Migliorare l’affidabilità elettromeccanica con l’ESA

Figura 1. Guasti comuni del motore (CF=frequenza centrale, RS=velocità di marcia, LF=frequenza di linea)

L’analisi della firma elettrica (ESA) è una tecnologia di manutenzione predittiva (PdM) che utilizza la tensione di alimentazione e la corrente di funzionamento del motore per identificare i guasti esistenti e in via di sviluppo nell’intero sistema del motore. Queste misure fungono da trasduttori e qualsiasi perturbazione nel sistema del motore provoca una variazione (o modulazione) della corrente di alimentazione del motore. Analizzando queste modulazioni, è possibile identificare la fonte di questi disturbi del sistema motorio. Il test dei motori alimentati con ESA fornirà informazioni preziose per i motori a induzione e a corrente continua, i generatori, i motori a rotore avvolto, i motori sincroni e i motori delle macchine utensili utilizzati per i test PdM, la messa in servizio e la risoluzione dei problemi.

Le forme d’onda di corrente e tensione vengono raccolte con lo strumento portatile ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) e, tramite un’analisi Fast Fourier, il tecnico è in grado di valutare le condizioni elettriche e meccaniche del sistema motore.

I guasti del sistema motore (sia che riguardino l’alimentazione in ingresso, l’impianto elettrico o meccanico del motore, l’accoppiamento meccanico o il carico azionato) presentano tutti una firma univoca quando si utilizzano le tecniche ESA (vedere Figura 1). Pertanto, grazie alle informazioni sul motore e sul sistema del motore, è possibile identificare le frequenze di guasto rilevanti e valutare l’intero sistema.

Nel dominio del tempo e della frequenza vengono rivelate numerose indicazioni sulle prestazioni che forniscono le informazioni necessarie per determinare lo “stato di salute” del motore e l’impatto del carico erogato. Ciò consente di “vedere” la vera velocità di marcia, la frequenza di scorrimento del motore, la frequenza dell’ingranaggio, i componenti della trasmissione e le velocità di rotazione degli ingranaggi.

Le trasformate veloci di Fourier (FFT) vengono utilizzate per creare uno spettro ad alta e bassa frequenza. I picchi di questi spettri corrispondono alle velocità di rotazione dei diversi componenti della macchina. Ad esempio, nel caso di un ventilatore azionato da un motore elettrico attraverso una cinghia, i picchi corrispondono alla velocità del motore, alla frequenza di passaggio dei poli, alla velocità del ventilatore e alla velocità della cinghia. Se si utilizza una scatola di ingranaggi invece di una trasmissione a cinghia, i picchi spettrali appariranno in corrispondenza della velocità di rotazione degli ingranaggi e delle frequenze di ingranamento.

Esecuzione dell’analisi della firma elettrica

I dati di targa non sono richiesti durante il processo di raccolta dei dati, ma l’analisi automatica può essere eseguita inserendo la tensione di targa del motore, la velocità di funzionamento, la potenza nominale e la corrente a pieno carico durante il processo di analisi. I guasti più comuni del sistema meccanico tra il motore e il carico, dovuti all’usura e all’applicazione, comprendono il disallineamento della cinghia o dell’azionamento diretto, l’usura della cinghia o dell’inserto, i problemi di tensione della cinghia e l’usura della puleggia. Il carico può presentare numerosi tipi di guasti a seconda del tipo di carico. I più comuni sono le parti usurate (ad esempio le guarnizioni), i componenti rotti (ingranaggi, ventola, pale della girante, ecc.) e i cuscinetti.

Il software ESA consente al tecnico di inserire le informazioni sul sistema meccanico (vedere Figura 2), quindi le frequenze rilevanti vengono calcolate automaticamente (il software fornisce cursori per individuare tali frequenze all’interno degli spettri). L’analisi delle apparecchiature azionate comprende apparecchiature a cinghia, a ingranaggi e a pale. Si noti che le informazioni sul sistema meccanico non sono necessarie per l’analisi elettrica e meccanica del motore e sono rilevanti solo quando è necessario analizzare il carico meccanico.

Figura 2. Il software Electrical Signature Analysis automatizza i calcoli e fornisce cursori di frequenza.

A titolo di esempio, analizziamo i dati a bassa frequenza di un ventilatore del collettore di polveri 1, azionato da un motore a induzione da 150 kilowatt, 400 volt, 260 ampere e 1485 giri/min (vedere Figura 3). Notate il picco etichettato BLT: si tratta della frequenza del nastro, o velocità del nastro. Ci sono multipli del BLT, che sono mostrati in entrambi gli spettri. Gli spettri inferiori mostrano il picco della frequenza di linea e la presenza di bande laterali su entrambi i lati della frequenza di linea che si trovano alla frequenza BLT. Il fatto che le frequenze della cinghia siano presenti, soprattutto a 4,3 Ampere, è significativo. Le bande laterali sono valutate in base alla loro presenza. Inoltre, si tratta di multipli della frequenza della cinghia, quindi sospetto che ci sia qualche problema con questo collettore. Tuttavia, il tecnico che ha raccolto questi dati ed eseguito l’analisi iniziale ha scelto di monitorare la macchina piuttosto che eseguire ulteriori ispezioni o test.

Figura 3. Questo ventilatore del collettore di polveri è azionato da un motore a induzione da 150 kilowatt, 400 volt, 260 amp, 1485 giri/min.

È stata testata anche una macchina gemella, la Dust Collector Fan 2. Nella Figura 4, si noti che il carico del motore è inferiore a quello del ventilatore 1 (194A contro 220A), ma il picco del BLT è di 8,3A; mentre il ventilatore 1 aveva un picco di soli 4,3A. Da questo test iniziale, non possiamo concludere che si tratti di un problema serio, ma piuttosto di un segnale di allarme che indica che qualcosa è diverso in questa macchina rispetto alla prima.

Figura 4. Risultati del test per il ventilatore del collettore di polveri 2.

Poiché questi dati sono stati rilevati durante la fase di rilevamento del processo di lavoro del PdM, il passo successivo è l’avvio della fase di analisi. Durante la fase di analisi, il tecnico ha effettuato una rapida ispezione visiva di entrambe le macchine e ha notato che la cinghia del ventilatore 2 presenta un movimento eccessivo rispetto a quella del ventilatore 1. Il passo successivo è quello di svolgere un lavoro supplementare che può includere l’acquisizione di ulteriori dati con l’ESA o l’introduzione di altri strumenti come parte della fase di analisi.

Conclusione

Il motore elettrico è un ottimo trasduttore quando si utilizza l’Analisi della Firma Elettrica, in quanto è possibile valutare la potenza in ingresso, le condizioni elettriche e meccaniche del motore e il carico azionato. Quando si tratta di qualità dell’alimentazione, controlli, condizioni dello statore e del rotore, traferri, cuscinetti, allineamento e carico, è possibile rilevare un guasto in via di sviluppo e tracciare un trend ai fini della manutenzione predittiva, ma è necessario disporre dell’apparecchiatura giusta per eseguire l’analisi della firma elettrica.

Questa applicazione fa parte di una serie di tre parti sull’uso dell’ESA per valutare le condizioni dei sistemi meccanici a motore.

Per maggiori informazioni, visitate il sito www.alltestpro.com.

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