كشف أخطاء محرك المحرك المعدل بعرض النبض باستخدام تحليل التوقيع الكهربائي

يستمر استخدام الصناعة لمحركات المحركات لمحركات التيار المتردد في النمو، وأصبح المحرك المعدل بالعرض النبضي (PWM) هو المعيار الصناعي الشائع لتطبيقات القدرة الحصانية المنخفضة إلى المتوسطة. كما هو الحال مع المكونات الأخرى داخل نظام المحرك، فإن محرك PWM له أوضاع فشل مختلفة ولأغراض استكشاف الأخطاء وإصلاحها، يستخدم الكهربائي عادةً مقياسًا رقميًا متعددًا (DMM) ومرسمة الذبذبات الرقمية ومحلل جودة الطاقة. تسمح هذه الأدوات الثلاثة للكهربائي باستكشاف الأخطاء وإصلاحها للمشكلات المتعلقة بالطاقة الواردة ومحرك المحرك، ولكنها توفر قدرة محدودة على اكتشاف الأخطاء داخل المحرك نفسه والحمل الذي يحركه المحرك. علاوة على ذلك، نظرًا لأن هذه الأدوات منفصلة وقد توفر قدرة محدودة على إعداد التقارير، فقد يكون من الصعب إجراء اختبار لأغراض الصيانة التنبؤية (PdM) أو الصيانة القائمة على الحالة (CBM).

هذا هو المكان الذي يقدم فيه تحليل التوقيع الكهربائي (ESA) مزايا متميزة مقارنة بجهاز DMM، ومنظار الذبذبات، ومحلل جودة الطاقة لأغراض اختبار الموثوقية. علاوة على ذلك، إلى جانب تقييم حالة الطاقة الواردة ومحرك المحرك، فإنه سيتم أيضًا تقييم حالة المحرك والحمل المدفوع للعديد من أوضاع الفشل الشائعة.

حول وكالة الفضاء الأوروبية

ESA هي طريقة اختبار عبر الإنترنت حيث يتم التقاط أشكال الطول الموجي للجهد والتيار أثناء تشغيل النظام الحركي، ومن ثم، عبر تحويل فورييه السريع (FFT)، يتم إجراء تحليل طيفي عبر البرنامج المقدم. من هذا FFT، يتم اكتشاف الأخطاء المتعلقة بالطاقة الواردة، ودائرة التحكم، والمحرك نفسه، والحمل المدفوع ويمكن بعد ذلك توجيهها لأغراض CBM/PdM. إن أداة ESA الخاصة بنا محمولة باليد ومحمولة وتعمل بالبطارية.

تتطلب جميع أنظمة تحليل وكالة الفضاء الأوروبية معلومات لوحة المحرك الخاصة بالجهد وسرعة التشغيل وتيار الحمل الكامل والقدرة الحصانية (أو كيلوواط). بالإضافة إلى ذلك، يمكن إدخال معلومات اختيارية مثل عدد فتحات العضو الثابت وقضيب الدوار وأرقام أجزاء المحمل ومعلومات عن مكونات الحمل المدفوعة، مثل عدد الشفرات للمروحة أو عدد الأسنان لتطبيق صندوق التروس للحصول على تحليل أكثر تفصيلاً ودقة.

نظرًا لأن وكالة الفضاء الأوروبية جديدة بالنسبة للعديد من الأشخاص، يوجد أدناه مخطط يوضح الأخطاء العامة التي تكتشفها وكالة الفضاء الأوروبية. انظر الشكل 1.

تتناول هذه المقالة ثلاثة أخطاء شائعة في محرك PWM:

1) صمام ثنائي مدخل مفتوح في جسر المقوم.

2) فشل المكثفات في دائرة التيار المستمر المتوسطة.

3) الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة بشكل سيء (IGBT).

من بين الحالات الثلاثة، يعد اكتشاف المكثفات الفاشلة هو الأصعب في وقت مبكر، حيث لا توجد علامات فورية لهذه الحالة من خلال مراقبة أداء المحرك.

حول محرك الأقراص

يوضح الشكل 2 الكتل الأساسية لمحرك PWM والتي تشمل طاقة التيار المتردد الواردة، وجسر الصمام الثنائي كامل الموجة الذي يصحح جهد التيار المتردد الوارد، ودائرة التيار المستمر الوسيطة التي تحتوي على المكثف (المكثفات)، وجسر العاكس والمحرك.

