Aplikasi Analisis Tanda Tangan Arus Motor (MCSA)

Teknologi Diagnostik Motor telah menjadi semakin lazim sepanjang tahun 1990-an dan memasuki abad baru. Teknologi ini mencakup Analisis Sirkuit Motor (MCA) dan Analisis Tanda Tangan Arus Motor (MCSA) yang diterapkan pada sistem motor listrik yang diberi energi dan yang tidak diberi energi. Aplikasinya tampaknya nyaris tidak ada habisnya.

Sistem yang disertakan dalam makalah ini adalah penganalisis rangkaian motor ALLTEST IV PRO 2000, penganalisis tanda tangan arus motor ALL-TEST PRO OL, perangkat lunak manajemen motor EMCAT, perangkat lunak Power System Manager, dan perangkat lunak ATPOL MCSA. Kit ALL-TEST PRO MD mencakup integrasi semua sistem ini di samping perangkat lunak MotorMaster Plus dari Departemen Energi AS. Tujuan dari makalah ini adalah untuk menekankan aplikasi MCSA dari sistem ALL-TEST PRO MD yang mempertahankan hal-hal berikut ini:

• Pembacaan MCA untuk pengujian resistansi, impedansi, induktansi, sudut fasa, respons arus/frekuensi, dan isolasi ke tanah (MegOhm).
• Kemampuan MCSA untuk demodulasi tegangan dan arus, termasuk analisis FFT hingga 5 kHz.
• Analisis otomatis dan kemampuan tren untuk MCA dan MCSA melalui perangkat lunak.
• Pencatatan data dan analisis Kualitas Daya penuh termasuk penangkapan peristiwa tiga fase secara instan.

Contoh-contoh yang ditemukan dalam makalah ini mencakup banyak aplikasi potensial yang tersedia melalui penerapan teknologi Motor Diagnostic.

Pengujian Batang Rotor

Tujuan mendasar di balik pengembangan awal teknologi MCSA adalah untuk mendeteksi gangguan pada batang rotor. Rotor bar sulit untuk dinilai dengan menggunakan metode pengujian tradisional, termasuk analisis getaran. Ditentukan bahwa sebuah metode yang menggunakan arus dapat digunakan untuk mengevaluasi kondisi batang rotor. Aturan dasarnya sederhana: Frekuensi pole pass sideband di sekitar frekuensi garis fundamental, saat motor dibebani, mengindikasikan adanya masalah pada rotor. Aturan standar telah ditentukan bahwa masalah rotor bar adalah serius ketika puncak sideband mendekati dalam 35 dB dari puncak frekuensi saluran…

Gambar 1: Frekuensi Batang Rotor

Contoh pada Gambar 1 menunjukkan sideband sekitar -40 dB dari frekuensi garis puncak. Hal ini mengindikasikan setidaknya satu batang rotor yang retak pada motor 500 HP, 4160 Volt pada kompresor.

Gambar 2 adalah contoh salah satu dari dua kemungkinan
skenario:

• Mengecor rongga pada rotor aluminium.
• Gigi lunak (atau gigi) dalam aplikasi yang diarahkan.

Gambar 2: Casting Void atau Gigi Roda Gigi ‘Lembut’

Dengan menggunakan FFT tegangan dan arus yang didemodulasi dengan frekuensi yang lebih tinggi, masalah seperti eksentrisitas dinamis dan statis, batang rotor yang longgar, dan gangguan terkait rotor lainnya dapat dideteksi.

Gambar 3: Gosokan Rotor Tanpa Beban

Data pada Gambar 3 berkaitan dengan pompa submersible 7,5 tenaga kuda, 1800 RPM, yang diuji kering tanpa beban. Rotor sedikit bergesekan dengan inti stator yang diidentifikasi sebagai eksentrisitas statis dan dinamis dengan beberapa puncak arus seperti yang ditunjukkan.

Pengujian Motor Induksi

Motor satu dan tiga fasa dapat dievaluasi dengan menggunakan kombinasi tegangan dan arus yang didemodulasi. Satu aturan khusus, dan kekuatan, dari sebuah
Kombinasi tegangan dan arus, adalah bahwa jika puncaknya menunjukkan tegangan dan arus, gangguannya bersifat elektrik, jika puncaknya menunjukkan arus, tetapi bukan tegangan maka masalahnya bersifat mekanis. Salah satu keuntungan lain dari mengevaluasi sistem dengan MCSA adalah Anda dapat mendeteksi catu daya dan kesalahan terkait beban.

Gambar 4: Gangguan Mekanik Stator

Seperti yang akan Anda perhatikan pada Gambar 4, puncak diidentifikasi dalam arus, tetapi tidak ditampilkan dalam FFT tegangan. Hal ini mengindikasikan bahwa ada kesalahan mekanis. Karena berhubungan dengan kecepatan lari dan jumlah slot stator, ini adalah kesalahan mekanis yang berkaitan dengan belitan. Ada beberapa puncak arus-saja lainnya, yang mengindikasikan gangguan terkait beban, dalam hal ini, kemungkinan besar adalah masalah gearbox (perhatikan bahwa ini adalah data frekuensi tinggi yang terkait dengan Gambar 2).

