أدت التحسينات في تقنية محرك التردد المتغير (VFD) إلى انخفاض التكاليف ، وتحسين الموثوقية ، والأهم من ذلك زيادة الاستخدام. تحتوي معظم أنظمة VFD الحديثة على تشخيصات داخلية تؤدي إلى إيقاف التشغيل التلقائي للأعطال. ومع ذلك ، قد يكون من الصعب في بعض الأحيان تحديد سبب هذه الأخطاء وتصحيحها. ومع ذلك ، يمكن أن يوفر اختبار المحركات المنزوعة الطاقة (MCA) والمزود بالطاقة معلومات قيمة للمساعدة في تحديد العديد من هذه المشكلات بسرعة وسهولة. توضح هذه الورقة الموجزة كيفية دمج هاتين الطريقتين السهلتين لاختبار المحرك في استكشاف أخطاء VFD وإصلاحها.

عملية أساسية

يقوم VFD بتصحيح طاقة التيار المتردد ثلاثية الطور الواردة لإنشاء ناقل تيار مستمر. يستخدم ناقل التيار المستمر المكثفات لتنعيم التيار المستمر المصحح كمدخل إلى قسم العاكس. في قطاع العاكس ، تستخدم وحدة التحكم معالجات دقيقة للتحكم في مفاتيح أشباه الموصلات التي تحول جهد التيار المستمر إلى جهد متغير متغير ثلاثي الطور ومدخل تردد إلى المحرك. من خلال التحكم في مقدار الوقت ، يتم إطلاق أشباه الموصلات (SCR أو IGBT’S) ، فإن عرض نبضات التيار المستمر يعدل التيار المستمر لإنتاج جهد دخل ثلاثي الطور محاكى بجهد وتردد متغيرين. يحدد تردد جهد الدخل السرعة التي يدور بها المجال المغناطيسي حول الجزء الثابت. السرعة التي يُشار بها إلى المجال المغناطيسي بالسرعة المتزامنة (SS).

SS = 120 ف / ف

حيث: F = تردد جهد الإمداد

P = عدد الأقطاب في المحرك

نظرًا لطبيعة التبديل من دائرة العاكس ، يمكن أن تؤدي VFD إلى حدوث مشكلات في PQ عن طريق إدخال التوافقيات في النظام الكهربائي للمحطات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون VFD أيضًا حساسة لمشكلات PQ الواردة نفسها مما يؤدي إلى إغلاق VFD. تحتوي العديد من أجهزة VFD على إلكترونيات داخلية تشير إلى سبب الإغلاق. تحدد هذه الرموز الشائعة سبب زيادة الجهد أو التيار الزائد أو الحمل الزائد أو الجهد أو عدم التوازن الحالي أو درجة الحرارة الزائدة أو العيوب الخارجية. هذه المعلومات مهمة ، لكن السؤال الحقيقي هو ما سبب حالة الخطأ. هل سبب العطل VFD أم عانى منه VFD؟

إذا واجه VFD الخلل ، فقد يكون ناتجًا عن الطاقة الواردة ، أو مشكلات التوصيلات ، أو أي مشكلة من مشكلات المحركات العديدة أو الأعطال في الماكينة المدفوعة أو العملية نفسها. إذا كان سبب الخطأ VFD. قد يكون نتيجة تعطل المكونات الإلكترونية أو فشلها. من بين الإخفاقات الشائعة ، الثنائيات في قسم المعدل ، والمكثفات ناقل التيار المستمر أو انهيار أو فشل أشباه الموصلات في قسم العاكس.

اختبار المحرك منزوع الطاقة: تحليل محرك الدائرة الكهربائية (MCA ™)

محرك حلبة المحرك ™ (MCA ™) هي تقنية اختبار للمحرك تقوم بحقن سلسلة من إشارات التيار المتردد والتيار المستمر ذات الجهد المنخفض من خلال لفات المحرك لتقييم نظام المحرك بالكامل بشكل كامل أثناء فصل الطاقة عن المحرك. يمكن إجراء اختبارات محرك MCA مباشرة على المحرك أو عن بعد من خرج VFD. على عكس اختبارات المحركات التقليدية منزوعة الطاقة ، والتي تفشل في تحديد مشاكل الدوار أو تطوير انهيار عزل اللف. توفر اختبارات MCA مؤشرًا مبكرًا على تطور الأعطال ليس فقط في نظام عزل الجدار الأرضي ، ولكن أيضًا في العزل المحيط بالموصلات المستخدمة لإنشاء الملفات في الجزء الثابت وكذلك الأعطال الموجودة أو النامية في الجزء الكهربائي من الدوارات. يمكن لـ MCA تحديد الأعطال في المراحل المبكرة ولكن يمكنه أيضًا تأكيد “جيد” للمحرك بسرعة والذي يمكن أن يزيل المحرك بسرعة كسبب لرحلة VFD. من خلال إجراء الاختبار لمدة 3 دقائق من خرج VFD ، فإن النتيجة “الجيدة” لا تشير فقط إلى أن المحرك جيد ، ولكن جميع الكابلات المرتبطة وجميع المكونات الكهربائية في الدائرة المختبرة في حالة جيدة أيضًا. ومع ذلك ، إذا أشارت النتائج إلى أنها سيئة ، فإنها تتطلب ببساطة إجراء اختبار إضافي لمدة 3 دقائق مباشرة على المحرك. إذا كان اختبار المحرك جيدًا ، فإن العطل يكون في الكابلات أو وحدة التحكم. إذا كان المحرك يشير إلى وجود خطأ في التطور ، فهناك اختبارات MCA اختيارية متاحة لتحديد ما إذا كان العطل موجودًا في الدوار أو في الدائرة الكهربائية للجزء الثابت.

توفر اختبارات التيار المستمر للجهد المنخفض إشارة إلى مشكلات الاتصال في الدائرة قيد الاختبار للتأكد من أن جميع التوصيلات الخارجية والداخلية “ضيقة” بدرجة كافية. تمارس سلسلة اختبارات التيار المتردد عزل اللف وتحدد التغييرات الصغيرة جدًا التي تحدث في التركيب الكيميائي لعزل اللف حيث يبدأ العزل بين الموصلات في التدهور.

يتطلب الاختبار الديناميكي الاختياري دورانًا يدويًا لعمود المحرك قيد الاختبار ويطور توقيعًا للجزء الثابت يحدد أي أخطاء متطورة في العزل المحيط بالموصلات في الملفات التي يتكون منها نظام لف الجزء الثابت. تحدد توقيعات الجزء المتحرك العيوب في النظام الكهربائي للعضو الدوار مثل الانحراف الثابت أو الديناميكي ، والشقوق ، والفواصل ، أو صب الفراغات في قضبان الدوار أو حلقات النهاية.

اختبار المحرك النشط: تحليل التوقيع الكهربائي (ESA)

تستخدم ESA المدخلات والجهد الناتج من VFD والتيار لتحليل حالة وجودة الطاقة التي يتم توفيرها للمحرك بسرعة وكذلك الجهد والتيار الناتج من محرك الأقراص إلى المحرك. كل من هذه الاختبارات تتطلب< 1 دقيقة. من خلال إجراء اختبارات محرك ESA على مدخلات محرك الأقراص بالإضافة إلى إخراج محرك الأقراص يوفر مدخلات ومخرجات ملف تعريف كاملة. يقوم كل اختبار بالتقاط بيانات متزامنة لجميع المراحل الثلاث للجهد والتيار لإنشاء جداول PQ لكل مرحلة من المراحل الثلاث ، ويلتقط ويعرض ويخزن 50 مللي ثانية من الجهد وأشكال الموجة الحالية لجميع المراحل الثلاث. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترقيم أشكال موجات الجهد والتيار لمدة 50 ثانية واستخدامها لأداء FFT عالية ومنخفضة التردد على كل من جهد الدخل والخرج والتيارات.

مدخل الطاقة

يوفر جهد الدخل إلى محرك الأقراص معلومات قيمة تشير إلى حالة الجهد الوارد المقدم إلى محرك الأقراص ، ويحسب أي جهد أو عدم توازن حالي ، أو محتوى متناسق في الجهد أو التيار الوارد. يوفر تيار الإدخال إشارة إلى حالة الثنائيات في قسم المعدل في محرك الأقراص. يوضح الشكل 2 الشكل الموجي الحالي مع إطلاق جميع الثنائيات بشكل صحيح ، في الشكل 3 يمكن تحديد بسرعة أن واحدًا أو أكثر من الثنائيات في قسم المعدل لا يعمل بشكل صحيح.

