Poprawa niezawodności elektromechanicznej przy użyciu ESA

Rysunek 1. Typowe usterki silnika (CF = częstotliwość środkowa, RS = prędkość robocza, LF = częstotliwość liniowa)

Electrical Signature Analysis (ESA) to technologia konserwacji predykcyjnej (PdM), która wykorzystuje napięcie zasilania silnika i prąd roboczy do identyfikacji istniejących i rozwijających się usterek w całym układzie silnika. Pomiary te działają jak przetworniki, a wszelkie zakłócenia w układzie silnika powodują zmiany (lub modulację) prądu zasilania silnika. Analizując te modulacje, można zidentyfikować źródło tych zakłóceń układu ruchowego. Testowanie silników pod napięciem przy użyciu ESA dostarczy cennych informacji dla silników indukcyjnych AC i DC, generatorów, silników z uzwojonym wirnikiem, silników synchronicznych i silników obrabiarek używanych do testowania PdM, uruchamiania i rozwiązywania problemów.

Przebiegi prądu i napięcia są zbierane za pomocą przenośnego, ręcznego, zasilanego bateryjnie przyrządu ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) ESA, a następnie za pomocą szybkiej analizy Fouriera technik jest w stanie ocenić zarówno stan elektryczny, jak i mechaniczny układu silnika.

Usterki układu silnika (związane z zasilaniem wejściowym, elektrycznym lub mechanicznym silnikiem, sprzęgłem mechanicznym lub napędzanym obciążeniem) będą miały unikalne sygnatury podczas korzystania z technik ESA (patrz rysunek 1). W związku z tym, dzięki informacjom o silniku i układzie silnika, można zidentyfikować odpowiednie częstotliwości błędów i ocenić cały system.

Liczne wskazania wydajności są ujawniane w domenach czasu i częstotliwości, które dostarczają wymaganych informacji do określenia “stanu” silnika i wpływu dostarczonego obciążenia. Pozwala to faktycznie “zobaczyć” rzeczywistą prędkość roboczą, częstotliwość poślizgu silnika, częstotliwość zazębienia przekładni, elementy układu napędowego i prędkości obrotowe przekładni.

Szybka transformata Fouriera (FFT) jest używana do tworzenia widma wysokich i niskich częstotliwości. Piki w tych widmach odpowiadają prędkościom obrotowym różnych komponentów maszyny. Na przykład w przypadku wentylatora napędzanego silnikiem elektrycznym za pomocą paska, wartości szczytowe odpowiadają prędkości silnika, częstotliwości przejścia biegunów, prędkości wentylatora i prędkości paska. Jeśli zamiast napędu pasowego używana jest skrzynia biegów, piki widmowe pojawią się przy prędkości obrotowej kół zębatych i częstotliwościach zazębienia kół zębatych.

Wykonywanie analizy sygnatury elektrycznej

Dane z tabliczki znamionowej nie są wymagane podczas procesu zbierania danych, ale automatyczna analiza może być przeprowadzona poprzez wprowadzenie napięcia z tabliczki znamionowej silnika, prędkości obrotowej, mocy znamionowej i prądu pełnego obciążenia podczas procesu analizy. Typowe usterki układu mechanicznego między silnikiem a obciążeniem spowodowane zużyciem i zastosowaniem obejmują niewspółosiowość paska lub napędu bezpośredniego, zużycie paska lub wkładki, problemy z napięciem paska i zużycie koła pasowego. Obciążenie może mieć wiele rodzajów usterek w zależności od typu obciążenia. Najczęstsze z nich to zużyte części (np. uszczelki), uszkodzone komponenty (koła zębate, wentylator, łopatki wirnika itp.) oraz łożyska.

Oprogramowanie ESA umożliwia technikowi wprowadzenie informacji o systemie mechanicznym (patrz rysunek 2), a następnie automatycznie obliczane są odpowiednie częstotliwości (oprogramowanie zapewnia kursory do lokalizowania tych częstotliwości w widmach). Analiza sprzętu napędzanego obejmuje sprzęt z pasami, przekładniami i łopatkami. Należy pamiętać, że informacje o układzie mechanicznym nie są wymagane do analizy elektrycznej i mechanicznej silnika i są istotne tylko wtedy, gdy istnieje potrzeba analizy obciążenia mechanicznego.

