كيفية اختبار محرك متزامن مع التكنولوجيا الحديثة

من أجل فهم أفضل لتطبيق اختبار وتحليل الدوائر الحركية على المحركات الكهربائية المتزامنة (الآلات المتزامنة)، من المهم الحصول على نظرة عامة موجزة عن تشغيل المحرك المتزامن، والأخطاء الأكثر شيوعًا، وطرق الاختبار الشائعة، وكيفية إجراء جميع الاختبارات . -TEST IV PRO™ (يعمل الآن AT5™ ) مع محركات متزامنة كبيرة، والخطوات الأساسية لتحليل الأعضاء الثابتة والدوارات المتزامنة، ونتائج الاختبار المتوقعة ( Editor- ALL-TEST PRO 5™ هو البديل الموصى به لـ ATIV™). في هذه الورقة ، سنناقش هذه الجوانب المختلفة ، مع الإشارة إلى مواد أخرى للحصول على تفاصيل إضافية.

حول الآلات المتزامنة

للمحركات المتزامنة الكبيرة وظيفتان أساسيتان:

• الأول هو تحسين عامل الطاقة الكهربائية في المصنع. في أي مصنع بأحمال استقرائية كبيرة ، مثل المحركات والمحولات ، يبدأ التيار في التأخر عن الجهد (عامل طاقة ضعيف). عندما يصبح هذا شديدًا بدرجة كافية ، يتطلب النبات كميات أكبر بكثير من التيار لأداء نفس القدر من العمل. يمكن أن يتسبب هذا في انخفاض الجهد والسخونة الزائدة للمكونات الكهربائية. يمكن استخدام المحرك المتزامن بطريقة لا تسبب تأثيرًا طفيفًا أو معدومًا على عامل القدرة ، أو يمكن استخدامها لتسبب التيار في الجهد الكهربي لتصحيح مشاكل عامل الطاقة.
• الطريقة الثانية للعملية هي امتصاص الأحمال النابضة ، مثل الضواغط الترددية. بمجرد أن يحقق المحرك المتزامن سرعة متزامنة، فإنه يحتوي على ملفات “تقفل” في خطوة مع المجالات المغناطيسية الدوارة للمحرك الكهربائي من الجزء الثابت. في حالة حدوث نبضة عزم (كما هو الحال في الجزء العلوي من شوط الضاغط الترددي) ، فقد يخرج المحرك عن التزامن مع الحقول الدوارة. عندما يحدث هذا ، فإن ملفًا خاصًا على الدوار يسمى ملف amortisseur (انظر البناء المتزامن أدناه) يمتص الطاقة من نبضة عزم الدوران ، مما يحافظ على الدوار متزامنًا.

البناء الأساسي للمحرك المتزامن واضح ومباشر. هناك ثلاث مجموعات من اللفات ، الجزء الثابت ، والدوار ، والمحامل ، وإما مولد (بدون فرش) أو “مثير ثابت” (نوع الفرشاة).

تتكون اللفات من:

• ملف قياسي ثلاثي الطور، يشبه إلى حد كبير المحرك الكهربائي التعريفي القياسي
• مجموعة من ملفات المجال وهي عبارة عن ملفات DC مصنوعة من سلك دائري للآلات الصغيرة وسلك مستطيل أو شريطي للآلات الكبيرة
• ملف مستهلك، والذي يشبه القفص السنجابي للمحرك التعريفي

طرق البدء لكل من نوع الفرشاة والمحركات المتزامنة عديمة الفرشاة متشابهة. ستكون دائرة البداية مختلفة لكليهما. فيما يلي وصف للوضع الأساسي للعملية ، يليه وصف موجز للاختلافات:

