Pruebas en línea de motores con análisis de firmas eléctricas

Prueba en línea de motores eléctricos 101

El análisis de firmas eléctricas (ESA) es un método de prueba en línea en el que se capturan formas de onda de tensión y corriente mientras el sistema del motor está en funcionamiento y, a continuación, mediante una transformada rápida de Fourier (FFT), se realiza un análisis espectral con el software suministrado. A partir de esta FFT, se detectan los fallos relacionados con la potencia de entrada, el circuito de control, el propio motor y la carga accionada, y se pueden establecer tendencias con fines de mantenimiento basado en el estado/mantenimiento predictivo. Nuestro instrumento ESA es portátil y funciona con pilas.

Todos los sistemas de análisis ESA requieren información de la placa de características del motor sobre tensión, velocidad de funcionamiento, corriente a plena carga y potencia (o kW). Además, se puede introducir información opcional, como el recuento de barras del rotor y de ranuras del estator, los números de los rodamientos y la información de los componentes de carga accionados, como el recuento de álabes de un ventilador o el recuento de dientes de una aplicación de caja de engranajes, para obtener un análisis más detallado y preciso.

Las pruebas en línea energizadas proporcionarán información valiosa para motores de inducción de CA y CC, generadores, motores de rotor bobinado, motores síncronos, motores de máquinas herramienta, etc. Dado que la ESA es nueva para muchas personas, el siguiente gráfico ilustra las capacidades de evaluación de la ESA de los principales componentes de un sistema motor.

También realiza análisis de la calidad de la energía

• Registro de datos de calidad de la energía
• 3 canales de registro de tensión y 4 de corriente
• Captura de forma de onda de eventos ≥ ½ ciclo
• Detección transitoria de eventos ≥ 8 microsegundos
• Registro de datos de energía – Análisis de armónicos hasta el 63º (V e I)
• Gráficos fasoriales – Plantillas de informes preestablecidas y fáciles de usar
• Informar del ahorro de energía mediante una función de análisis del antes y el después

Pruebas en línea con análisis de firmas eléctricas

ALL-TEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Calidad de la energía
• Hundimiento
• Captura de forma de onda
• Registro de datos energéticos

Solicitudes aceptadas para la ESA

• Motores AC/DC
• Aplicaciones de accionamiento de motores
• Generadores/Alternadores
• Motores de tracción
• Motores de máquina herramienta
• Cajas de cambios
• Bombas y ventiladores
• Por fiabilidad
• Para la puesta en servicio
• Para la resolución de problemas

La caja de conexiones ALL-SAFE PROTM permite al técnico recopilar datos de pruebas en línea sin necesidad de abrir un panel energizado.

Detección automática de fallos

El siguiente ejemplo resumido corresponde a un motor de inducción de CA con rotor de jaula de ardilla

Los datos se recogen mediante sondas portátiles de tensión y corriente o cajas de conexión de instalación permanente (ALL-SAFE PRO TM).

A continuación, los datos recogidos se analizan con el software suministrado.

Las alarmas están preconfiguradas y se proporcionan plantillas de informes automáticos para motores de inducción de CA, síncronos y de CC, además de transformadores.

Una ondulación excesiva en esta forma de onda de tensión indica que los condensadores de este accionamiento de motor modulado por ancho de pulsos están fallando. Para obtener más información sobre la comprobación de accionamientos de motor PWM con ESA, envíe un correo electrónico a [email protected].

Análisis de la potencia entrante

• Factor de potencia
• Desequilibrio de corriente y tensión
• Tensión RMS a la placa de características
• Pico de tensión y corriente y factor de cresta
• Impedancia de fase
• Potencia (aparente, real y reactiva)
• Distorsión armónica total (tensión y corriente)

Análisis de la potencia del motor

• Carga a la placa de características
• THDF (Factor de reducción de armónicos del transformador)
• VDF (Factor de reducción de tensión)
• El producto de THDF y VDF puede utilizarse para de-rating horsepower
• Demanda de energía
• Total de armónicos de secuencia negativa, positiva y cero
• Eficacia de los motores de inducción de CA y CC
  • * Puede utilizarse con el programa de software Motor Master+ del Departamento de Energía de EE.UU. para tomar decisiones de reparación o sustitución. MM+ también calculará la amortización si se cambia a un motor energéticamente eficiente.