الشكل 2: قسم الصمام الثنائي الجيد الشكل 3: قسم الصمام الثنائي المعيب

الجهد الناتج

الشكل 4: تشغيل IGBT بشكل صحيح

يوفر جهد الخرج من محرك الأقراص معلومات حول حالة محرك الأقراص نفسه بالإضافة إلى جودة الطاقة التي يتم توفيرها للمحرك ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر التشغيل السليم أو غير المناسب لأشباه الموصلات في دوائر العاكس والتطور فشل مكثفات ناقل التيار المستمر. يوفر الشكل 4 لقطة لمرحلة واحدة من خرج الجهد للمحرك وهو جهد المحرك. يجب أن تكون جميع أشكال موجات جهد الخرج موحدة ومتماثلة نسبيًا. تشير الأشكال الموجية للجهد غير المتماثل إلى فشل أو فشل IGBT. لاحظ التموجات على الجزء المسطح من الأجزاء الموجبة والسالبة من الأشكال الموجية في الشكل 5. هذا مؤشر على فشل المكثفات في ناقل التيار المستمر. مكثف فاشل بقيمة 20 دولارًا يمكنه تدمير محرك كامل.

التيار الخارج

الشكل 5: فشل ناقل التيار المستمر

يعمل تيار المحرك كمحول طاقة حساس للغاية لنظام المحرك. أي أخطاء موجودة أو متطورة في المحرك أو الآلة المدفوعة أو العملية نفسها ستؤدي إلى تعديل تيار المحركات. توفر هذه التعديلات في تيار الخرج إشارة إلى الحالة الكهربائية أو الميكانيكية أو أي حالات شاذة في العملية نفسها. يحدد FFT على الجهد الرقمي وأشكال الموجة الحالية بسرعة الأعطال في المحرك مثل قضبان الدوار المتصدعة أو المكسورة أو الانحراف الثابت أو الديناميكي. يمكن أيضًا تحديد الإشارات المبكرة لتطوير فشل محمل عنصر التدحرج ، وحالة التوازن والمحاذاة للمكونات الدوارة للمحرك أو الماكينة المدفوعة بسرعة باستخدام نفس تردد الخطأ المعترف به منذ فترة طويلة في تحليل الاهتزاز.

التحليل الآلي

يجمع برنامج ESA بين جميع المعلومات التي تم جمعها في عملية الحصول على البيانات لمدة 50 ثانية ويقارنها بالمعايير والإرشادات والخوارزميات المحددة مسبقًا لإنشاء الرسوم البيانية والجداول والشاشات المطلوبة لتقييم حالة نظام المحرك بأكمله بسرعة من الطاقة الواردة إلى عملية. عند الانتهاء من التقييم ، تُنشئ وكالة الفضاء الأوروبية تقريرًا مفصلاً كاملاً لا يسلط الضوء فقط على مشاكل التطور في الجزء الكهربائي ، أو حدوث أعطال في الماكينة المُدارة أو غيرها من المعدات المتصلة بالمحرك ، ولكن هناك حالات شاذة في العملية قد تتسبب في تعطل VFD. يفصل التقرير المكون من 8 صفحات أيضًا القياسات التي تقع ضمن الإرشادات المحددة مسبقًا وبالتالي التخلص من معظم أعمال التخمين المرتبطة عادةً باستكشاف أخطاء VFD وإصلاحها.

الشكل 6: جدول PQ الخاص بإخراج VFD

الشكل 7: شاشة النتائج

ملخص

من خلال دمج MCA و ESA في عمليات استكشاف الأخطاء وإصلاحها القياسية لـ VFD ، يكون لدى المحلل المعلومات الأكثر تفصيلاً المتاحة لتحديد ما إذا كانت المشكلة ناتجة عن VFD أو من ذوي الخبرة بواسطة VFD. لا يحدد اختبار MCA لمدة 3 دقائق المحركات السيئة فحسب ، بل يمكنه أيضًا القضاء على المحرك باعتباره سبب الفشل والتأكد من خلو المحرك الجديد الذي يتم تركيبه من الأخطاء. تؤكد ESA أن الطاقة داخل وخارج VFD خالية من الأخطاء في اختبار بسيط يستغرق أقل من دقيقة واحدة.