أثناء مرحلة بدء محرك متزامن ، فإنه يعمل بنفس طريقة عمل المحرك التعريفي القياسي. يتلقى الجزء الثابت تيارًا كهربائيًا ويتم تطوير مجال مغناطيسي دوار (السرعة = (120 * التردد المطبق) / # من الأقطاب). يولد هذا المجال تيارًا في ملف amortisseur ، والذي يستخدم لتطوير عزم دوران البداية عن طريق توليد مجال مغناطيسي خاص به يتفاعل مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت في فجوة الهواء ويؤدي إلى تتبع الجزء المتحرك المجالات المغناطيسية للجزء الثابت. عندما يبدأ الجزء المتحرك في اللحاق بمجالات الجزء الثابت ، يتم حقن تيار التيار المستمر في ملفات مجال الدوار ، مما يؤدي إلى تكوين أزواج مغناطيسية شمالية وجنوبية (توجد ملفات العضو الدوار دائمًا في أزواج). خطوة القفل هذه مع المجالات المغناطيسية للجزء الثابت وتتبع بنفس سرعة حقول الجزء الثابت، في حين أن المحرك التحريضي القياسي يتخلف دائمًا.

في آلة الفرشاة ، عادةً ما يأتي مصدر التيار المستمر لحقول الدوار من بادئ “ثابت” (إلكتروني) ، والذي يحول طاقة التيار المتردد الموردة إلى تيار مستمر. في معظم الحالات ، يتنوع الإخراج DC من خلال دورة البداية. يمكن أيضًا إعداد محرك الأقراص لتقصير ملفات المجال الخاصة بالماكينة لتجنب تشبع العضو الدوار وتيارات عالية للغاية ناتجة عن الجزء الثابت. بمجرد أن يبدأ الدوار في الدوران ، يتم تزويد التيار المستمر لمساعدة المحرك في تطوير عزم الدوران. يتم توفير جهد التيار المستمر من خلال زوج من حلقات الانزلاق والفرش.

في آلة بدون فرش ، يتم تثبيت مولد التيار المباشر مباشرة على عمود المحرك المتزامن. عندما يبدأ المحرك المتزامن ، يوفر المولد القليل جدًا من التيار المستمر من خلال المبدل. مع زيادة السرعة، يزداد جهد التيار المستمر أيضًا، مما يساعد المحرك على توليد عزم الدوران ومن ثم تثبيته بسرعة متزامنة. في هذا النوع من الآلات ، يتم توصيل المولد بسلك مباشر إلى حقول الدوار.

هناك أيضًا آلات بها مولد مركب على عمود الدوار يغذي تحكمًا منفصلاً. يتم استخدام هذا أولاً لتقصير اللفات ثم التحكم في كمية التيار المستمر التي يتم تغذيتها بالدوار ، تمامًا مثل آلة الفرشاة.

أخطاء المحرك المتزامن الأكثر شيوعًا

تميل المحركات المتزامنة الكبيرة إلى أن تكون جيدة البناء وقوية. غالبًا ما تكون محملة بالمواد لتحمل الأحمال الشديدة التي يتم تطبيقها. أكثر الإخفاقات شيوعًا للآلات الصناعية المتزامنة بالترتيب هي:

• المحامل بسبب التآكل العام والتلوث
• الحقول الدوارة – نظرًا لارتفاع درجات الحرارة ، فإنها غالبًا ما تحترق من الداخل إلى الخارج
• اللفات Amortisseur – في الغالب في الأحمال الترددية. بسبب كمية الطاقة الممتصة ، غالبًا ما تتشقق قضبان اللف. على وجه الخصوص، إذا بدأت حقول الدوار في الفشل وأصبحت قصيرة، مما يجعل من السهل على الدوار أن يخرج عن “التزامن”.
• لفات الجزء الثابت – البلى العام والتلوث. تميل ملفات الجزء الثابت في الآلات المتزامنة إلى أن تكون “ملفوفة” ومعزولة بشدة.

تبدأ جميع أخطاء اللف تقريبًا التي تحدث في محرك متزامن بين الموصلات في الدوار أو ملفات الجزء الثابت.