Análisis del motor

• Frecuencia de línea
• Velocidad de carrera
• Frecuencia de paso de polos
• Salud del rotor
• Entrehierro (excentricidad estática y dinámica)
• Desajuste/Desajuste
• Estator eléctrico
• Estator Mecánico
• Salud de la conexión de fase

El software de análisis ofrece una función de comparación que permite superponer un espectro a otro con fines comparativos. La siguiente figura muestra el espectro FFT de un motor en vacío y, a continuación, con una carga del 75%. Los pequeños picos en azul a ambos lados del gran pico azul se encuentran en lo que se denomina Frecuencia del Paso del Polo. Estos picos se deben a la rotura múltiple de las barras del rotor.

Análisis de la carga

El sistema mecánico puede analizarse tras introducir la información en el software

• Conexión directa
• Caja de cambios
• Con cinturón
• Aspa del ventilador
• Rodete

Más información sobre Análisis en línea

Una de las principales operaciones del software ATPOL II es realizar un proceso de demodulación cuadrática media de la señal portadora de la línea eléctrica para proporcionar un medio altamente sensible y selectivo de extraer señales de corriente de la carga del motor. Esta demodulación de la señal de corriente bruta elimina el gran componente de frecuencia de línea para permitir una relación señal/ruido mucho mejor para los componentes que causan la modulación, como la velocidad de marcha, el paso de la correa, el engrane de los engranajes, etc.

En los dominios de tiempo y frecuencia se revelan numerosas indicaciones de rendimiento que proporcionan la información necesaria para determinar la “salud” del motor y el impacto de la carga suministrada. Esto permite “ver” realmente la velocidad de funcionamiento real, la frecuencia de deslizamiento del motor, la frecuencia de engrane de los engranajes, los componentes del tren de transmisión y las velocidades de rotación de los engranajes.

Para separar las distintas frecuencias, se utiliza una transformada rápida de Fourier (FFT) y el espectro de frecuencias resultante se muestra en la pantalla. Los picos de este espectro corresponden a las velocidades de rotación de los distintos componentes de la máquina. Por ejemplo, en el caso de un ventilador accionado por un motor eléctrico a través de una correa, los picos corresponden a la velocidad del motor, la frecuencia de paso de los polos, la velocidad del ventilador y la velocidad de la correa. Si se utiliza una caja de engranajes en lugar de una transmisión por correa, aparecerán picos espectrales en la velocidad de rotación de los engranajes y en las frecuencias de engrane de los engranajes.

La altura de estos picos espectrales depende de dos factores: el nivel general de corriente que llega al motor y la amplitud de las perturbaciones mecánicas procedentes de la máquina y detectadas por el motor. Las perturbaciones mecánicas comienzan como variaciones de par y terminan en el motor como pequeñas variaciones de velocidad que, a su vez, provocan las pequeñas fluctuaciones de corriente que se miden. Para una condición de velocidad global constante, un cambio en la altura del pico de velocidad del ventilador, por ejemplo, indicaría un deterioro en la condición mecánica del ventilador. Al observar estos cambios, se pueden identificar fácilmente fallos como desequilibrio, desalineación, polea motriz desgastada o un rodamiento en mal estado. Por lo tanto, tras tomar datos de forma periódica, el indicador de frecuencia se utiliza para supervisar la maquinaria accionada por motores eléctricos con el fin de proporcionar una alerta temprana de una posible degradación.

La diferencia clave entre el análisis de firmas de corriente del motor (MCSA) y el análisis de firmas eléctricas (ESA) es que con el MCSA la FFT se realiza sólo en la forma de onda de corriente y no en la tensión. Esto hace que sea más difícil distinguir fácil y rápidamente los problemas relacionados con la potencia de entrada de los problemas del motor y de la carga accionada. Con ESA tienes tanto la FFT de corriente como la de tensión para verlas en la misma pantalla. Por lo tanto, basta con comparar los espectros FFT de tensión y corriente para determinar el origen del fallo.

Generalmente, si el pico es dominante en el espectro de tensión, entonces la fuente de este pico es entrante al motor. Si el pico es dominante en el espectro de corriente, la fuente está relacionada con el motor o la carga.

Patrones de fallo de la ESA

Tipo de avería:

Mecánica del estator: CF = RS x Ranuras del estator con bandas laterales LF

Excentricidad estática CF = RS x Barras del rotor con bandas laterales LF y 2LF

Desequilibrio mecánico/desalineación Se utiliza un algoritmo propio

Excentricidad dinámica CF = RS x Barras del rotor Bandas laterales LF y 2LF con bandas laterales RS

Eléctrico del estator (cortocircuitos) CF = RS x ranuras del estator Bandas laterales LF con bandas laterales RS

CF= Frecuencia central RS = Velocidad de marcha LF = Frecuencia de línea