Deteksi Kesalahan Penggerak Motor Termodulasi Lebar Pulsa Menggunakan Analisis Tanda Tangan Listrik

Penggunaan Drive Motor untuk motor AC di industri terus berkembang dan drive Pulse-Width Modulated (PWM) telah menjadi standar industri yang umum untuk aplikasi tenaga kuda rendah hingga menengah. Seperti halnya komponen lain dalam sistem motor, penggerak PWM memiliki mode kegagalan yang berbeda dan untuk tujuan pemecahan masalah, teknisi listrik biasanya menggunakan Digital Multi Meter (DMM), osiloskop digital, dan penganalisis kualitas daya. Ketiga instrumen ini memungkinkan teknisi listrik untuk memecahkan masalah yang berkaitan dengan daya yang masuk dan penggerak motor, tetapi menawarkan kemampuan terbatas untuk mendeteksi kesalahan di dalam motor itu sendiri dan beban yang digerakkan oleh motor. Selain itu, karena instrumen ini terpisah dan mungkin menawarkan kemampuan pelaporan yang terbatas, pengujian untuk tujuan Pemeliharaan Prediktif (PdM) atau Pemeliharaan Berbasis Kondisi (CBM) dapat menjadi sulit.

Di sinilah Electrical Signature Analysis (ESA ) menawarkan keunggulan yang berbeda dari DMM, osiloskop, dan penganalisis kualitas daya untuk tujuan pengujian Keandalan. Selain itu, selain mengevaluasi kondisi daya yang masuk dan penggerak motor, alat ini juga akan mengevaluasi kondisi motor dan beban yang digerakkan untuk berbagai mode kegagalan yang umum terjadi.

Tentang ESA

ESA adalah metode pengujian on-line di mana bentuk gelombang tegangan dan arus ditangkap saat sistem motor berjalan dan kemudian, melalui Fast Fourier Transform (FFT), analisis spektral dilakukan melalui perangkat lunak yang disediakan. Dari FFT ini, gangguan yang terkait dengan daya masuk, sirkuit kontrol, motor itu sendiri, dan beban yang digerakkan terdeteksi dan kemudian dapat ditelusuri untuk tujuan CBM/PdM. Instrumen ESA khusus kami dapat digenggam, portabel, dan dioperasikan dengan baterai.

Semua sistem analisis ESA memerlukan informasi pelat nama motor berupa voltase, kecepatan lari, arus beban penuh, dan tenaga kuda (atau kW). Selain itu, informasi opsional seperti jumlah slot rotor bar dan stator, nomor komponen bearing, dan informasi untuk komponen beban yang digerakkan, seperti jumlah blade untuk kipas atau jumlah gigi untuk aplikasi kotak roda gigi dapat dimasukkan untuk analisis yang lebih rinci dan akurat.

Karena ESA merupakan hal baru bagi banyak orang, di bawah ini adalah bagan yang mengilustrasikan kesalahan umum yang dideteksi oleh ESA. Lihat Gambar 1.

Artikel ini membahas tiga kesalahan umum pada drive PWM:

1) Dioda input terbuka di jembatan penyearah.

2) Kapasitor yang gagal di sirkuit DC menengah.

3) Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi Buruk (IGBT).

Dari ketiganya, kapasitor yang gagal adalah yang paling sulit dideteksi secara dini, karena tidak ada tanda-tanda langsung dari kondisi ini dengan memantau kinerja motor.

Tentang drive

Gambar 2 mengilustrasikan blok dasar untuk penggerak motor PWM yang meliputi daya AC yang masuk, jembatan dioda gelombang penuh yang menyearahkan tegangan AC yang masuk, rangkaian DC menengah yang berisi kapasitor, jembatan inverter, dan motor.

Ketika menguji dengan ESA, koneksi tegangan dan arus dibuat ke sistem motor yang sedang diuji. Hal ini biasanya dilakukan di pusat kendali motor dan koneksi dibuat menggunakan probe tegangan portabel yang disediakan dan trafo arus portabel atau dengan kotak koneksi khusus yang telah dipasang sebelumnya. Keuntungan dari kotak koneksi adalah kemampuan untuk mengambil data tanpa membuka panel kontrol motor untuk membuat koneksi yang diperlukan.