طرق الاختبار الشائعة ونقاط القوة والضعف

فيما يلي طرق الاختبار التقليدية لتقييم حالة المحرك المتزامن:

• اختبار مقاومة العزل: باستخدام الفولتية المطبقة على التيار المستمر كما هو محدد بواسطة IEEE 43-2000 ، يتم وضع احتمال بين لفات الجزء الثابت والأرض. هذا يقيس فقط الأخطاء المباشرة بين لفات الجزء الثابت وإطار الجزء الثابت. يتم تنفيذه أيضًا من خلال حلقات الانزلاق الموجودة على آلة من نوع الفرشاة.
• مؤشر الاستقطاب: نسبة مقاومة العزل من 10 دقائق إلى دقيقة واحدة. لقد تم استخدام هذا تقليديًا كوسيلة لقياس حالة العزل بين ملفات الجزء الثابت والإطار. كما هو الحال مع اختبار مقاومة العزل، يمكن أيضًا إجراء ذلك من خلال حلقات الانزلاق الموجودة على آلة من نوع الفرشاة. كما هو مذكور في IEEE 43-2000 ، فإن طريقة الاختبار هذه صالحة فقط في أنظمة العزل قبل 1970.
• الاختبار ذو الإمكانات العالية: الأكثر شيوعًا على الأجهزة الكبيرة هو اختبار الجهد العالي للتيار المستمر والذي يتم إجراؤه بقيمة ضعف جهد لوحة اسم المحرك بالإضافة إلى 1000 فولت ، مضروبة في الجذر التربيعي لـ 3. في نظام العزل الحالي ، غالبًا ما يتم تقليل هذه القيمة إلى 75 ٪ من الجهد المحتمل. يشدد هذا الاختبار بشكل كبير على نظام العزل ويمكن أن يكون ضارًا (وفقًا لمعايير IEEE Std 388 و 389). يجب عدم تطبيق هذا النوع من الاختبار مطلقًا على اللفات الدوارة لمحرك متزامن.
• اختبار مقارنة الاندفاع: يقيِّم حالة الدوران للانعطاف للجزء الثابت فقط من خلال مقارنة الأشكال الموجية لملفين عندما يكون نبض وقت الصعود السريع ضعف الجهد زائد 1000 فولت. إذا كانت هناك مشكلات يمكن تصحيحها ، مثل الملفات الملوثة ، فقد يؤدي هذا الاختبار إلى تلف ملفات المحرك.
• اختبار التفريغ الجزئي: هذه طريقة اختبار غير مدمرة تقيس الترددات الراديوية الناتجة عن التفريغ في الفراغات داخل نظام العزل لملفات المحرك. يعد هذا فعالاً للاتجاه على الأجهزة التي تزيد طاقتها عن 6.6 كيلو فولت ولا يقدم سوى تحذير قصير من 4 كيلو فولت. لا يكتشف أي أخطاء في الدوار.

• تحليل توقيع تيار المحرك: تم تصميمه لاختبار الدوار للمحركات الحثية.
• اختبار انخفاض الجهد: يتطلب تفكيك المحرك. يتم تطبيق جهد 115 تيار متردد على لفات الجزء المتحرك ويقاس انخفاض الجهد بمقياس الفولتميتر عبر كل ملف. إذا كان هناك قصر ، فإن انخفاض الجهد سوف يختلف أكثر من 3٪.

القائمة أعلاه لا تتضمن معدات الاختبار الميكانيكي للمحركات المتزامنة.

