отказов на 100 моторо-лет, а среди наиболее сильных коррелятов отмечены периодичность обслуживания и применяемая стратегия защиты.

Исследование EPRI 1982 года, заказанное Electric Power Research Institute и выполненное General Electric, охватило около 4 800 двигателей коммунальных энергопредприятий мощностью от 100 hp. В отчёте EPRI EL-2678, а затем в обновлениях Albrecht и коллег в IEEE Transactions on Energy Conversion за 1986 и 1987 годы зафиксированы 1 227 отказов на 872 двигателях. Следовательно, сотни событий представляли собой повторные отказы уже отказавших машин. Распределение было следующим: подшипники — 41%, обмотки статора — 36%, ротор — 9%, прочие причины — 14%. Первичный отчёт оценивал общую частоту в 3,4–3,5 отказа на 100 моторо-лет; в поздних обновлениях и перепечатках часто встречается значение около 3,1%, поэтому материал подчёркивает необходимость указывать редакцию источника вместе с числом.

Особенно важны два вывода EPRI, которые редко попадают в вторичные диаграммы. Отказы в этом парке были резко сконцентрированы: 50% отказавших двигателей приходились на 17% генерирующих блоков, а 90% — на 54% блоков. Группа с высокой частотой отказов составляла 17% блоков и имела взвешенную частоту около 9,5% на моторо-год, тогда как группа с низкой частотой охватывала 30% блоков и показывала около 0,9%. Авторы указывают, что надёжность определялась конкретными блоками, а не равномерно распределялась по всему парку. Кроме того, среди отказов обмоток преобладали пробои изоляции на землю — 18,5% всех зарегистрированных режимов отказа; межвитковые замыкания изоляции составляли лишь 3,7%. Поэтому часто повторяемое утверждение, будто большинство отказов обмоток начинается с межвитковых дефектов, не подтверждается отчётами EPRI.

Опрос Motor Reliability Working Group IEEE Industry Applications Society, опубликованный частями в 1985 и 1987 годах, изучал промышленные и коммерческие двигатели мощностью свыше 200 hp и напряжением до 13,8 kV. В выборку входили асинхронные, синхронные, двигатели с фазным ротором и машины постоянного тока. За 5 085 моторо-лет зарегистрировано 360 отказов. Доля подшипников составила 44%, отказов, связанных с обмотками, — 26%, ротора — 8%, остальных причин — 22%. Средняя частота достигла 0,0708 отказа на единицу в год, то есть примерно 7 отказов на 100 моторо-лет, почти вдвое больше коммунального результата EPRI. Исследование также разбивало результаты по качеству и частоте обслуживания, размеру и скорости двигателя.

Работа Olav Thorsen и Magnus Dalva 1995 года была посвящена короткозамкнутым асинхронным двигателям морских платформ, нефтехимических производств, газовых терминалов и нефтеперерабатывающих заводов, преимущественно в условиях Северного моря. Подшипники дали приблизительно 51% отказов, обмотки статора и внешние причины — по 15–16%. Двигатели в диапазоне 101–500 kW отказывали заметно чаще других классов мощности. При этом цикл технического обслуживания длительностью 12 месяцев или меньше был связан со значительно более низкой частотой отказов.

Наиболее часто воспроизводимая в вендорских материалах диаграмма с долей подшипников 51% связана со статьёй Austin Bonnett и Chuck Yung «Increased Efficiency Versus Increased Reliability», опубликованной в IEEE Industry Applications Magazine в 2008 году. Авторы были связаны с Electrical Apparatus Service Association: Bonnett работал технологическим консультантом EASA, а Yung — старшим специалистом по технической поддержке EASA. Их компиляция, распространившаяся в литературе EASA/AEMT и аффилированных с EASA источниках, даёт 51% для подшипников, 16% для обмоток статора, 16% для внешних причин, 5% для стержней ротора, 2% для вала и муфты и 10% для неизвестных причин. Эти цифры близки к данным Thorsen и Dalva. Публикация приводит ABB как пример того, как одно и то же распределение может воспроизводиться с перепутанной атрибуцией: руководство ABB показывает идентичный расклад 51/16/16/5/2, но относит его к данным IEA.

Рост доли подшипников с 41% в старейшем исследовании до 51% в более поздних работах авторы связывают не только с самими подшипниками. В анализе 1993 года Austin Bonnett отмечал, что улучшения конструкции статора и ротора сделали подшипники сравнительно более слабым звеном: материалы изоляции и процессы обработки обмоток существенно совершенствовались, тогда как конструкция подшипников качения менялась сравнительно мало. Методика учёта также критична: одни предприятия меняют подшипники превентивно при превышении вибрационного порога, другие эксплуатируют до функционального отказа. Если такие замены по состоянию в одном опросе считаются отказами, а в другом нет, их доля может сдвинуться на несколько процентных пунктов.

Материал подчёркивает различие между отказавшим компонентом и первопричиной. Заклинивший подшипник может быть следствием практики смазки, загрязнения, несоосности, натяжения ремня либо токов по валу. Методика EASA по поиску первопричин, как передаёт статья, предлагает рассматривать отказавший компонент лишь как начальную точку расследования: остановка на этом уровне ведёт к повторению отказа. Данные EPRI с многочисленными вторыми и третьими отказами тех же машин служат количественной иллюстрацией этого тезиса. Отдельно отмечен современный фактор, практически не представленный в классических обследованиях: у двигателей с питанием от частотно-регулируемых приводов PWM-инверторы могут вызывать напряжения, разряжающиеся через подшипник и образующие повреждение electrical discharge machining (fluting). В записях такой случай всё равно выглядит как очередной отказ подшипника, поэтому в парках VFD доля подшипниковых отказов может оказаться выше исторических значений.