Dengan aplikasi PWM, dua set data harus diambil, satu pada input ke drive PWM dan yang lainnya pada output drive PWM. Seluruh proses pengumpulan data (setelah koneksi dibuat) memakan waktu sekitar 4 menit dan tidak diperlukan informasi pelat nama motor pada titik ini. Informasi ini dapat dimasukkan nanti saat melakukan analisis data.

File data kemudian dilihat menggunakan perangkat lunak yang disediakan dan laporan Microsoft® Word dihasilkan. Perangkat lunak ini menyediakan alat bantu yang mudah digunakan untuk bekerja dengan spektrum analisis yang berbeda. Temuan perangkat lunak dapat dilihat tanpa menghasilkan laporan lengkap.

Perangkat lunak secara otomatis melaporkan hal-hal berikut ini:

Faktor Daya, Ketidakseimbangan arus, Ketidakseimbangan tegangan dan tegangan RMS ke pelat nama, Beban ke pelat nama, Sambungan Fasa, Kesehatan rotor, Kesehatan listrik dan mekanik stator, Celah udara rotor / stator, Distorsi Harmonik Total (Tegangan dan Arus), Indikasi ketidaksejajaran / Ketidakseimbangan, dan Kesehatan bantalan.

Laporan ini juga melaporkan Faktor Puncak dan Puncak Arus dan Puncak, Impedansi Fasa, Daya (Semu, Nyata, dan Reaktif), Kecepatan Lari, dan Frekuensi Saluran. Untuk motor induksi AC dan motor DC juga akan menghitung efisiensi motor.

Rata-rata pengguna yang terampil dapat menjalankan analisis lengkap dan menghasilkan laporan dalam waktu kurang dari 10 menit per motor.

Kasus Satu

Kasus nomor satu adalah penggerak motor yang diterima di fasilitas servis EMA Inc, Cortland, NY. Drive dan motor dijalankan pada dinamometer untuk pengujian.

Dua set data dikumpulkan. Yang pertama adalah penangkapan bentuk gelombang hanya pada input ke drive dan kemudian set kedua diambil pada output drive. Kumpulan data kedua mencakup pengambilan bentuk gelombang tegangan dan arus, ditambah 50 detik bentuk gelombang tegangan dan arus.

Gambar 6 menunjukkan bentuk gelombang arus yang masuk untuk fasa C. Perhatikan bahwa puncak negatif tidak ada. Hal ini disebabkan oleh dioda yang terbuka.

Laporan yang dihasilkan ESA secara otomatis mengidentifikasi ketidakseimbangan arus dan distorsi harmonik yang berlebihan, yang disebabkan oleh dioda yang terbuka.

Halaman pertama dari laporan ini hanya merupakan ringkasan dan ada halaman tambahan yang memberikan rincian untuk setiap judul subjek utama. Ketidakseimbangan fase arus yang besar, seperti yang terlihat di sini, akan merusak komponen internal drive PWM dan dapat menekan transformator suplai yang memberi makan drive motor

Kasus Dua

Kasus nomor dua diterima oleh EMA untuk diperbaiki dan melibatkan kapasitor yang sudah tua di bank kapasitor. Masalahnya, karena kapasitor ini mulai menua dan memburuk, performa motor tidak akan memberikan indikasi yang jelas. Setelah kapasitor mulai gagal, arus tambahan dibawa oleh kapasitor yang baik, yang menciptakan panas yang berlebihan pada kapasitor, dan panas tambahan mempercepat kegagalan kapasitor yang tersisa. Kapasitor ini memiliki ventilasi untuk menghilangkan tekanan yang berlebihan di dalamnya, tetapi ada kemungkinan kapasitor ini meledak, jika tidak dibuang dengan cukup cepat. Selain itu, tegangan riak yang berlebihan yang disuplai ke motor akan menyebabkan arus harmonik ditarik oleh motor. Arus harmonik ini akan menciptakan torsi urutan negatif, performa motor yang buruk, dan penumpukan panas yang merusak di dalam motor.

