تطبيقات تحليل التوقيع الحركي الحالي (MCSA)

أصبحت تقنيات تشخيص المحركات أكثر انتشارًا خلال التسعينيات وحتى القرن الجديد. تشمل التقنيات كلاً من تحليل دوائر المحرك (MCA) وتحليل توقيع تيار المحرك (MCSA) المطبقين على كل من أنظمة المحركات الكهربائية النشطة وغير النشطة. يبدو أن التطبيقات لا حصر لها تقريبًا.

الأنظمة المدرجة في هذا البحث هي ALLTEST IV PRO 2000 محلل الدائرة الحركية ، ومحلل التوقيع الحالي للمحرك ALL-TEST PRO OL ، وبرنامج إدارة المحرك EMCAT ، وبرنامج Power System Manager ، وبرنامج ATPOL MCSA. تشتمل مجموعة ALL-TEST PRO MD على تكامل جميع هذه الأنظمة بالإضافة إلى برنامج MotorMaster Plus التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. الغرض من هذا البحث هو التأكيد على تطبيق MCSA لنظام ALL-TEST PRO MD الذي يحافظ على ما يلي:

• قراءات MCA للمقاومة ، والمقاومة ، والتحريض ، وزاوية الطور ، واستجابة التيار / التردد ، واختبار العزل على الأرض (MegOhm).
• إمكانيات MCSA للجهد واستخلاص التيار ، بما في ذلك تحليل FFT حتى 5 كيلو هرتز.
• التحليل الآلي وإمكانيات الاتجاه لكل من MCA و MCSA من خلال البرنامج.
• تسجيل البيانات والتحليل بجودة الطاقة الكاملة بما في ذلك الالتقاط الفوري لحدث ثلاثي الطور.

تتضمن الأمثلة الموجودة في هذه الورقة العديد من التطبيقات المحتملة المتاحة من خلال تنفيذ تقنيات تشخيص المحركات.

اختبار شريط الدوار

كان الغرض الأساسي من التطوير الأصلي لتكنولوجيا MCSA هو اكتشاف أخطاء قضيب الدوار. يصعب تقييم القضبان الدوارة باستخدام طرق الاختبار التقليدية ، بما في ذلك تحليل الاهتزاز. تم تحديد أنه يمكن استخدام طريقة تستخدم التيار لتقييم حالة قضبان الدوار. القاعدة الأساسية بسيطة: تشير النطاقات الجانبية للترددات الجانبية حول تردد الخط الأساسي ، عندما يكون المحرك تحت الحمل ، إلى وجود مشاكل مع الدوار. تم تحديد القاعدة القياسية بأن مشاكل قضيب الدوار خطيرة عندما تقترب ذروات النطاق الجانبي في حدود 35 ديسيبل من ذروة تردد الخط ..

الشكل 1: ترددات شريط الدوار

يوضح المثال في الشكل 1 نطاقات جانبية عند حوالي -40 ديسيبل من تردد خط الذروة. قد يشير هذا إلى قضيب دوار واحد على الأقل مكسور في محرك بقوة 500 حصان و 4160 فولت على ضاغط.

الشكل 2 هو مثال لواحد من اثنين ممكنين
سيناريوهات:

• صب الفراغات في دوار الألومنيوم.
• لينة الأسنان (أو الأسنان) في تطبيق موجه.

الشكل 2: صب الأسنان الفارغة أو “اللينة”

باستخدام جهد فك التردد العالي و FFT الحالي ، يمكن اكتشاف مشكلات مثل الانحراف الديناميكي والثابت ، وقضبان الدوار السائبة والأخطاء الأخرى المتعلقة بالدوار.

الشكل 3: فرك الدوار بدون تحميل

البيانات الواردة في الشكل 3 تتعلق بقوة 7.5 حصان ، 1800 دورة في الدقيقة ، مضخة غاطسة تم اختبارها جافة بدون تحميل. كان الجزء المتحرك يفرك قليلاً ضد قلب الجزء الثابت والذي تم تحديده على أنه انحراف ثابت وديناميكي مع قمم تيار متعددة كما هو موضح.