Обмотки статора во всех четырёх наборах данных остаются вторыми, но их доля колеблется от 16% до 36%. По мнению автора, более высокая доля в коммунальном парке EPRI, состоявшем из крупных и более старых машин, согласуется с последующим улучшением систем изоляции. Детализация EPRI вновь важна для интерпретации: пробои изоляции на землю с долей 18,5% зарегистрированных режимов были приблизительно в пять раз чаще межвитковых коротких замыканий с долей 3,7%. Классическая схема Bonnett и Soukup относит отказы обмоток к тепловым, электрическим, механическим и средовым нагрузкам, причём повторяющимися темами названы перегрев и загрязнение.

При сопоставлении частот отказов статья выделяет влияние обслуживания, защиты, мощности и скорости. Thorsen и Dalva получили примерно 7,1 отказа на 100 моторо-лет, или 0,0707 FPU, для двигателей с минимальной категорией электрической защиты — тепловой/электромагнитной защитой и предохранителями. Для машин со встроенной тепловой защитой показатель составлял около 2,0 на 100 моторо-лет, или 0,0202 FPU, то есть менее трети. Однако данные IEEE 1985 года о периодичности обслуживания нельзя читать как прямую зависимость «больше обслуживания — меньше зарегистрированных отказов»: предприятия с отличными практиками и циклами менее 12 месяцев имели численно более высокую частоту 0,1115 FPU, чем предприятия с удовлетворительными практиками и циклами свыше 24 месяцев — 0,0719 FPU. Объяснение авторов состоит в том, что частые осмотры выявляли развивающиеся дефекты раньше, чем они превращались в отказ в эксплуатации. Это согласуется с медианным простоем: 8 часов на один отказ в первой группе против 165 часов во второй. Частое обслуживание переводит длительные незапланированные остановы в короткие плановые, чего не показывает простой счётчик отказов.

В выборке IEEE двигатели мощностью 5 001–10 000 hp имели частоту 0,2169 FPU против 0,0730 FPU у класса 500–5 000 hp, но авторы делают оговорку о малом размере первой подвыборки: 46,1 моторо-лет и 10 отказов. Более медленные машины также отказывали чаще: 0,1004 FPU при скорости ниже 720 RPM против 0,0519 FPU в диапазоне 1 801–3 600 RPM. Таким образом, численные бенчмарки необходимо читать вместе с характеристиками парка и условиями обследования, а не только с итоговой долей компонентов.

Публикация рассматривает и вопрос перемотки. В исследовании EASA/AEMT 2003 года двигатели испытывались до и после перемотки независимой лабораторией по IEEE 112 Method B с разложением потерь. Перемотка по документированным надлежащим практикам сохраняла КПД в пределах точности измерительной процедуры — примерно ±0,2% — а иногда даже повышала его. В то же время неконтролируемая температура выжигания и грубое удаление катушек повреждали сердечник и создавали те потери, с которыми обычно связывают перемотку. Повторное исследование 2019 года, опубликованное в 2021-м, включало десять двигателей premium efficiency и IE3 мощностью 30–75 kW, перемотанных по ANSI/EASA AR100 и EASA/AEMT Good Practice Guide. Изменение КПД лежало от −0,5% до +0,3%, среднее — −0,1%. Следовательно, авторы формулируют практический вывод: качественная перемотка не несёт внутренне присущего штрафа по эффективности, а решение «ремонтировать или менять» зависит от стоимости ремонта и замены, срока поставки и целесообразности перехода старого двигателя в более высокий класс эффективности.

Значимость спора об отказах и эффективности объясняется масштабом электродвигательных систем. Анализ IEA Waide и Brunner 2011 года оценивал их долю в мировом потреблении электроэнергии более чем в 40%, с диапазоном 43–46%; платформа IEA 4E Electric Motor Systems указывает 53%, если учитывать насосы, вентиляторы и компрессоры в зданиях. За срок службы двигателя электроэнергия обычно составляет около 90% совокупной стоимости жизненного цикла, а цена покупки — около 1%. Поэтому, как отмечается в статье, показатели частоты отказов и эффективности активно используются OEM-производителями, ремонтными организациями, поставщиками приводов и компаниями мониторинга — и должны цитироваться только вместе с источниками и ограничениями.

В заключение авторы подчёркивают исторический характер данных. Новейшее широко известное первичное обследование датировано 1995 годом, а компиляция Bonnett и Yung 2008 года опирается на данные той эпохи; обзор Bonnett 2010 года счёл ранние результаты всё ещё применимыми. При этом открытого исследования сопоставимого масштаба, которое однозначно заменило бы наборы 1982–1995 годов, статья не называет. Конструкции двигателей, изоляция и приводные технологии изменились, особенно заметно это по повреждениям подшипников, связанным с VFD. Поэтому переносимым ориентиром остаётся порядок — подшипники, обмотки, затем прочее, включая ротор, — но не точные проценты. Ни один из обзоров не отвечает, почему отказал конкретный подшипник на конкретном предприятии; для предотвращения повторов необходим анализ первопричины.