Gambar 5: Ketidakseimbangan Mekanis

Motor yang ditunjukkan pada Gambar 5 mengalami ketidakseimbangan mekanis. Tanda tangan muncul sebagai frekuensi garis dua kali (LF), frekuensi garis empat kali, kemudian pola frekuensi garis dua kali. Dalam hal ini, rotor bar dikalikan kecepatan lari dengan sideband LF, kemudian muncul pola yang tersisa.

Pengujian Motor DC

Motor DC dievaluasi dengan cara yang sama seperti getaran. Faktanya, tanda tangan sama dalam getaran seperti pada MCSA. Tegangan dan arus DC diambil dari rangkaian jangkar.

Gambar 6: Kesalahan Penggerak DC

Dalam kasus Gambar 6, beberapa harmonisa dari frekuensi saluran ditambah beberapa harmonisa dari jumlah elektronika daya (SCR) dikalikan frekuensi saluran (360 Hz, dalam kasus ini), mengindikasikan adanya kesalahan SCR atau koneksi yang longgar. Hal ini dapat dikonfirmasi dengan melihat voltase dan riak frekuensi dalam data frekuensi rendah.

Pengujian Alternator Sinkron

Alternator sinkron juga dapat dievaluasi dengan cepat dan mudah menggunakan tegangan dan arus demodulasi saat ini. Dalam kasus contoh berikut ini, alternator tersandung pada suhu tinggi. Baik MCA dan MCSA digunakan untuk mengevaluasi sistem.

Gambar 7: Data MCSA pada Alternator Sinkron (Frekuensi Rendah)

Gambar 8: Eksentrisitas Dinamis Alternator

Alternator yang diuji menunjukkan peningkatan eksentrisitas selama 40 menit uji coba, gangguan medan putar dan beberapa tanda gangguan listrik. Informasi ini digabungkan dengan data MCA yang mengindikasikan adanya korsleting belitan, korsleting kabel, dan penurunan resistensi insulasi yang signifikan pada saat terjadi beban pendek. Alternator tersebut adalah alternator 475 kW, 480 Vac yang membutuhkan tiga kabel paralel per fase. Terdapat sejumlah opsi dengan sistem ATPOL untuk kabel yang lebih besar. Namun demikian, dalam keadaan darurat, salah satu dari masing-masing tiga kabel setiap fase digunakan, sehingga nilai arusnya kira-kira 1/3.

Gambar 9: Sambungan Arus untuk Alternator

Penggerak Frekuensi Variabel

Penggerak frekuensi variabel telah menjadi tantangan bagi sejumlah sistem MCSA. Namun demikian, dalam kasus ATPOL, hal ini tidak menjadi masalah. Tegangan output dan sinyal arus dapat dilihat (Gambar 10).

Gambar 10: Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus VFD (Pengambilan 0,05 Detik)

Gambar 11: Data Frekuensi Rendah VFD

Pada Gambar 11, yang merupakan data Frekuensi Rendah (<120 Hz) untuk sistem yang sama dengan Gambar 10, menunjukkan bahwa frekuensi jalur output drive adalah 43 Hz dan kecepatan operasi motor 3600 RPM adalah 2570 RPM.

Gambar 12: Data Frekuensi Tinggi VFD

Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 12, puncak tegangan dan arus yang kuat mengindikasikan gangguan yang berhubungan dengan sistem motor. Beberapa kebisingan tambahan hanya disebabkan oleh bentuk gelombang tegangan dan arus yang berasal dari VFD. Namun, perangkat lunak akan secara otomatis menempatkan kursor yang terkait dengan kesalahan yang berbeda di dalam bentuk gelombang.

Gambar 13: Analisis Khusus dalam Nilai Puncak

Gambar 13 menunjukkan data yang sama, tetapi dengan tegangan dan arus puncak yang ditampilkan. Arus frekuensi yang lebih tinggi mengindikasikan masalah yang berkaitan dengan harmonisa tegangan, yang ditunjukkan dalam bentuk gelombang yang lebih rendah. Semua data yang digabungkan menunjukkan masalah terkait tegangan masuk. Ketika diuji pada 46 Hz, masalahnya menjadi lebih signifikan dan menunjukkan potensi gangguan pada sistem suplai yang menjadi lazim di atas 45 Hz.

Solusinya akan diringankan dengan penyaringan yang diterapkan pada output drive VFD.

Punch Press dengan Motor dan Penggerak Arus Eddy

Sistem motor yang lengkap dapat dilihat, termasuk beban yang digerakkan.