اختبار المحرك التعريفي

يمكن تقييم المحركات أحادية وثلاثية الطور باستخدام توليفة من الجهد والتيار المستخرجين. قاعدة معينة ، وقوة ، أ
مزيج الجهد والتيار ، هو أنه إذا كانت القمم تظهر في الجهد والتيار ، فإن الخطأ يكون كهربائيًا بطبيعته ، إذا كانت الذروة تظهر في التيار ، ولكن ليس الجهد ، فإن المشكلة تكون ميكانيكية بطبيعتها. تتمثل إحدى الميزات الأخرى لتقييم الأنظمة باستخدام MCSA في أنه يمكنك اكتشاف أخطاء مصدر الطاقة والأعطال المتعلقة بالحمل.

الشكل 4: عطل ميكانيكي للجزء الثابت

كما ستلاحظ في الشكل 4 ، يتم تحديد القمم في التيار ، لكن لا تظهر في الجهد FFT. هذا يدل على وجود أخطاء ميكانيكية. نظرًا لارتباطها بسرعة الجري وعدد فتحات الجزء الثابت ، فهي عبارة عن خطأ ميكانيكي متعلق باللفات. توجد العديد من القمم الحالية فقط ، مما يشير إلى العيوب المتعلقة بالحمل ، في هذه الحالة ، على الأرجح مشكلة في علبة التروس (لاحظ أن هذه هي البيانات عالية التردد المتعلقة بالشكل 2).

الشكل 5: عدم الاتزان الميكانيكي

كان للمحرك الموضح في الشكل 5 عدم توازن ميكانيكي. يظهر التوقيع بتردد خطين (LF) ، تردد خط أربع مرات ثم مخطط تردد خطين. في هذه الحالة ، تضاعف قضبان الدوار سرعة الجري مع النطاقات الجانبية LF ثم يظهر النمط المتبقي.

اختبار محرك DC

يتم تقييم محركات التيار المستمر بطريقة مماثلة للاهتزاز. في واقع الأمر ، فإن التواقيع هي نفسها في الاهتزاز كما في MCSA. يتم أخذ الجهد والتيار المستمر من دائرة المحرك.

الشكل 6: خطأ محرك التيار المستمر

في حالة الشكل 6 ، تشير التوافقيات المتعددة لتردد الخط بالإضافة إلى التوافقيات المتعددة لعدد إلكترونيات الطاقة (SCR) مرات تردد الخط (360 هرتز ، في هذه الحالة) ، إلى خطأ SCR أو اتصال فضفاض. يمكن تأكيد ذلك من خلال عرض تموج الجهد والتردد في بيانات التردد المنخفض.

اختبار المولد المتزامن

يمكن أيضًا تقييم المولدات المتزامنة بسرعة وببساطة باستخدام الجهد والتيار المستخرج من التشكيل. في حالة المثال التالي ، تعثر المولد في درجة حرارة عالية. تم استخدام كل من MCA و MCSA لتقييم النظام.

الشكل 7: بيانات MCSA على المولد المتزامن (التكرار المنخفض)

الشكل 8: الانحراف الديناميكي للمولد

أظهر المولد الذي يتم اختباره زيادة في الانحراف على مدار 40 دقيقة من التشغيل التجريبي ، وأعطال الحقل الدوار وبعض توقيعات الأعطال الكهربائية. تم ربط هذه المعلومات ببيانات MCA التي تشير إلى وجود ملف قصير وكابل قصير وهبوط كبير في مقاومة العزل على المدى القصير للحمل الجزئي. كان المولد عبارة عن مولد تيار متردد بقوة 475 كيلو وات و 480 فولت والذي يتطلب ثلاثة كابلات متوازية لكل مرحلة. هناك عدد من الخيارات مع نظام ATPOL للكابلات الأكبر حجمًا. ومع ذلك ، في السؤال ، تم استخدام واحد من كل من الكابلات الثلاثة لكل مرحلة ، لذلك كانت القيم الحالية تقريبًا 1/3.

