Повышение электромеханической надежности с помощью ESA

Рисунок 1.
Распространенные неисправности двигателя (CF = центральная частота, RS = скорость вращения, LF = линейная частота) Анализ электрических характеристик (ESA) – это технология прогнозируемого технического обслуживания (PdM), которая использует напряжение питания и рабочий ток двигателя для выявления существующих и развивающихся неисправностей во всей системе двигателя.
Эти измерения действуют как датчики, и любые сбои в системе двигателя вызывают изменение (или модуляцию) тока питания двигателя.
Анализируя эти модуляции, можно определить источник этих сбоев в системе двигателя.
Испытание двигателя под напряжением с помощью ESA предоставит ценную информацию для асинхронных двигателей переменного и постоянного тока, генераторов, двигателей с намотанным ротором, синхронных двигателей и двигателей станков, используемых для PdM-испытаний, ввода в эксплуатацию и поиска неисправностей.
С помощью портативного ручного прибора ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) ESA собираются осциллограммы тока и напряжения, а затем с помощью быстрого Фурье-анализа специалист может оценить как электрическое, так и механическое состояние системы двигателя.
Неисправности системы электродвигателя (независимо от того, связаны ли они с поступающей мощностью, электрическим или механическим состоянием двигателя, механической муфтой или приводимой нагрузкой) при использовании методов ESA будут иметь уникальные сигнатуры (см. Рисунок 1).
Поэтому, имея информацию о двигателе и системе двигателя, можно определить соответствующие частоты неисправностей и оценить состояние всей системы. Многочисленные показатели работы выявляются во временной и частотной областях, что дает необходимую информацию для определения “здоровья” двигателя и влияния прилагаемой нагрузки.
Это позволяет фактически “увидеть” истинную скорость вращения, частоту проскальзывания двигателя, частоту зацепления шестерен, компоненты приводного механизма и скорости вращения шестерен.
Быстрое преобразование Фурье (БПФ) используется для создания спектра высоких и низких частот.
Пики в этих спектрах соответствуют скоростям вращения различных компонентов машины.
Например, в случае вентилятора, приводимого в движение электродвигателем через ремень, пики соответствуют скорости вращения двигателя, частоте прохождения полюсов, скорости вращения вентилятора и скорости вращения ремня.
Если вместо ременной передачи используется коробка передач, то спектральные пики появятся на частоте вращения шестерен и частоте зацепления шестерен.  

Выполнение анализа электрической сигнатуры

Данные заводской таблички не требуются в процессе сбора данных, но автоматический анализ можно выполнить, введя напряжение заводской таблички двигателя, скорость вращения, номинальную мощность и ток полной нагрузки в процессе анализа.
К распространенным неисправностям механической системы между двигателем и нагрузкой, связанным с износом и применением, относятся несоосность ремня или прямой передачи, износ ремня или вставки, проблемы с натяжением ремня и износ шкива.
Нагрузка может иметь множество типов неисправностей в зависимости от типа нагрузки.
Наиболее распространенными являются изношенные детали (например, уплотнения), сломанные компоненты (шестерни, вентилятор, лопасти крыльчатки и т.д.) и подшипники.
Программное обеспечение ESA позволяет специалисту ввести информацию о механической системе (см. Рисунок 2), после чего автоматически рассчитываются соответствующие частоты (программа предоставляет курсоры для определения местоположения этих частот в спектре).
Анализ приводимого в движение оборудования включает ременное, зубчатое и лопастное оборудование.
Обратите внимание, что информация о механической системе не требуется для анализа электрических и механических характеристик двигателя и актуальна только тогда, когда необходимо проанализировать механическую нагрузку. Рисунок 2.
Программное обеспечение Electrical Signature Analysis автоматизирует расчеты и предоставляет курсоры частот В качестве примера рассмотрим низкочастотные данные вентилятора пылесборника 1, который приводится в действие 150-киловаттным, 400-вольтовым, 260-амперным, 1485 об/мин асинхронным двигателем (см. Рисунок 3).
Обратите внимание на пик с надписью BLT – это частота ремня, или скорость ремня.
Существуют кратные частоты BLT, которые показаны в обоих спектрах.
Нижние спектры показывают пик линейной частоты и наличие боковых полос по обе стороны от линейной частоты, которые находятся на частоте BLT.
Тот факт, что присутствуют поясные частоты, особенно при силе тока 4,3 А, очень важен.
Боковые полосы оцениваются по факту их присутствия.
Кроме того, они кратно превышают частоту пояса – поэтому я подозреваю, что с этим коллектором есть какие-то проблемы.
Однако техник, собравший эти данные и выполнивший первоначальный анализ, решил наблюдать за этой машиной, а не проводить дальнейшую проверку или тестирование. Рисунок 3.
Этот вентилятор-пылесборник приводится в действие 150-киловаттным, 400-вольтовым, 260-амперным, 1485 об/мин асинхронным двигателем.
Также была протестирована родственная машина, Вентилятор пылесборника 2.
На Рисунке 4 обратите внимание, что нагрузка на двигатель ниже, чем у вентилятора 1 (194 А против 220 А), однако пик BLT составляет 8,3 А; в то время как у вентилятора 1 пик был всего 4,3 А.
На основании этого первого теста мы не можем сделать вывод о том, что это серьезная проблема, но вместо этого это предупреждающий сигнал о том, что в этой машине что-то не так по сравнению с первой. Рисунок 4.
Результаты тестирования вентилятора пылесборника 2.
Поскольку эти данные были получены во время фазы обнаружения рабочего процесса PdM, следующим шагом будет начало фазы анализа.
В рамках фазы анализа техник провел быстрый визуальный осмотр обеих машин и отметил, что ремень вентилятора 2 имеет чрезмерное движение по сравнению с вентилятором 1.
Следующим шагом будет выполнение дополнительной работы, которая может включать в себя получение дополнительных данных с помощью ESA или привлечение других инструментов в рамках фазы анализа.  

Заключение

Электродвигатель является отличным датчиком при использовании анализа электрических характеристик, поскольку Вы можете оценить входящую мощность, электрическое и механическое состояние двигателя, а также приводимую в движение нагрузку.
Когда речь идет о качестве питания, системах управления, состоянии статора и ротора, воздушных зазорах, подшипниках, центровке и нагрузке, развивающаяся неисправность может быть обнаружена и отслежена для целей прогнозируемого технического обслуживания – но для этого необходимо иметь правильное оборудование для проведения анализа электрических характеристик.
Эта история применения является первой частью серии из трех частей об использовании ESA для оценки состояния механических систем с приводом от двигателя.
Для получения дополнительной информации посетите сайт www.alltestpro.com.  

О компании ALL-TEST Pro, LLC

ALL-TEST Pro обеспечивает истинное техническое обслуживание и устранение неисправностей электродвигателей благодаря инновационным диагностическим инструментам, программному обеспечению и поддержке, которые позволят Вам поддерживать Ваш бизнес в рабочем состоянии.