Gambar 9 menunjukkan tegangan pada output drive dan ini untuk drive yang baik dengan kapasitor dalam kondisi baik.

Kasus Tiga

Kasus nomor tiga diterima oleh EMA untuk diperbaiki. Bentuk gelombang output menunjukkan IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tidak menyala. Hal ini menciptakan ketidakseimbangan arus dan distorsi bentuk gelombang.

Kesimpulan

Kesimpulannya, DMM, osiloskop, dan instrumen kualitas daya memberikan kemampuan pemecahan masalah yang baik untuk drive motor PWM. Namun, mereka tidak terintegrasi dengan baik ke dalam program keandalan pengujian motor listrik karena keterbatasan pengumpulan data dan pelaporan. Selain itu, mereka hanya memberikan sedikit informasi mengenai masalah umum yang berhubungan dengan motor dan beban.

Analisis Tanda Tangan Listrik memungkinkan teknisi keandalan untuk melihat seluruh sistem motor dari daya yang masuk hingga beban yang digerakkan. Dengan aplikasi PWM, pengumpulan data memerlukan waktu kurang dari 4 menit setelah koneksi tegangan dan arus dibuat. Dari proses pengujian 4 menit ini, analisis lengkap 8 dapat dengan cepat mengidentifikasi masalah seperti dioda penyearah yang gagal, kapasitor bus DC yang buruk, dan IGBT yang gagal sebelum drive atau kegagalan motor menyebabkan sistem motor gagal.

Penting untuk dicatat bahwa dalam ketiga kasus tersebut, motor mungkin masih beroperasi, tergantung pada beban dan faktor operasional lainnya, tetapi kepastian sistem untuk terus berjalan menjadi terganggu. Kemampuan ESA untuk mengidentifikasi kesalahan ini sejak dini, sebelum kerusakan tambahan pada motor atau drive PWM terjadi, akan membantu meminimalkan waktu henti yang mahal, meningkatkan keandalan peralatan, dan mungkin mencegah kerusakan besar pada peralatan atau kemungkinan cedera pada personel.

Tentang penulis

Richard Scott adalah Manajer Penjualan Nasional dan Don Haapapuro, CMRP, adalah Manajer Akun Utama untuk ALL-TEST Pro, LLC. ALL-TEST Pro adalah produsen peralatan uji portabel untuk Analisis Sirkuit Motor (MCA), Analisis Tanda Tangan Listrik (ESA), dan Analisis Kualitas Daya (PQ) yang digunakan untuk pengujian Pemeliharaan Prediktif, Kontrol Kualitas, dan Pemecahan Masalah pada motor listrik, generator, trafo, kumparan, dan belitan. Instrumen ALLTEST PRO® MCA menyediakan deteksi dini gangguan listrik termasuk: gangguan belitan, ketidakseimbangan fasa, gangguan rotor, dan gangguan arde. Instrumen ALL-TEST PRO® ESA dan PQ menyediakan analisis otomatis dari daya yang masuk, motor listrik, hingga beban yang digerakkan, baik listrik maupun mekanik. Instrumen ini dapat digenggam, dioperasikan dengan baterai, mudah digunakan, dan akan menguji hampir semua ukuran atau jenis motor listrik, generator, atau trafo, bahkan dari lokasi yang jauh. Situs webnya adalah www.alltestpro.com.

Dean Williams adalah Wakil Presiden Layanan Teknis untuk EMA, Inc dan dia bekerja di pusat layanan Cortland, NY. EMA menjual dan menyervis drive motor serta menyediakan pelatihan untuk mengatasi masalah drive motor dengan benar. Situs webnya adalah www.emainc.net.

Microsoft® Word adalah merek dagang terdaftar dari Microsoft Corporation.

Hak Cipta © 2008 ALL-TEST Pro, LLC Semua Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang