Forbedre den elektromekaniske pålidelighed ved hjælp af ESA

Figur 1. Almindelige motorfejl (CF = centerfrekvens, RS = kørehastighed, LF = linjefrekvens)

Elektrisk signaturanalyse (ESA) er en teknologi til forudsigelig vedligeholdelse (PdM), der bruger motorens forsyningsspænding og driftsstrøm til at identificere eksisterende og kommende fejl i hele motorsystemet. Disse målinger fungerer som transducere, og eventuelle forstyrrelser i motorsystemet får motorens forsyningsstrøm til at variere (eller modulere). Ved at analysere disse modulationer er det muligt at identificere kilden til disse forstyrrelser i det motoriske system. Test af strømførende motorer ved hjælp af ESA vil give værdifuld information til AC-induktions- og DC-motorer, generatorer, viklede rotormotorer, synkronmotorer og maskinværktøjsmotorer, der bruges til PdM-test, idriftsættelse og fejlfinding.

Strøm- og spændingskurver indsamles ved hjælp af det bærbare, håndholdte, batteridrevne ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) ESA-instrument, og derefter kan teknikeren via en Fast Fourier-analyse evaluere både den elektriske og mekaniske tilstand af motorsystemet.

Fejl i motorsystemet (uanset om de er relateret til indgående strøm, motorens elektriske eller mekaniske dele, mekaniske koblinger eller den drevne belastning) vil alle have unikke signaturer, når man bruger ESA-teknikker (se figur 1). Med oplysninger om motoren og motorsystemet kan man derfor identificere relevante fejlfrekvenser og evaluere hele systemet.

Talrige indikationer på ydeevne afsløres inden for tids- og frekvensdomænerne, der giver de nødvendige oplysninger til at bestemme motorens “helbred” og virkningen af den leverede belastning. Det gør det muligt rent faktisk at “se” den sande kørehastighed, motorens slipfrekvens, gearets indgrebsfrekvens, drivlinjens komponenter og gearets rotationshastigheder.

Fast Fourier Transforms (FFT) bruges til at skabe både et høj- og lavfrekvensspektrum. Toppene i disse spektre svarer til rotationshastighederne for de forskellige komponenter i maskinen. Hvis der f.eks. er tale om en ventilator, der drives af en elektrisk motor via en rem, svarer toppene til motorhastigheden, polgennemgangsfrekvensen, ventilatorhastigheden og remhastigheden. Hvis der bruges en gearkasse i stedet for et remtræk, vil der forekomme spektrale toppe ved gearets rotationshastighed og gearets indgrebsfrekvenser.

Udførelse af elektrisk signaturanalyse

Typeskiltdata er ikke påkrævet under dataindsamlingsprocessen, men automatisk analyse kan udføres ved at indtaste motorens typeskiltspænding, kørehastighed, nominel effekt og fuldlaststrøm under analyseprocessen. Almindelige mekaniske systemfejl mellem motor og belastning på grund af slid og anvendelse omfatter forkert justering af remmen eller det direkte drev, slid på remmen eller indsatsen, problemer med remspænding og slid på skiven. Belastningen kan have mange typer fejl afhængigt af belastningstypen. De mest almindelige er slidte dele (f.eks. pakninger), ødelagte komponenter (tandhjul, ventilator, skovlblade osv.) og lejer.

ESA-softwaren giver teknikeren mulighed for at indtaste oplysninger om det mekaniske system (se figur 2), og derefter beregnes relevante frekvenser automatisk (softwaren indeholder markører til lokalisering af disse frekvenser i spektrene). Analyse af drevet udstyr omfatter udstyr med bælter, gear og vinger. Bemærk, at oplysninger om det mekaniske system ikke er nødvendige for elektrisk og mekanisk analyse af motoren, og at de kun er relevante, når der er behov for at analysere den mekaniske belastning.

Figur 2. Electrical Signature Analysis-software automatiserer beregningerne og giver frekvensmarkører

Lad os som et eksempel se på lavfrekvensdataene fra en støvopsamlingsventilator 1, der drives af en induktionsmotor på 150 kilowatt, 400 volt, 260 ampere, 1485 RPM (se figur 3). Læg mærke til toppen mærket BLT – dette er båndfrekvensen eller båndets hastighed. Der er flere BLT, som er vist i begge spektre. De nederste spektre viser linjefrekvensens top, og at der er sidebånd på begge sider af linjefrekvensen, som ligger på BLT-frekvensen. Det faktum, at bæltefrekvenser er til stede, især ved 4,3 ampere, er vigtigt. Sidebånd vurderes ud fra det faktum, at de er til stede. Det er også flere gange bæltefrekvensen – derfor har jeg mistanke om, at der er et eller flere problemer med denne opsamler. Men teknikeren, der indsamlede disse data og udførte den indledende analyse, valgte at overvåge denne maskine i stedet for at udføre yderligere inspektion eller test.

Figur 3. Denne støvopsamlingsventilator drives af en 150 kilowatt, 400 volt, 260 ampere, 1485 RPM induktionsmotor.

En søstermaskine, Dust Collector Fan 2, blev også testet. Bemærk i figur 4, at motorbelastningen er lavere end for ventilator 1 (194A vs. 220A), men BLT-spidsen er på 8,3A; hvorimod ventilator 1 kun havde en spids på 4,3A. Ud fra denne første test kan vi ikke konkludere, at dette er et alvorligt problem, men i stedet er det et advarselsflag om, at noget er anderledes ved denne maskine sammenlignet med den første.

Figur 4. Testresultater for støvopsamlingsventilator 2.

Da disse data blev indsamlet i detektionsfasen af PdM-arbejdsprocessen, er det næste skridt at starte analysefasen. Som en del af analysefasen foretog teknikeren en hurtig visuel inspektion af begge maskiner og bemærkede, at remmen på ventilator 2 har for stor rembevægelse sammenlignet med ventilator 1. Det næste skridt er at udføre noget yderligere arbejde, som kan omfatte indsamling af yderligere data med ESA eller inddragelse af andre instrumenter som en del af analysefasen.

Konklusion

Den elektriske motor er en fremragende transducer, når man bruger elektrisk signaturanalyse, da man kan evaluere den indkommende strøm, motorens elektriske og mekaniske tilstand og den drevne belastning. Når det gælder strømkvalitet, styring, stator- og rotortilstand, luftspalter, lejer, justering og belastning, kan en fejl under udvikling opdages og følges med henblik på forudsigelig vedligeholdelse – men du skal først have det rigtige udstyr til at udføre elektrisk signaturanalyse.

Denne applikationshistorie er første del af en serie på tre om at bruge ESA til at vurdere tilstanden af motordrevne mekaniske systemer.

For mere information, besøg www.alltestpro.com.

Om ALL-TEST Pro, LLC

ALL-TEST Pro indfrier løftet om ægte motorvedligeholdelse og fejlfinding med innovative diagnoseværktøjer, software og support, der gør det muligt for dig at holde din virksomhed kørende.