Test del motore online con analisi della firma elettrica

Test dei motori elettrici in linea 101

L’analisi della firma elettrica (ESA) è un metodo di test on-line in cui le forme d’onda di tensione e corrente vengono acquisite mentre il sistema del motore è in funzione e poi, tramite una trasformata veloce di Fourier (FFT), viene eseguita un’analisi spettrale dal software in dotazione. Da questa FFT vengono rilevati i guasti relativi all’alimentazione in ingresso, al circuito di controllo, al motore stesso e al carico azionato, che possono poi essere analizzati per scopi di Condition Based Maintenance/Manutenzione preventiva. Il nostro particolare strumento ESA è portatile e alimentato a batteria.

Tutti i sistemi di analisi ESA richiedono informazioni sulla targhetta del motore relative a tensione, velocità di funzionamento, corrente a pieno carico e cavalli (o kW). Inoltre, per un’analisi più dettagliata e accurata, è possibile inserire informazioni opzionali come il numero delle barre del rotore e delle scanalature dello statore, il numero dei cuscinetti e le informazioni relative ai componenti del carico azionato, come il numero delle pale di un ventilatore o il numero dei denti di un riduttore.

I test in linea sotto tensione forniscono informazioni preziose per i motori a induzione e a corrente continua, i generatori, i motori a rotore avvolto, i motori sincroni, i motori delle macchine utensili, ecc. Poiché l’ESA è una novità per molti, il grafico seguente illustra le capacità di valutazione dell’ESA dei principali componenti di un sistema motore.

Esegue anche l’analisi della qualità dell’alimentazione

• Registrazione dei dati sulla qualità dell’alimentazione
• 3 canali di registrazione della tensione e 4 canali di registrazione della corrente
• Acquisizione della forma d’onda degli eventi ≥ ½ ciclo
• Rilevamento transitorio di eventi ≥ 8 microsecondi
• Registrazione dei dati energetici – Analisi armonica fino al 63° (V e I)
• Grafici dei fasori – Modelli di report preimpostati e facili da usare
• Segnalare i risparmi energetici utilizzando una funzione di analisi prima e dopo

Test in linea con l’analisi della firma elettrica

ALL-TEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Qualità dell’energia
• Abbassamenti e rigonfiamenti
• Acquisizione della forma d’onda
• Registrazione dei dati energetici

Domande di successo per l’ESA

• Motori AC/DC
• Applicazioni di azionamento del motore
• Generatori/Alternatori
• Motori di trazione
• Motori per macchine utensili
• Riduttori
• Pompe e ventilatori
• Per l’affidabilità
• Per la messa in servizio
• Per la risoluzione dei problemi

La scatola di connessione ALL-SAFE PROTM consente al tecnico di raccogliere dati di test in linea senza aprire un pannello sotto tensione.

Rilevamento automatico dei guasti

L’esempio riassuntivo che segue è relativo a un motore a induzione in corrente alternata con rotore a gabbia di scoiattolo

I dati vengono raccolti tramite sonde di tensione e corrente portatili o scatole di connessione installate in modo permanente (ALL-SAFE PRO TM).

I dati raccolti vengono poi analizzati dal software in dotazione.

Gli allarmi sono preimpostati e vengono forniti modelli di report automatici per i motori a induzione CA, sincroni e CC, oltre che per i trasformatori.

Un’increspatura eccessiva su questa forma d’onda di tensione indica la presenza di condensatori guasti in questo azionamento a modulazione di impulsi. Per ulteriori informazioni sul collaudo degli azionamenti motore PWM con ESA, inviare un’e-mail a [email protected].

Analisi della potenza in ingresso

• Fattore di potenza
• Squilibrio di corrente e tensione
• Tensione RMS alla targhetta
• Tensione e corrente di picco e fattore di cresta
• Impedenza di fase
• Potenza (apparente, reale e reattiva)
• Distorsione armonica totale (tensione e corrente)

Analisi dell’alimentazione del motore

• Carico alla targa dati
• THDF (Fattore di de-rating armonico del trasformatore)
• VDF (Fattore di declassamento della tensione)
• Il prodotto di THDF e VDF può essere utilizzato per la dequalificazione della potenza in cavalli.
• Potenza della domanda
• Armoniche totali negative, positive e di sequenza zero
• Efficienza per motori a induzione e a corrente continua
  • * Può essere utilizzato con il programma software Motor Master+ del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per prendere decisioni sulla riparazione o sulla sostituzione. MM+ calcola anche il ritorno dell’investimento se si passa a un motore ad alta efficienza energetica.

Analisi del motore

• Frequenza di linea
• Velocità di corsa
• Frequenza di passaggio del polo
• Salute del rotore
• Traferro (eccentricità statica e dinamica)
• Disallineamento/sbilanciamento
• Statore elettrico
• Statore meccanico
• Salute del collegamento di fase

Il software di analisi offre una funzione di confronto in cui uno spettro può essere sovrapposto a un altro a scopo di comparazione. La figura seguente mostra lo spettro FFT di un motore a vuoto e poi al 75% di carico. Le piccole cime in blu ai lati della grande cima blu si trovano alla cosiddetta frequenza del Passo del Polo. Questi picchi sono causati dalla rottura di più barre del rotore.

Analisi del carico

Il sistema meccanico può essere analizzato dopo l’inserimento delle informazioni nel software.

• Collegato direttamente
• Scatola ingranaggi
• Con cintura
• Pala del ventilatore
• Girante

Ulteriori dettagli su Analisi On-Line

Una delle operazioni principali del software ATPOL II consiste nell’eseguire un processo di demodulazione al quadrato della radice sul segnale portante della linea di alimentazione per fornire un mezzo altamente sensibile e selettivo per estrarre i segnali di corrente dal carico del motore. Questa demodulazione del segnale di corrente grezzo rimuove la grande componente di frequenza di linea per consentire un rapporto segnale/rumore molto migliore per i componenti che causano la modulazione come la velocità di marcia, il passaggio della cinghia, l’ingranaggio, ecc.

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.

Per separare le varie frequenze, si utilizza una trasformata rapida di Fourier (FFT) e lo spettro di frequenza risultante viene visualizzato sullo schermo. I picchi di questo spettro 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.

Le altezze di questi picchi spettrali dipendono da due fattori: il livello complessivo di corrente al motore e l’ampiezza dei disturbi meccanici provenienti dalla macchina e percepiti dal motore. I disturbi meccanici iniziano come variazioni di coppia e finiscono nel motore come piccole variazioni di velocità che a loro volta causano le piccole fluttuazioni di corrente misurate. Per una condizione di velocità complessiva costante, una variazione dell’altezza del picco di velocità del ventilatore, ad esempio, indicherebbe un deterioramento delle condizioni meccaniche del ventilatore. Osservando questi cambiamenti, è possibile identificare facilmente difetti come lo squilibrio, il disallineamento, l’usura della puleggia motrice o un cuscinetto difettoso. Pertanto, dopo aver rilevato i dati su base periodica, il display di frequenza viene utilizzato per monitorare i macchinari azionati da motori elettrici al fine di fornire un avviso precoce di potenziale degrado.

La differenza principale tra l’analisi della firma della corrente del motore (MCSA) e l’analisi della firma elettrica (ESA) è che con l’MCSA la FFT viene eseguita solo sulla forma d’onda della corrente e non sulla tensione. Ciò rende più difficile distinguere facilmente e rapidamente i problemi legati alla potenza in ingresso da quelli del motore e del carico pilotato. Con l’ESA è possibile visualizzare sullo stesso schermo sia la corrente che la tensione FFT. Quindi è sufficiente confrontare gli spettri FFT di tensione e corrente per determinare l’origine del guasto.

In genere, se il picco è dominante nello spettro di tensione, la fonte di questo picco è in ingresso al motore. Se il picco è dominante nello spettro di corrente, la fonte è legata al motore o al carico.

Modelli di guasto ESA

Tipo di guasto:

Statore meccanico: CF = RS x slot dello statore con bande laterali LF

Eccentricità statica CF = RS x Barre del rotore con bande laterali LF e 2LF

Squilibrio meccanico / disallineamento Viene utilizzato un algoritmo proprietario

Eccentricità dinamica CF = RS x Barre del rotore Bande laterali LF e 2LF con bande laterali RS

Statore elettrico (corto) CF = RS x slot dello statore Bande laterali LF con bande laterali RS

CF= Frequenza centrale RS = Velocità di marcia LF = Frequenza di linea