الشكل 9: التوصيل الحالي للمولد

محركات التردد المتغير

كانت محركات التردد المتغيرة تحديًا لعدد من أنظمة MCSA. لكن في حالة ATPOL ، هذه ليست مشكلة. يمكن عرض جهد الخرج والإشارات الحالية (الشكل 10).

الشكل 10: الجهد VFD وأشكال الموجة الحالية (التقاط 0.05 ثانية)

الشكل 11: بيانات التردد المنخفض VFD

في الشكل 11 ، وهو التردد المنخفض (< 120 هرتز) لنفس النظام مثل الشكل 10 ، توضح أن تردد خط الإخراج للمحرك هو 43 هرتز وسرعة التشغيل للمحرك 3600 دورة في الدقيقة هي 2570 دورة في الدقيقة.

الشكل 12: بيانات التردد العالي VFD

كما يمكن ملاحظته في الشكل 12 ، يشير الجهد القوي والقمم الحالية إلى أخطاء متعلقة بنظام المحرك. ترجع بعض الضوضاء الإضافية بشكل صارم إلى الجهد وأشكال الموجة الحالية التي تأتي من VFD. ومع ذلك ، سيقوم البرنامج تلقائيًا بوضع المؤشرات المتعلقة بأعطال مختلفة داخل أشكال الموجة.

الشكل 13: تحليل خاص في قيم الذروة

يوضح الشكل 13 نفس البيانات ، ولكن مع عرض ذروة الفولتية والتيارات. تشير تيارات التردد الأعلى إلى المشكلات المتعلقة بتوافقيات الجهد ، والتي تظهر في شكل الموجة السفلي. تظهر جميع البيانات مجتمعة مشكلة متعلقة بالجهد الوارد. عند اختبارها عند 46 هرتز ، أصبحت المشكلة أكثر أهمية وأشارت إلى عطل محتمل في نظام الإمداد أصبح سائدًا فوق 45 هرتز.

سيتم تخفيف الحل مع تطبيق التصفية على خرج محرك VFD.

اضغط لكمة مع محرك ومحرك إيدي الحالي

يمكن رؤية نظام المحرك الكامل ، بما في ذلك الحمولة المدفوعة.

الشكل 14: دورة تحميل اضغط على لكمة

يوضح الشكل 14 الدورة الحالية على مدى 10 ثوانٍ. Peak A هي واحدة من ثلاث قمم في هذه الدورة تتعلق بالثقب (السفلي) لضربة الضغط بينما ترتبط النقطة C بأعلى الحد. تحدد النقطة B نوعًا من مشكلة الاحتكاك أو الإمساك عندما اقترب النظام من ذروة السكتة الدماغية. تساعد الضربات السفلية الثلاثة في تحديد أن العملية تحدث 18 مرة في الدقيقة.

الشكل 15: النطاقات الجانبية لتردد الخط المرتبط بالمحرك

يحدد الشكل 15 “ضوضاء أرضية” عالية والعديد من النطاقات الجانبية حول ذروة تردد LF. يساعد هذا ، إلى جانب البيانات عالية التردد ، في توجيه الاتجاه نحو الحمل.

الشكل 16: البيانات عالية التردد مخلب إيدي الحالي

يحدد الشكل 16 وجود اتصال و / أو خطأ SCR في جهد التيار المستمر من المقوم (ستة SCR). القمم في الأعلى
يحدد الطيف الترددي أيضًا العيوب في محرك التيار الدوامي وضغط المثقاب نفسه ، على الأرجح رخاوة في النظام (تُظهر التواقيع ذات الصلة أرضيات ضوضاء مرتفعة).