عند الاختبار باستخدام ESA، يتم إجراء توصيلات الجهد والتيار لنظام المحرك الذي يتم اختباره. يتم ذلك عادةً في مركز التحكم في المحرك ويتم إجراء التوصيلات باستخدام مجسات الجهد المحمولة المتوفرة ومحولات التيار المحمولة أو عن طريق صناديق التوصيل الخاصة المثبتة مسبقًا. تتمثل ميزة صندوق الاتصال في القدرة على أخذ البيانات دون فتح لوحة التحكم في المحرك لإجراء هذه الاتصالات المطلوبة.

مع تطبيقات PWM ينبغي أخذ مجموعتين من البيانات، واحدة عند الإدخال إلى محرك PWM والأخرى عند إخراج محرك PWM. تستغرق عملية جمع البيانات بأكملها (بعد إجراء الاتصالات) حوالي 4 دقائق ولا يلزم وجود معلومات عن لوحة اسم المحرك في هذه المرحلة. يمكن إدخال هذه المعلومات لاحقًا عند إجراء تحليل البيانات.

يتم بعد ذلك عرض ملفات البيانات باستخدام البرنامج المتوفر ويتم إنشاء تقرير Microsoft® Word. يوفر البرنامج أدوات سهلة الاستخدام للعمل مع أطياف التحليل المختلفة. يمكن رؤية نتائج البرنامج دون إنشاء التقرير الكامل.

يقوم البرنامج تلقائيًا بالإبلاغ عما يلي:

عامل الطاقة، عدم توازن التيار، عدم توازن الجهد وجهد RMS إلى لوحة الاسم، الحمل على لوحة الاسم، اتصال الطور، صحة الدوار، الصحة الكهربائية والميكانيكية للجزء الثابت، الفجوة الهوائية للعضو الدوار/الجزء الثابت، التشوه التوافقي الكلي (الجهد والتيار)، مؤشرات المحاذاة غير الصحيحة/عدم التوازن و تحمل الصحة.

كما أنه يُبلغ عن الجهد الكهربي وذروة التيار وعامل القمة، ومقاومة الطور، والطاقة (الظاهرية والحقيقية والمتفاعلة)، وسرعة التشغيل، وتردد الخط. بالنسبة للمحركات الحثية ذات التيار المتردد ومحركات التيار المستمر، سيتم أيضًا حساب كفاءة المحرك.

يمكن للمستخدم المتوسط ​​الماهر إجراء تحليل كامل وإنشاء تقرير في أقل من 10 دقائق لكل محرك.

الحالة الأولى

الحالة الأولى هي محرك السيارة الذي تم استلامه في منشأة خدمة EMA Inc، Cortland، NY. تم تشغيل المحرك والمحرك على مقياس قوة للاختبار.

تم جمع مجموعتين من البيانات. الأول هو شكل موجة يتم التقاطه فقط عند إدخال محرك الأقراص ثم يتم التقاط المجموعة الثانية عند إخراج محرك الأقراص. تتضمن مجموعة البيانات الثانية التقاط شكل موجة الجهد والتيار، بالإضافة إلى 50 ثانية من أشكال موجة الجهد والتيار.

ويبين الشكل 6 الشكل الموجي الحالي الوارد للمرحلة C. لاحظ أن القمم السلبية مفقودة. يحدث هذا بسبب الصمام الثنائي المفتوح.

يحدد التقرير الذي تم إنشاؤه تلقائيًا من وكالة الفضاء الأوروبية كلا من عدم التوازن الحالي والتشوه التوافقي المفرط، والذي يسببه الصمام الثنائي المفتوح.

هذه الصفحة الأولى من التقرير عبارة عن ملخص فقط، وهناك صفحات إضافية توفر تفاصيل لكل عنوان من عناوين المواضيع الرئيسية. سيؤدي عدم توازن طور التيار الكبير، كما هو موضح هنا، إلى إتلاف المكونات الداخلية لمحرك PWM وقد يؤدي إلى الضغط على محول الإمداد الذي يغذي محرك المحرك

الحالة الثانية

استلمت وكالة الأدوية الأوروبية الحالة الثانية لإصلاحها، وتتضمن مكثفات قديمة في بنك المكثفات. المشكلة هي أنه عندما تبدأ هذه المكثفات في التقادم والتدهور، فإن أداء المحرك لن يقدم أي مؤشرات واضحة. بمجرد أن تبدأ المكثفات في الفشل، يتم حمل تيار إضافي بواسطة المكثفات الجيدة، مما يولد حرارة زائدة في المكثفات، وتؤدي الحرارة الإضافية إلى تسريع فشل المكثفات المتبقية. تحتوي هذه المكثفات على فتحات لتبديد الضغط الزائد بداخلها، ولكن من الممكن أن تنفجر هذه المكثفات، إذا لم يتم تنفيسها بالسرعة الكافية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجهد المموج الزائد الذي يتم توفيره للمحرك سوف يتسبب في سحب التيار التوافقي بواسطة المحرك. ستؤدي هذه التيارات التوافقية إلى خلق عزم دوران تسلسلي سلبي، وأداء محرك ضعيف، وتراكم حرارة ضارة إضافية داخل المحرك.

