Online motortest med elektrisk signaturanalyse

On-line test af elektriske motorer 101

Elektrisk signaturanalyse (ESA) er en online testmetode, hvor spændings- og strømkurver opfanges, mens motorsystemet kører, og derefter udføres en spektralanalyse via en Fast Fourier Transform (FFT) af den medfølgende software. Ud fra denne FFT registreres fejl relateret til indgående strøm, styrekredsløbet, selve motoren og den drevne belastning, og de kan derefter analyseres med henblik på tilstandsbaseret vedligeholdelse/forudsigelig vedligeholdelse. Vores særlige ESA-instrument er håndholdt, bærbart og batteridrevet.

Alle ESA-analysesystemer kræver oplysninger på motorens typeskilt om spænding, kørehastighed, fuldlaststrøm og hestekræfter (eller kW). Derudover kan der indtastes valgfri information såsom antal rotorstænger og statoråbninger, lejenumre og information om drevne belastningskomponenter, såsom antal vinger for en ventilator eller antal tænder for en gearkasse, for at få en mere detaljeret og præcis analyse.

Energized on-line test giver værdifuld information til AC-induktions- og DC-motorer, generatorer, viklede rotormotorer, synkronmotorer, maskinværktøjsmotorer osv. Da ESA er nyt for mange mennesker, illustrerer skemaet nedenfor ESA’s evalueringsmuligheder af de vigtigste komponenter i et motorsystem.

Udfører også analyse af strømkvalitet

• Logning af strømkvalitetsdata
• 3 kanaler til spændingslogning og 4 kanaler til strømlogning
• Bølgeformsoptagelse af hændelser ≥ ½ cyklus
• Transient registrering af hændelser ≥ 8 mikrosekunder
• Logning af energidata – Harmonisk analyse til 63. (V & I)
• Phasor-grafer – Forudindstillede og brugervenlige rapportskabeloner
• Rapporter energibesparelser ved hjælp af en før- og efteranalysefunktion

On-line test med elektrisk signaturanalyse

ALL-TEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Strømkvalitet
• Sænkninger og dønninger
• Optagelse af bølgeform
• Logning af energidata

Succesfulde ansøgninger til ESA

• AC/DC-motorer
• Anvendelser med motordrev
• Generatorer/Alternatorer
• Traktionsmotorer
• Motorer til værktøjsmaskiner
• Gearkasser
• Pumper og ventilatorer
• For pålidelighed
• Til idriftsættelse
• Til fejlfinding

ALL-SAFE PROTM-tilslutningsboksen gør det muligt for teknikeren at indsamle online testdata uden at åbne et strømførende panel.

Automatiseret fejlfinding

Resumeeksemplet nedenfor er for en vekselstrømsinduktionsmotor med egernbure-rotor

Data indsamles via bærbare spændings- og strømprober eller permanent installerede tilslutningsbokse (ALL-SAFE PRO TM).

De indsamlede data analyseres derefter med den medfølgende software.

Alarmer er forudindstillede, og der findes automatiske rapportskabeloner til vekselstrømsinduktions-, synkron- og jævnstrømsmotorer samt transformere.

Overdreven krusning på denne spændingsbølgeform indikerer defekte kondensatorer i dette pulsbreddemodulerede motordrev. For mere information om test af PWM-motordrev ved hjælp af ESA, send en e-mail til [email protected].

Analyse af indgående strøm

• Effektfaktor
• Ubalance i strøm og spænding
• RMS-spænding til typeskilt
• Spændings- og strømspids og Crest-faktor
• Faseimpedans
• Effekt (tilsyneladende, reel og reaktiv)
• Total harmonisk forvrængning (spænding og strøm)

Analyse af strøm til motoren

• Belastning til mærkeplade
• THDF (Transformer Harmonic De-rating Factor)
• VDF (spændingsreduktionsfaktor)
• Produktet af THDF og VDF kan bruges til at nedjustere hestekræfterne.
• Efterspørgselskraft
• Samlede negative, positive og nul sekvens harmoniske
• Effektivitet for AC-induktions- og DC-motorer
  • * Kan bruges med US Dept of Energy’s Motor Master+ softwareprogram til at træffe beslutninger om reparation eller udskiftning. MM+ beregner også tilbagebetalingstiden, hvis der opgraderes til en energieffektiv motor.

