電気信号解析によるオンライン・モーター試験

オンライン電気モーター試験101

電気信号解析（ESA）は、モーターシステムの運転中に電圧と電流の波形を取り込み、高速フーリエ変換（FFT）により、付属のソフトウェアでスペクトル解析を行うオンライン試験方法です。 このFFTから、入力電力、制御回路、モーター自体、および駆動負荷に関連する故障が検出され、状態ベースのメンテナンス/予知保全の目的でトレンドが把握されます。 私たちのESA装置は、ハンドヘルド、ポータブル、バッテリー駆動である。

すべてのESA分析システムは、電圧、運転速度、全負荷電流、馬力（またはkW）のモーター銘板情報を必要とします。 さらに、ローターバーやステータースロット数、ベアリング番号、ファンのブレード数やギアボックスアプリケーションの歯数などの被駆動負荷コンポーネントの情報などのオプション情報を入力することで、より詳細で正確な解析を行うことができます。

通電オンラインテストは、AC誘導モータ、DCモータ、発電機、巻線ロータモータ、同期モータ、工作機械用モータなどの貴重な情報を提供します。 ESAは多くの人にとって新しいものであるため、モーターシステム内の主要コンポーネントに対するESAの評価能力を下図に示す。

電力品質分析も実施

• 電力品質データロギング
• 電圧3ch、電流4chのロギングが可能
• イベントの波形キャプチャ ≥ ½ サイクル
• 8マイクロ秒以上のイベントのトランジェント検出
• エネルギーデータのロギング – 63番目までの高調波分析（VとI）
• フェーズグラフ – 使いやすいレポートテンプレート
• ビフォーアフター分析機能による省エネの報告

電気信号解析によるオンラインテスト

全試験プロⅡ（ATPOL IITM）

• おうしゅうでんきつうしんきょく
• 電力品質
• たるみとうねり
• 波形キャプチャ
• エネルギー・データ・ロギング

ESA申請成功

• AC/DCモーター
• モータードライブアプリケーション
• ジェネレーター/オルタネーター
• トラクションモーター
• 工作機械用モーター
• ギアボックス
• ポンプ・ファン
• 信頼性のために
• コミッショニング
• トラブルシューティングのために

ALL-SAFE PROTM接続ボックスにより、技術者は通電しているパネルを開けることなく、オンラインテストデータを収集することができます。

自動故障検出

下記は、リスケージ型ローターを持つAC誘導電動機の例である。

データは、ポータブル電圧・電流プローブまたは恒久的に設置された接続ボックス（ALL-SAFE PRO TM）を介して収集されます。

収集されたデータは、提供されたソフトウェアで分析される。

アラームは事前に設定され、自動レポートテンプレートはAC誘導、同期、DCモーターと変圧器に提供されます。

この電圧波形の過剰なリップルは、このパルス幅変調モーター・ドライブのコンデンサが故障していることを示している。 ESAを使用したPWMモーター・ドライブのテストに関する詳細は、[email protected] まで電子メールでお問い合わせください。

入射電力の分析

• 力率
• 電流と電圧のアンバランス
• 銘板に対する実効電圧
• 電圧と電流のピークとクレスト係数
• 位相インピーダンス
• 電力（皮相電力、実電力、無効電力）
• 全高調波歪み（電圧および電流）

モーターへの電力供給分析

• 定格負荷
• THDF（変圧器高調波定格率）
• VDF（電圧ディレーティング係数）
• THDFとVDFの製品は、馬力のディレーティングに使用できる。
• デマンド・パワー
• 負、正、およびゼロ系列高調波の合計
• AC誘導およびDCモータの効率
  • * 米国エネルギー省のMotor Master+ソフトウェア・プログラムと共に使用し、修理または交換を決定することができます。 MM+は、エネルギー効率の高いモーターにアップグレードした場合の投資回収も計算します。

モーターの分析

• ライン周波数
• 走行速度
• ポール・パス周波数
• ローターの健康
• エアギャップ（静的偏心と動的偏心）
• ミスアライメント／アンバランス
• ステーター電気
• ステーター・メカニカル
• 位相接続の健全性

