Test del motore online con analisi della firma elettrica

Inline Electric Motor Testing 101

Electrical Signature Analysis (ESA) is an online test method in which voltage and current waveforms are acquired while the motor system is running and then, using a Fast Fourier Transform (FFT), a spectral analysis is performed by the supplied software. This FFT identifies faults related to the input power supply, the control circuit, the motor itself, and the driven load, which can then be analyzed for Condition-Based Maintenance/Preventive Maintenance purposes. Our special ESA instrument is portable and battery-powered.

All ESA analysis systems require motor nameplate information regarding voltage, operating speed, full-load current, and horsepower (or kW). Additionally, for a more detailed and accurate analysis, optional information such as the number of rotor bars and stator splines, the number of bearings, and information about the driven load components, such as the number of fan blades or the number of gear teeth, can be entered.

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.

The heights of these spectral peaks depend on two factors: the overall current level to the motor and the amplitude of mechanical disturbances originating from the machine and perceived by the motor. Mechanical disturbances begin as torque variations and end up in the motor as small speed variations, which in turn cause the small current fluctuations measured. For example, for a constant overall speed, a change in the height of the fan’s peak speed would indicate a deterioration in the mechanical condition of the fan. By observing these changes, it is easy to identify defects such as imbalance, misalignment, wear on the drive pulley, or a defective bearing. Therefore, after periodically collecting data, the frequency display is used to monitor machinery driven by electric motors to provide an early warning of potential degradation.

The main difference between motor current signature analysis (MCSA) and electrical signature analysis (ESA) is that with MCSA, the FFT is performed only on the current waveform, not the voltage. This makes it more difficult to quickly and easily distinguish input power problems from those of the motor and driven load. With ESA, both the current and voltage FFTs can be displayed on the same screen. Therefore, simply comparing the voltage and current FFT spectra is sufficient to determine the source of the fault.

Typically, if the peak dominates the voltage spectrum, the source of this peak is at the motor input. If the peak dominates the current spectrum, the source is related to the motor or load.

 

ESA failure models

Fault type:

Mechanical stator: CF = RS x stator slot with LF sidebands

Static eccentricity CF = RS x Rotor bars with sidebands LF and 2LF

Mechanical imbalance / misalignment A proprietary algorithm is used

Dynamic eccentricity CF = RS x Rotor bars LF and 2LF sidebands with RS sidebands

Electric stator (short) CF = RS x stator slot LF sidebands with RS sidebands

CF= Center frequency RS = Running speed LF = Line frequency