Analyse af motoren

• Linjefrekvens
• Løbehastighed
• Pole Pass-frekvens
• Rotorsundhed
• Luftspalte (statisk og dynamisk excentricitet)
• Fejlkontering/ubalance
• Elektrisk stator
• Stator Mekanisk
• Faseforbindelsens sundhed

Analysesoftwaren har en sammenligningsfunktion, hvor et spektrum kan overlejres på et andet til sammenligning. Figuren nedenfor viser en motors FFT-spektre ved ingen belastning og derefter ved 75% belastning. De små blå toppe på hver side af den store blå top ligger på det, der kaldes Pole Pass Frequency. Disse toppe er forårsaget af flere knækkede rotorstænger.

Analyse af belastningen

Det mekaniske system kan analyseres, når oplysningerne er indtastet i softwaren.

• Direkte tilsluttet
• Gearkasse
• Bælte
• Ventilatorblad
• Skovlhjul

Flere detaljer om On-Line Analysis

En af de primære operationer i ATPOL II-softwaren er at udføre en root-mean-square demodulationsproces på strømledningens bæresignal for at give et meget følsomt og selektivt middel til at udtrække strømsignaler fra motorbelastningen. Denne demodulering af det rå strømsignal fjerner den store linjefrekvenskomponent for at muliggøre et meget forbedret signal/støj-forhold for de komponenter, der forårsager modulationen, som f.eks. kørehastighed, remgennemgang, gearindgreb osv.

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.

For at adskille de forskellige frekvenser bruges en Fast Fourier Transform (FFT), og det resulterende frekvensspektrum vises på skærmen. Toppene i dette spektrum 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.

Højden af disse spektrale toppe afhænger af to ting: det overordnede strømniveau til motoren og amplituden af de mekaniske forstyrrelser, der kommer fra maskinen og registreres af motoren. De mekaniske forstyrrelser starter som drejningsmomentvariationer og ender i motoren som små hastighedsvariationer, der igen forårsager de små strømudsving, der måles. For en tilstand med konstant overordnet hastighed vil en ændring i højden af ventilatorens hastighedspeak f.eks. indikere en forringelse af ventilatorens mekaniske tilstand. Ved at observere disse ændringer kan fejl som ubalance, forkert justering, slidt drivremskive eller et dårligt leje let identificeres. Derfor bruges frekvensdisplayet til at overvåge elmotordrevne maskiner, når der er indsamlet data på periodisk basis, for at give en tidlig advarsel om potentiel nedbrydning.

Hovedforskellen mellem Motor Current Signature Analysis (MCSA) og Electrical Signature Analysis (ESA) er, at ved MCSA udføres FFT’en kun på strømbølgeformen og ikke på spændingen. Det gør det sværere nemt og hurtigt at skelne mellem problemer med indkommende strøm og problemer med motoren og den drevne belastning. Med ESA kan du se både strøm- og spændings-FFT’en på den samme skærm. Så det er bare et spørgsmål om at sammenligne FFT-spektrene for spænding og strøm for at finde fejlkilden.

Generelt gælder det, at hvis spidsen er dominerende i spændingsspektret, så er kilden til denne spids indgående til motoren. Hvis spidsen er dominerende i strømspektret, er kilden motor- eller belastningsrelateret.

ESA’s fejlmønstre

Type af fejl:

Stator Mekanisk: CF = RS x statoråbninger med LF sidebånd

Statisk excentricitet CF = RS x rotorstænger med LF og 2LF sidebånd

Mekanisk ubalance/forskydning Egenudviklet algoritme anvendes

Dynamisk excentricitet CF = RS x Rotorstænger LF og 2LF Sidebånd med RS Sidebånd

Stator Electrical (Shorts) CF = RS x Stator Slots LF Sidebånd med RS Sidebånd

CF= Centerfrekvens RS = Løbehastighed LF = Linjefrekvens