Gambar 14: Siklus Beban Punch Press

Gambar 14 menunjukkan siklus saat ini selama 10 detik. Puncak A adalah salah satu dari tiga puncak dalam siklus ini yang berkaitan dengan pukulan (bagian bawah) dari pukulan tekan, sedangkan titik C berkaitan dengan bagian atas pukulan. Poin B mengidentifikasi beberapa jenis masalah gesekan atau cengkeraman saat sistem mendekati puncak stroke. Tiga guratan bawah membantu mengidentifikasi bahwa operasi terjadi 18 kali per menit.

Gambar 15: Pita Samping Frekuensi Jalur Terkait Motor

Gambar 15 mengidentifikasi ‘noise floor’ yang tinggi dan banyak sideband di sekitar frekuensi LF puncak. Hal ini, bersama dengan data frekuensi tinggi, membantu dalam menentukan arah ke arah beban.

Gambar 16: Data Frekuensi Tinggi Kopling Arus Eddy

Gambar 16 mengidentifikasi bahwa terdapat koneksi dan/atau kesalahan SCR pada tegangan DC suplai dari penyearah (enam SCR). Puncak di tempat yang tinggi
Spektrum frekuensi juga mengidentifikasi kesalahan pada penggerak arus eddy dan punch press itu sendiri, kemungkinan besar kelonggaran pada sistem (tanda tangan terkait menunjukkan lantai kebisingan yang meningkat).

MCSA dan Aplikasi Energi

Fitur pelaporan dan pencatatan data otomatis dari sistem ATPOL juga mencakup kemampuan untuk bekerja bersama dengan perangkat lunak MotorMaster Plus dari Departemen Energi AS.

Fitur tambahan didanai untuk dimasukkan ke dalam MotorMaster Plus oleh ALL-TEST Pro, Dreisilker Electric Motors dan Pruftechnik agar informasi diagnostik motor dapat disertakan untuk dianalisis. Penggunaan MCA dan MCSA memungkinkan pengguna untuk mengevaluasi kondisi motor listrik dan kemudian membuat keputusan perbaikan atau penggantian yang berhubungan dengan energi dengan laba atas investasi yang dapat dikonfirmasi.

Sebagai contoh, motor 40 tenaga kuda, 1800 RPM yang diuji dengan MCSA menentukan beberapa kesalahan terkait mekanik dan listrik. Data tersebut dimasukkan ke dalam laporan MotorMaster Plus dan frekuensi operasi ditentukan sebagai 91,5% efisien pada beban 90%. Dengan asumsi biaya energi sebesar $0,07/kWh dan permintaan sebesar $14/kW, dengan 2000 (1 shift) beroperasi per tahun, motor listrik efisien premium pengganti diidentifikasi dengan pengembalian modal sederhana selama 0,9 tahun dan laba atas investasi sebesar 866% setelah pajak.

Data juga dapat digunakan oleh Alat Penilaian Sistem Pompa (PSAT) dari Departemen Energi AS, AirMaster, dan alat lainnya.

Daya Diagnostik Motor – Sistem MD ALL-TEST PRO

Kekuatan gabungan MCA dan MCSA yang tersedia dalam kit ALL-TEST PRO MD, yang diintegrasikan melalui sistem Perangkat Lunak Manajemen Motor EMCAT, memungkinkan untuk
pengguna untuk melakukan hal berikut:

• Analisis otomatis untuk data MCA dan MCSA.
• Perhitungan pengembalian modal melalui sistem perangkat lunak Power System Manager dan MotorMaster Plus.
• Komisioning mesin listrik
• Pemecahan masalah mesin listrik
• Tren mesin listrik
• Analisis Akar Masalah pada mesin listrik
• Tampilan sistem lengkap dari kesehatan kelistrikan dan mekanik
• Evaluasi sistem AC/DC, beban melalui sistem ‘soft coupling’ (yaitu: penggerak arus pusar)
• Studi dan survei energi.
• Mendukung teknologi diagnostik lainnya seperti getaran, inframerah, dan lainnya.

Semua melalui sistem diagnostik motor yang sederhana. Data dapat dikumpulkan dengan menggunakan pengumpul data genggam atau melalui kemampuan ‘operasi jarak jauh’ melalui komputer atau laptop (sistem dapat dioperasikan dari jarak jauh dari layar komputer).

Kesimpulan

Tujuan dari buku putih ALL-TEST Pro ini adalah untuk menyajikan kemampuan MCSA dari sistem diagnostik motorik ALL-TEST PRO MD.
Kemampuannya, seperti yang telah ditunjukkan, jauh melampaui analisis sederhana motor induksi dan mencakup:

• Motor AC dan Alternator
• Motor dan Generator DC
• Sistem satu dan tiga fase
• Penggerak Arus-Pusar
• Penggerak Frekuensi Variabel
• Kualitas daya yang masuk
• Beban yang digerakkan
• Lebih banyak lagi

Kemampuannya telah jauh melampaui yang disebutkan dalam tulisan ini.

Makalah tambahan akan dipresentasikan yang mengidentifikasi peluang menggunakan kualitas daya, MCA, MCSA, dan deteksi gangguan terkait beban.