解析ソフトウェアには比較機能があり、1つのスペクトルを別のスペクトルに重ねて比較することができます。 下図は、無負荷時と75%負荷時のモーターFFTスペクトルを示しています。 ブルーの大きなピークの両側にあるブルーの小さなピークは、ポール・パス周波数と呼ばれるものだ。 これらのピークは、複数のローターバーが折れることによって引き起こされる。

負荷の分析

ソフトウェアに情報を入力した後、機械システムを分析できる

• 直結
• ギアボックス
• ベルト付き
• ファンブレード
• インペラ

オンライン分析の詳細

ATPOL IIソフトウェアの主な動作の1つは、モーター負荷から電流信号を抽出する高感度かつ選択的な手段を提供するために、電力線キャリア信号に対して二乗平均平方根復調処理を実行することである。 生電流信号をこのように復調することで、大きなライン周波数成分が除去され、走行速度、ベルト通過、ギア噛み合いなどの変調を引き起こす成分のS/N比が大幅に改善される。

モータの「健全性」と負荷の影響を判断するために必要な情報を提供する時間領域と周波数領域で、性能に関する数多くの兆候が明らかになる。 これにより、真の走行速度、モーターのスリップ周波数、ギアのメッシュ周波数、ドライブトレインのコンポーネント、ギアの回転速度を実際に「見る」ことができる。

様々な周波数を分離するために、高速フーリエ変換（FFT）が使用され、結果として周波数スペクトルが画面に表示される。 このスペクトルのピークは、マシンのさまざまなコンポーネントの回転速度に対応している。 例えば、ベルトを介して電動モーターで駆動されるファンの場合、ピークはモーター回転数、ポール通過周波数、ファン回転数、ベルト回転数に対応する。 ベルトドライブの代わりにギアボックスを使用する場合、ギアの回転速度とギアの噛み合い周波数にスペクトルのピークが現れる。

これらのスペクトルのピークの高さは、モーターに流れる全体の電流レベルと、機械から出てモーターが感知する機械的外乱の振幅の2つに依存する。 機械的な外乱はトルク変動として始まり、最終的には小さな速度変動としてモーターに到達し、それが測定される小さな電流変動の原因となる。 全回転数が一定の条件では、例えばファン回転数のピークの高さが変化すれば、ファンの機械的状態の悪化を示すことになる。 これらの変化を観察することで、バランスの崩れ、ミスアライメント、駆動プーリーの摩耗、ベアリングの不良などの不具合を簡単に特定することができる。 したがって、定期的にデータを取得した後、周波数ディスプレイは、潜在的な劣化の早期警告を提供するために、電動機駆動機械を監視するために使用される。

モーター電流シグネチャー解析（MCSA）と電気的シグネチャー解析（ESA）の主な違いは、MCSAではFFTが電圧ではなく電流波形のみで行われることです。 このため、入力電力に関連する問題をモーターや駆動負荷の問題と簡単かつ迅速に区別することが難しくなる。 ESAでは、電流と電圧のFFTを同じ画面で見ることができる。 そのため、電圧と電流のFFTスペクトルを比較するだけで、故障の原因を特定できる。

一般に、電圧スペクトルにおいてピークが支配的である場合、このピークの発生源はモーターに流入している。 電流スペクトルにおいてピークが支配的である場合、原因はモーターまたは負荷に関連している。

ESA故障パターン

故障の種類

ステーターメカニカルCF = RS x LFサイドバンド付きステーター・スロット

静的偏心CF = RS x LFおよび2LFサイドバンド付きローターバー

機械的アンバランス/ミスアライメント独自のアルゴリズムを使用

動的偏心CF = RS x ローターバー LFと2LFのサイドバンドとRSのサイドバンド

ステータ電気（ショート）CF = RS x ステータ・スロット LFサイドバンドとRSサイドバンド

CF=中心周波数 RS=走行速度 LF=ライン周波数