MCSA وتطبيقات الطاقة

تتضمن ميزات التقارير الآلية وتسجيل البيانات لنظام ATPOL أيضًا القدرة على العمل جنبًا إلى جنب مع برنامج MotorMaster Plus التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

تم تمويل ميزات إضافية لإدراجها في MotorMaster Plus بواسطة ALL-TEST Pro و Dreisilker Electric Motors و Pruftechnik للسماح بتضمين معلومات تشخيص المحرك للتحليل. يسمح استخدام كل من MCA و MCSA للمستخدم بتقييم حالة المحرك الكهربائي ثم إجراء إصلاح متعلق بالطاقة مقابل قرار الاستبدال بعائد استثمار مؤكد.

على سبيل المثال ، حدد محرك بقوة 40 حصانًا و 1800 دورة في الدقيقة تم اختباره باستخدام MCSA بعض الأعطال الميكانيكية والكهربائية ذات الصلة. تم دمج البيانات في تقرير MotorMaster Plus وتم تحديد معدل تكرار التشغيل بنسبة 91.5٪ بكفاءة عند تحميل 90٪. بافتراض تكلفة طاقة قدرها 0.07 دولار / كيلوواط ساعة و 14 دولارًا أمريكيًا / كيلوواط طلب ، مع تشغيل 2000 (وردية واحدة) سنويًا ، تم تحديد محرك كهربائي بديل عالي الكفاءة باسترداد بسيط 0.9 عام و 866 ٪ بعد العائد الضريبي على الاستثمار.

يمكن أيضًا استخدام البيانات بواسطة أداة تقييم نظام الضخ التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية (PSAT) و AirMaster وأدوات أخرى.

قوة تشخيص المحرك – نظام ALL-TEST PRO MD

تسمح القوة المجمعة لـ MCA و MCSA المتوفرة في مجموعة ALL-TEST PRO MD ، المدمجة من خلال نظام EMCAT Motor Management Software ،
يقوم المستخدم بما يلي:

• التحليل الآلي لكل من بيانات MCA و MCSA.
• حساب الاسترداد من خلال أنظمة Power System Manager و MotorMaster Plus.
• تشغيل الآلات الكهربائية
• استكشاف أخطاء الآلات الكهربائية
• تتجه الآلات الكهربائية
• – السبب الجذري – تحليل الآلات الكهربائية
• عرض نظام كامل للصحة الكهربائية والميكانيكية
• تقييم أنظمة التيار المتردد / التيار المستمر ، الأحمال من خلال أنظمة “الاقتران الناعم” (على سبيل المثال: محركات التيار الدوامي)
• دراسات ومسوحات الطاقة.
• يدعم تقنيات التشخيص الأخرى مثل الاهتزاز والأشعة تحت الحمراء والمزيد.

كل ذلك من خلال نظام تشخيص حركي بسيط. يمكن جمع البيانات باستخدام مجمعي البيانات المحمولة باليد أو من خلال إمكانية “التشغيل عن بُعد” عبر جهاز كمبيوتر أو كمبيوتر محمول (يمكن تشغيل النظام عن بُعد من شاشة الكمبيوتر).

استنتاج

كان الغرض من هذا المستند التعريفي التمهيدي ALL-TEST Pro هو تقديم إمكانيات MCSA لنظام تشخيص محرك ALL-TEST PRO MD.
القدرات ، كما هو موضح ، تتجاوز التحليل البسيط للمحركات الحثية وتشمل:

• محركات التيار المتردد والمولدات
• محركات ومولدات التيار المستمر
• أنظمة أحادية وثلاثية الطور
• محركات إيدي الحالية
• محركات التردد المتغير
• جودة الطاقة الواردة
• حمولة مدفوعة
• أكثر بكثير

لقد تجاوزت القدرات تلك المذكورة في هذه الورقة.

سيتم تقديم أوراق إضافية تحدد الفرص باستخدام جودة الطاقة و MCA و MCSA واكتشاف الأخطاء المتعلقة بالحمل.