يوضح الشكل 9 الجهد الكهربي عند خرج محرك الأقراص، وهذا لمحرك جيد مع مكثفات في حالة جيدة.

الحالة الثالثة

استلمت وكالة الأدوية الأوروبية الحالة رقم ثلاثة لإصلاحها. يُظهر الشكل الموجي للخرج عدم تشغيل IGBT (الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة). وهذا يخلق عدم التوازن في التيار وتشويه الموجي.

استنتاج

في الختام، توفر أدوات DMM، ومرسمة الذبذبات، وجودة الطاقة قدرة جيدة على استكشاف الأخطاء وإصلاحها لمحركات محركات PWM. ومع ذلك، فإنها لا تتكامل بشكل جيد مع برنامج موثوقية اختبار المحركات الكهربائية بسبب القيود المفروضة على جمع البيانات وإعداد التقارير. علاوة على ذلك، فهي توفر القليل من المعلومات المتعلقة بالمشاكل الشائعة المتعلقة بالمحرك والحمل.

يسمح تحليل التوقيع الكهربائي لفني الموثوقية برؤية نظام المحرك بالكامل بدءًا من الطاقة الواردة وحتى الحمل المدفوع. مع تطبيقات PWM، يستغرق جمع البيانات أقل من 4 دقائق بعد إجراء اتصالات الجهد والتيار. من خلال عملية الاختبار هذه التي تستغرق 4 دقائق، يمكن للتحليل الكامل الذي يستغرق 8 دقائق تحديد المشكلات بسرعة مثل الثنائيات المعدلة الفاشلة، ومكثفات ناقل التيار المستمر الضعيفة، وIGBT الفاشلة قبل أن يتسبب عطل المحرك أو المحرك في فشل نظام المحرك.

من المهم ملاحظة أنه في جميع الحالات الثلاث قد يظل المحرك قيد التشغيل، اعتمادًا على الحمل وعوامل التشغيل الأخرى، لكن ضمان استمرار النظام في العمل يكون معرضًا للخطر. إن قدرة وكالة الفضاء الأوروبية على تحديد هذه الأخطاء مبكرًا، قبل حدوث أي ضرر إضافي للمحرك أو محرك PWM، ستساعد في تقليل وقت التوقف عن العمل باهظ الثمن، وزيادة موثوقية المعدات، وربما منع حدوث أضرار كارثية للمعدات أو إصابة محتملة للموظفين.

عن المؤلفين

ريتشارد سكوت هو مدير المبيعات الوطنية ودون هابابورو، CMRP، هو مدير الحساب الرئيسي لشركة ALL-TEST Pro, LLC. ALL-TEST Pro هي شركة مصنعة لمعدات الاختبار المحمولة لتحليل دوائر المحرك (MCA)، وتحليل التوقيع الكهربائي (ESA)، وتحليل جودة الطاقة (PQ) المستخدمة في اختبارات الصيانة التنبؤية، ومراقبة الجودة، واستكشاف أخطاء المحركات الكهربائية وإصلاحها. المولدات والمحولات والملفات واللفات. توفر أدوات ALLTEST PRO® MCA الكشف المبكر عن الأعطال الكهربائية بما في ذلك: أخطاء اللف، وعدم توازن الطور، وأخطاء الدوار، والأخطاء الأرضية. توفر أداة ALL-TEST PRO® ESA وPQ تحليلاً تلقائيًا من الطاقة الواردة، المحرك الكهربائي، من خلال الحمل المدفوع، الكهربائي والميكانيكي. يتم حمل الأدوات يدويًا، وتعمل بالبطارية، وسهلة الاستخدام وستختبر تقريبًا أي حجم أو نوع من المحركات الكهربائية أو المولدات أو المحولات، حتى من مكان بعيد. الموقع هو www.alltestpro.com.

دين ويليامز هو نائب رئيس الخدمات الفنية لشركة EMA, Inc ويعمل في مركز الخدمة في كورتلاند، نيويورك. تبيع شركة EMA محركات الأقراص وتخدمها بالإضافة إلى توفير التدريب على استكشاف أخطاء محركات الأقراص وإصلاحها بشكل صحيح. الموقع هو www.emainc.net.

Microsoft® Word هي علامة تجارية مسجلة لشركة Microsoft Corporation.

حقوق النشر © 2008 ALL-TEST Pro, LLC جميع الحقوق محفوظة