Online-Motorprüfung mit elektrischer Signaturanalyse

Online-Prüfung elektrischer Motoren 101

Bei der elektrischen Signaturanalyse (ESA) handelt es sich um eine Online-Prüfmethode, bei der Spannungs- und Stromsignale bei laufendem Motor erfasst werden und dann mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) eine Spektralanalyse durch die mitgelieferte Software durchgeführt wird. Anhand dieser FFT werden Fehler in Bezug auf die Eingangsleistung, den Steuerkreis, den Motor selbst und die angetriebene Last erkannt und können dann für die zustandsorientierte Wartung/Präventivwartung aufgezeichnet werden. Unser spezielles ESA-Instrument ist handgehalten, tragbar und batteriebetrieben.

Alle ESA-Analysesysteme erfordern die Angabe von Spannung, Drehzahl, Volllaststrom und Pferdestärken (oder kW) auf dem Typenschild des Motors. Zusätzlich können optionale Informationen wie die Anzahl der Rotorstäbe und Statorschlitze, Lagernummern und Informationen zu angetriebenen Lastkomponenten, wie die Anzahl der Schaufeln für einen Ventilator oder die Anzahl der Zähne für eine Getriebeanwendung, für eine detailliertere und genauere Analyse eingegeben werden.

Die Online-Prüfung unter Spannung liefert wertvolle Informationen für AC-Induktions- und DC-Motoren, Generatoren, Motoren mit gewickeltem Rotor, Synchronmotoren, Werkzeugmaschinenmotoren usw. Da die ESA für viele Menschen neu ist, veranschaulicht das folgende Diagramm die Bewertungsmöglichkeiten der ESA für die wichtigsten Komponenten eines Motorsystems.

Führt auch Netzqualitätsanalysen durch

• Netzqualitätsdatenerfassung
• 3 Kanäle zur Spannungs- und 4 Kanäle zur Stromaufzeichnung
• Wellenformerfassung von Ereignissen ≥ ½ Zyklus
• Transiente Erkennung von Ereignissen ≥ 8 Mikrosekunden
• Energiedatenerfassung – Oberschwingungsanalyse bis 63 (V & I)
• Phasordiagramme – Voreingestellte und einfach zu verwendende Berichtsvorlagen
• Berichterstattung über Energieeinsparungen mit Hilfe einer Vorher-Nachher-Analysefunktion

On-Line-Prüfung mit elektrischer Signaturanalyse

ALL-TEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Qualität der Stromversorgung
• Sags & Swell
• Wellenform-Erfassung
• Energiedatenerfassung

Erfolgreiche Bewerbungen für die ESA

• AC/DC-Motoren
• Motorantriebsanwendungen
• Generatoren/Alternatoren
• Traktionsmotoren
• Motoren für Werkzeugmaschinen
• Getriebe
• Pumpen und Ventilatoren
• Für Verlässlichkeit
• Für die Kommissionierung
• Für die Fehlersuche

Die ALL-SAFE PROTM-Anschlussbox ermöglicht es dem Techniker, Online-Prüfdaten zu erfassen, ohne eine unter Spannung stehende Schalttafel zu öffnen.

Automatisierte Fehlererkennung

Das nachstehende zusammenfassende Beispiel gilt für einen Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer

Die Datenerfassung erfolgt über tragbare Spannungs- und Stromsonden oder fest installierte Anschlussboxen (ALL-SAFE PRO TM).

Die gesammelten Daten werden dann mit der mitgelieferten Software analysiert.

Alarme sind voreingestellt, und es werden automatische Berichtsvorlagen für AC-Induktions-, Synchron- und DC-Motoren sowie für Transformatoren bereitgestellt.

Eine übermäßige Welligkeit dieser Spannungswellenform deutet auf defekte Kondensatoren in diesem puls-weitenmodulierten Motorantrieb hin. Für weitere Informationen über das Testen von PWM-Motorantrieben mit ESA senden Sie eine E-Mail an [email protected].

Analyse der eingehenden Leistung

• Leistungsfaktor
• Strom- und Spannungsunsymmetrie
• RMS-Spannung nach Typenschild
• Spitzenwert und Scheitelfaktor von Spannung und Strom
• Phasenimpedanz
• Leistung (Schein-, Wirk- und Blindleistung)
• Harmonische Gesamtverzerrung (Spannung und Strom)

Analyse der Leistungsaufnahme des Motors

• Last nach Typenschild
• THDF (Transformer Harmonic De-rating Factor)
• VDF (Voltage De-rating Factor)
• Das Produkt aus THDF und VDF kann zur Leistungsreduzierung verwendet werden.
• Nachfrage Leistung
• Summe der Oberschwingungen der Gegen-, Mit- und Nullfolge
• Wirkungsgrad für AC-Induktions- und DC-Motoren
  • * Kann mit dem Softwareprogramm Motor Master+ des US-Energieministeriums verwendet werden, um Entscheidungen über Reparatur oder Austausch zu treffen. MM+ berechnet auch die Amortisation einer Umrüstung auf einen energieeffizienten Motor.

Analyse des Motors

• Netzfrequenz
• Laufgeschwindigkeit
• Polpassfrequenz
• Gesundheit des Rotors
• Luftspalt (statische und dynamische Exzentrizität)
• Schieflage/Ungleichgewicht
• Stator Elektrisch
• Stator Mechanisch
• Zustand der Phasenverbindung

Die Analysesoftware bietet eine Vergleichsfunktion, mit der ein Spektrum zu Vergleichszwecken über ein anderes gelegt werden kann. Die folgende Abbildung zeigt das FFT-Spektrum eines Motors bei Nulllast und anschließend bei 75 % Last. Die kleinen blauen Gipfel zu beiden Seiten des großen blauen Gipfels befinden sich in der so genannten Pole Pass Frequency. Diese Spitzen werden durch mehrere gebrochene Rotorstäbe verursacht.

Analyse der Belastung

Das mechanische System kann analysiert werden, nachdem die Informationen in die Software eingegeben wurden.

• Direkt Verbunden
• Getriebe
• Gürtel
• Lüfterflügel
• Laufrad

Mehr Details über On-Line-Analyse

Eine der Hauptfunktionen der ATPOL II-Software ist die Demodulation des Netzleitungsträgersignals mit dem Effektivwert, um ein hochempfindliches und selektives Mittel zur Extraktion von Stromsignalen von der Motorlast zu erhalten. Durch diese Demodulation des rohen Stromsignals wird die große Netzfrequenzkomponente entfernt, um ein wesentlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis für die Komponenten zu erhalten, die die Modulation verursachen, wie z. B. Laufgeschwindigkeit, Riemenübergang, Zahneingriff usw.

In den Zeit- und Frequenzbereichen werden zahlreiche Leistungsindikatoren angezeigt, die die erforderlichen Informationen zur Bestimmung des “Zustands” des Motors und der Auswirkungen der zugeführten Last liefern. Dies ermöglicht es, die tatsächliche Betriebsgeschwindigkeit, die Motorschlupffrequenz, die Zahneingriffsfrequenz, die Komponenten des Antriebsstrangs und die Getriebedrehzahlen zu sehen”.

Um die verschiedenen Frequenzen zu trennen, wird eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt, und das resultierende Frequenzspektrum wird auf dem Bildschirm angezeigt. Die Spitzen dieses Spektrums entsprechen den Drehzahlen der verschiedenen Komponenten der Maschine. Bei einem Ventilator, der von einem Elektromotor über einen Riemen angetrieben wird, entsprechen die Spitzenwerte beispielsweise der Motordrehzahl, der Poldurchgangsfrequenz, der Ventilatordrehzahl und der Riemengeschwindigkeit. Wird anstelle eines Riemenantriebs ein Getriebe verwendet, so treten bei den Drehzahlen der Zahnräder und den Zahneingriffsfrequenzen Spektralspitzen auf.

Die Höhe dieser Spektralspitzen hängt von zwei Faktoren ab: dem Gesamtstrompegel zum Motor und der Amplitude der mechanischen Störungen, die von der Maschine ausgehen und vom Motor wahrgenommen werden. Die mechanischen Störungen beginnen als Drehmomentschwankungen und enden im Motor als kleine Drehzahlschwankungen, die wiederum die gemessenen kleinen Stromschwankungen verursachen. Bei einer konstanten Gesamtdrehzahl würde beispielsweise eine Veränderung der Höhe der Drehzahlspitze auf eine Verschlechterung des mechanischen Zustands des Lüfters hinweisen. Durch die Beobachtung dieser Veränderungen lassen sich Fehler wie Unwucht, Ausrichtungsfehler, verschlissene Antriebsriemenscheibe oder ein defektes Lager leicht erkennen. Daher wird die Frequenzanzeige nach einer regelmäßigen Datenerfassung zur Überwachung elektromotorisch angetriebener Maschinen verwendet, um eine frühzeitige Warnung vor einer möglichen Verschlechterung zu geben.

Der Hauptunterschied zwischen der Motorstromsignaturanalyse (MCSA) und der Elektrosignaturanalyse (ESA) besteht darin, dass bei der MCSA die FFT nur für die Stromwellenform und nicht für die Spannung durchgeführt wird. Dies erschwert die einfache und schnelle Unterscheidung zwischen Problemen mit der Eingangsleistung und Problemen mit dem Motor und der angetriebenen Last. Mit ESA können Sie sowohl die Strom- als auch die Spannungs-FFT auf demselben Bildschirm sehen. Es ist also nur eine Frage des Vergleichs der Spannungs- und Strom-FFT-Spektren, um die Fehlerquelle zu bestimmen.

Wenn die Spitze im Spannungsspektrum dominant ist, liegt die Quelle dieser Spitze im Allgemeinen im Motor. Wenn der Peak im Stromspektrums dominant ist, ist die Quelle motor- oder lastbezogen.

ESA-Fehlermodelle

Art der Störung:

Stator mechanisch: CF = RS x Statorschlitze mit NF-Seitenbändern

Statische Exzentrizität CF = RS x Rotorstäbe mit LF und 2LF Seitenbändern

Mechanische Unwucht/ Fehlausrichtung Proprietärer Algorithmus wird verwendet

Dynamische Exzentrizität CF = RS x Rotorstäbe LF und 2LF Seitenbänder mit RS Seitenbändern

Elektrischer Stator (Kurzschlüsse) CF = RS x Statornuten LF-Seitenbänder mit RS-Seitenbändern

CF= Mittenfrequenz RS = Laufgeschwindigkeit LF = Netzfrequenz