حول أداة ALL-TEST Pro

ALL-TEST IV PRO ™ ( Editor- ALL-TEST PRO 5 ™ هو البديل الموصى به لـ ATIV ™) هي أداة إلكترونية بسيطة تؤدي إلى حد كبير نفس طريقة عمل المتر المتعدد ، باستثناء أنها توفر سلسلة من القراءات التي تغطي معلمات التيار المتردد لدائرة المحرك. إنه مجمع بيانات واختبار يرسل إشارة تيار مستمر منخفضة الجهد لاختبار المقاومة البسيطة، بنفس طريقة مقياس المللي أوم، وإشارة تيار متردد منخفضة الجهد وعالية التردد لقراءات التيار المتردد. يقوم الجهاز بعد ذلك بقياس وحساب نتائج الاختبار في الوحدات الهندسية للمقاومة، والممانعة، والحث، وزاوية الطور، واستجابة التيار/التردد، واختبار مقاومة العزل للأرض.

الاختلافات الأساسية بين الاختبار الإلكتروني لمعدات الطاقة مقابل طرق الطاقة التقليدية هي:

• نظرة أكثر شمولاً للدائرة الحركية ، بما في ذلك التأثيرات الناتجة عن التغيرات في حالة عزل ملف مجال الدوار.
• أداة واحدة لمجموعة كبيرة من أحجام المعدات. يقتصر الاختبار فقط على نطاق المقاومة البسيط للأداة (0.010 أوم إلى 999 أوم).
• غير مدمر – لا يتم تطبيق جهد ضار.
• تفسير أسهل للبيانات – بعض القواعد البسيطة لتفسير البيانات (انظر تفسير البيانات أدناه).
• الأجهزة المحمولة مقابل المعدات التي قد تزن من 40 رطلاً إلى أكثر من 100 رطل.
• مصدر طاقة داخلي للجهاز.

مع تقدم عمر نظام العزل، أو إذا كان نظام العزل ملوثًا ويؤثر على سلامة العزل، تتغير الدائرة الكهربائية للمحرك. نظرًا لأن الدوار جزء لا يتجزأ من الدائرة ، فإن التغييرات التي تطرأ على السلامة الكهربائية للدائرة الدوارة ونظام العزل تنعكس بشكل مباشر من خلال لفات الجزء الثابت أيضًا. هذا يسمح لكلا من استكشاف الأخطاء وإصلاحها الفوري والاتجاه طويل الأجل للمحرك.

تسمح معلومات الاختبار الفريدة لأجهزة ALL-TEST Pro Instruments بعرض معلمات كافية لنظام العزل لاكتشاف وعزل:

• لفات الجزء الثابت قصيرة
• حقول الدوار مختصرة
• قضبان متعرجة مكسورة
• فجوة الهواء غريب الأطوار
• تلوث اللف (الدوار والجزء الثابت)
• أعطال عزل الأرض

الخطوات الأساسية لتحليل الآلات المتزامنة باستخدام أدوات ALL-TEST Pro

تشبه خطوات اختبار الآلات المتزامنة تلك الخاصة بتقييم حالة المحركات الحثية القياسية. ومع ذلك ، نظرًا لوجود ملفات مجال على دوار المحرك ، يتم تضمين بضع خطوات إضافية عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

عند اختبار آلة متزامنة من مركز التحكم في المحرك أو بادئ التشغيل:

• قم بإلغاء تنشيط المعدات. تأكد من إلغاء تنشيط مصادر الطاقة الثانوية أيضًا.
• قم بإجراء اختبارات ALL-TEST IV PRO ™ القياسية (الآن AT5 ™) على الجزء الثابت باتباع مطالبات القائمة على الجهاز.
• قم بتقييم نتائج الاختبار (انظر نتائج الاختبار المتوقعة)
• إذا تمت الإشارة إلى خطأ ، فابدأ في استكشاف الأخطاء وإصلاحها:
• اضبط موضع الدوار ، قدر الإمكان ، حتى 45 درجة (أي حركة ستفعل إذا كان من الصعب على الدوار الدوران ، ولكن ليس أقل من 5 درجات)
• إعادة إجراء الاختبارات ومراجعة القراءات. إذا تحول العطل أو تغير بأكثر من رقم ، فمن المرجح أن الخطأ يقع في الدوار.
• إذا ظل العطل ثابتًا (لا يتغير مع موضع الدوار) ، فافصل الخيوط في صندوق أطراف المحرك وأعد الاختبار. إذا استمر الإشارة إلى وجود خطأ ، فمن المرجح أن يكون في الجزء الثابت ، وإذا لم يكن كذلك ، فمن المرجح أن يكون في الكبل.