Rysunek 2. Oprogramowanie Electrical Signature Analysis automatyzuje obliczenia i zapewnia kursory częstotliwości

Jako przykład, spójrzmy na dane niskiej częstotliwości z wentylatora 1 odpylacza, który jest napędzany 150-kilowatowym, 400-woltowym, 260-amperowym silnikiem indukcyjnym 1485 RPM (patrz rysunek 3). Zwróć uwagę na pik oznaczony BLT – jest to częstotliwość paska lub prędkość paska. Istnieją wielokrotności BLT, które są widoczne w obu widmach. Dolne widma pokazują szczyt częstotliwości liniowej i że po obu stronach częstotliwości liniowej znajdują się pasma boczne o częstotliwości BLT. Fakt, że częstotliwości paska są obecne, zwłaszcza przy 4,3 A, jest znaczący. Pasma boczne są oceniane na podstawie ich obecności. Również wielokrotność częstotliwości paska – dlatego podejrzewam jakiś problem z tym kolektorem. Jednak technik, który zebrał te dane i przeprowadził wstępną analizę, zdecydował się monitorować tę maszynę zamiast przeprowadzać dalsze kontrole lub testy.

Rysunek 3. Ten wentylator odpylacza jest napędzany 150-kilowatowym, 400-woltowym, 260-amperowym silnikiem indukcyjnym o prędkości 1485 obr.

Przetestowano również siostrzaną maszynę, Dust Collector Fan 2. Na rysunku 4 można zauważyć, że obciążenie silnika jest niższe niż w przypadku wentylatora 1 (194 A vs. 220 A), ale szczyt BLT wynosi 8,3 A; podczas gdy szczyt wentylatora 1 wynosił tylko 4,3 A. Na podstawie tego wstępnego testu nie możemy stwierdzić, że jest to poważny problem, ale raczej jest to flaga ostrzegawcza, że coś jest innego w tej maszynie w porównaniu do pierwszej.

Rysunek 4. Wyniki testu wentylatora odpylacza 2.

Ponieważ dane te zostały pobrane podczas fazy wykrywania procesu pracy PdM, następnym krokiem jest rozpoczęcie fazy analizy. W ramach fazy analizy technik przeprowadził szybką kontrolę wzrokową obu maszyn i zauważył, że pasek wentylatora 2 ma nadmierny ruch w porównaniu do wentylatora 1. Następnym krokiem jest wykonanie dodatkowych prac, które mogą obejmować pobranie dodatkowych danych za pomocą ESA lub wprowadzenie innych instrumentów w ramach fazy analizy.

Wniosek

Silnik elektryczny jest doskonałym przetwornikiem podczas korzystania z analizy charakterystyki elektrycznej, ponieważ można ocenić moc wejściową, stan elektryczny i mechaniczny silnika oraz napędzane obciążenie. Jeśli chodzi o jakość zasilania, sterowanie, stan stojana i wirnika, szczeliny powietrzne, łożyska, osiowanie i obciążenie, rozwijająca się usterka może być wykryta i trendowana do celów konserwacji predykcyjnej – ale najpierw musisz mieć odpowiedni sprzęt do przeprowadzenia analizy sygnatur elektrycznych.

Ta historia aplikacji jest częścią pierwszej z trzech części serii o wykorzystaniu ESA do oceny stanu systemów mechanicznych napędzanych silnikiem.

Więcej informacji można znaleźć na stronie www.alltestpro.com.

Informacje o ALL-TEST Pro, LLC

ALL-TEST Pro spełnia obietnicę prawdziwej konserwacji silnika i rozwiązywania problemów, dzięki innowacyjnym narzędziom diagnostycznym, oprogramowaniu i wsparciu, które umożliwiają prowadzenie działalności.