متوسط ​​وقت الاختبار ، بخلاف استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، حوالي 3-5 دقائق.

عند اختبار آلة متزامنة مفككة ، من المهم أن تتذكر أن القراءات ستكون مختلفة جدًا بدون وجود الدوار في مكانه:

• قم بإجراء اختبار ALL-TEST IV PRO ™ Auto (AT5 Z /  وضع الاختبار) على الجزء الثابت وتقييم نتائج الاختبار. سيوفر هذا مؤشرًا فوريًا على أي أخطاء.
• لاختبار الدوار:

• قم بإجراء الاختبار التلقائي ومقارنته بقراءة سابقة ؛ أو،

• قم بإجراء الاختبار التلقائي ومقارنته بدوار “متطابق” ؛ أو،
• قم بإجراء الاختبار التلقائي عبر كل ملف مجال بدلاً من اختبار انخفاض الجهد.
• يجب أن تلبي جميع المعلمات الثلاثة حدود التقييم.

نظرًا لأسلوب الاختبار ، يمكن توجيه هذه النتائج ومقارنتها بين الأجهزة المتشابهة.

تشمل التطبيقات الأخرى لاختبار الدائرة الحركية التقييم والقبول والصيانة التنبؤية.

نتائج الاختبار المتوقعة

كما ذكرنا في القسم الأخير من هذه الورقة، فإن نتائج الاختبار مماثلة لتلك الموجودة في آلات الحث ثلاثية الطور. أنماط الأعطال واضحة جدًا ويتم تطبيقها بغض النظر عن حجم المعدات ، ضمن نطاق اختبار ALL-TEST Pro Instruments. فيما يلي نظرة عامة موجزة على قياسات الاختبار ونتائجها لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها الأساسية:

• قياسات المقاومة البسيطة: هي مؤشر على التوصيلات عالية المقاومة، أو التوصيلات السائبة، أو الموصلات المكسورة في الدائرة. هذا الاختبار مهم ، خاصة إذا كانت مشكلة المقاومة في مكان واحد ، بناءً على I2R ، البقعة المقاومة ستطلق قدرًا كبيرًا من الطاقة الحرارية (بالواط). على سبيل المثال ، مقاومة 0.5 أوم عبر نقطة في دائرة ترى 100 أمبير ستعطي: (100 أمبير2) (0.5 أوم) = 5000 واط (5 كيلو وات) من الطاقة. هذه هي نفس الطاقة المستخدمة لتشغيل محرك كهربائي بقوة 6 حصان.
• قياس الحث: وهو مؤشر على القوة المغناطيسية للملف وتأثير الملفات الأخرى على الملف الواحد. ويتأثر بعدد اللفات في الدائرة، وأبعاد الملفات، ومحاثة الملفات الأخرى. هذا القياس ، في حد ذاته ، ليس سوى مؤشر جيد لحالة لف amortisseur وغريب المركز الدوار. لن يظهر المحاثة سوى لف قصير إذا كان شديدًا.
• قياس المعاوقة: هذا هو قياس المقاومة المعقدة في الدائرة. يمكن استخدامه ، مثل الحث ، لفحص حالة الملف والدوار. ومع ذلك ، عند استخدامه مع الحث ، يمكن استخدامه للكشف عن اللفات المحمومة والتلوث المتعرج بسرعة. من خلال عرض علاقة الحث والمقاومة بين كل مرحلة: إذا كان المحاثة والمقاومة متوازيتين نسبيًا ، فإن أي عدم توازن حثي ومقاومة يكون في العلاقة بين العضو الدوار والجزء الثابت (موضع الدوار) ؛ إذا لم تكن متوازية ، فهذا مؤشر على مشكلة العزل مثل انهيار العزل أو تلوث اللف.
• زاوية الطور وI/F (التيار/التردد): كلاهما مؤشران على أخطاء العزل بين المنعطفات في الجزء الثابت أو الدوار.
• مقاومة العزل: تقيم العزل على الأرض وستشير فقط إلى فشل العزل.

توصيات حد الاختبار، كما هو موضح في “المبادئ التوجيهية لتحليل الدوائر الإلكترونية الثابتة للآلات الدوارة والمحولات”، هي كما يلي:

الجدول 1: حدود الاختبار (قيم الذروة إلى الذروة)

* يمكن أن تتجاوز هذه القيمة إذا كانت القياسات متوازية.

فيما يلي نظرة عامة على قواعد استكشاف الأخطاء وإصلاحها:

• اللفات المختصرة:

• يمكن تقييم اللفات المختصرة من خلال عرض زاوية الطور وقراءات I / F من الجهاز على ملفات مماثلة أو بين المراحل:
• زاوية الطور (Fi) – يجب أن تكون زاوية الطور في حدود رقم واحد من متوسط ​​القراءة. على سبيل المثال ، قراءة 77/75/76 ستكون جيدة لأن متوسط ​​القراءة هو 76. ستكون قراءة 74/77/77 سيئة.
• استجابة التردد الحالية (I / F) – يجب أن تكون استجابة التردد الحالية في حدود رقمين من متوسط ​​القراءة. على سبيل المثال ، قراءة -44 / -45 / -46 ستكون جيدة. قراءة -40 / -44 / -44 ستكون سيئة. ومع ذلك ، يجب اعتبار قراءة مثل -42 / -44 / -44 مشبوهة.

• الملوثات المتعرجة وموضع الدوار

• قد يتسبب موضع الدوار داخل المحرك الكهربائي في حدوث خلل في الطور الطبيعي. سوف يتسبب التلوث المتعرج أيضًا في حدوث اختلالات في الطور. يمكن أن يُظهر تقييم DF ما إذا كان عدم توازن الطور يأتي من الدوار أو التلوث.

• موضع الدوار – يمكن تقييم اختلالات موضع الدوار من خلال النظر لمعرفة ما إذا كانت قيم المحاثة والمقاومة متوازنة إلى حد ما. على سبيل المثال ، إذا كان هناك محاثة 17/18/19 وممانعات للقيم 24/26/29 ، فإن عدم الاتزان يرجع إلى موضع الدوار. قد يكون هذا هو الحال أيضًا إذا كانت المحاثة 5/5/5 والممانعات 8/9/8.
• تلوث اللفات – يمكن العثور على هذا أيضًا في اللفات المحروقة المحمومة. هذه الظروف هي نتيجة التغييرات في العزل بسبب انهيار نظام العزل.

استنتاج

من خلال مجموعة من القواعد والتعليمات البسيطة ، يوفر ALL-TEST IV PRO ™ (الآن AT5 ™) أداة ممتازة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها وتوجيه حالة الأجهزة المتزامنة. يتم إجراء الاختبار باستخدام قياسات اختبار بسيطة غير مدمرة تسمح برؤية أكثر اكتمالاً للجزء الثابت للمحرك ودائرة الدوار أكثر من أي اختبار آخر. تقييم الاختبار بسيط ومباشر ، بغض النظر عن حجم المعدات أو نوعها.

فهرس

• المبادئ التوجيهية لتحليل دائرة اللف الإلكترونية الثابتة للآلات الدوارة والمحولات ، BJM Corp ، قسم ALL-TEST ، 2001.
• تحليل دوائر المحرك هوارد دبليو بنروز : النظرية والتطبيق وتحليل الطاقة ، النجاح بالتصميم ، 2001.