Förbättra den elektromekaniska tillförlitligheten med ESA

Figur 1. Vanliga motorfel (CF=Center frequency, RS=Running Speed, LF=Line Frequency)

Elektrisk signaturanalys (ESA) är en teknik för förebyggande underhåll (PdM) som använder motorns matningsspänning och driftström för att identifiera befintliga och nya fel i hela motorsystemet. Dessa mätningar fungerar som givare och alla störningar i motorsystemet får motorns matningsström att variera (eller modulera). Genom att analysera dessa modulationer är det möjligt att identifiera källan till dessa störningar i det motoriska systemet. Testning av strömförande motorer med ESA ger värdefull information för AC-induktions- och DC-motorer, generatorer, lindade rotormotorer, synkronmotorer och verktygsmaskinmotorer som används för PdM-testning, idrifttagning och felsökning.

Ström- och spänningsvågformer samlas in med det bärbara, batteridrivna ESA-instrumentet ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) och via en Fast Fourier-analys kan teknikern sedan utvärdera både det elektriska och mekaniska tillståndet hos motorsystemet.

Fel i motorsystemet (oavsett om de är relaterade till inkommande ström, motorns elektriska eller mekaniska egenskaper, mekanisk koppling eller den drivna lasten) kommer alla att ha unika signaturer vid användning av ESAtekniker (se figur 1). Med information om motorn och motorsystemet kan därför relevanta felfrekvenser identifieras och hela systemet utvärderas.

Många indikationer på prestanda avslöjas inom tids- och frekvensdomänerna som ger den information som krävs för att bestämma motorns “hälsa” och inverkan av den levererade belastningen. Detta gör det möjligt att faktiskt “se” den verkliga körhastigheten, motorns slirfrekvens, kuggväxelns ingreppsfrekvens, drivlinans komponenter och kuggväxlarnas rotationshastigheter.

Fast Fourier Transforms (FFT) används för att skapa både ett hög- och lågfrekvensspektra. Topparna i dessa spektra motsvarar rotationshastigheterna för de olika komponenterna i maskinen. I fallet med en fläkt som drivs av en elmotor via en rem motsvarar topparna till exempel motorvarvtal, polfrekvens, fläktvarvtal och remvarvtal. Om en växellåda används istället för en remdrift kommer spektrala toppar att uppstå vid växlarnas rotationshastighet och växlarnas ingreppsfrekvenser.

Utföra analys av elektrisk signatur

Typskyltsdata krävs inte under datainsamlingsprocessen, men automatisk analys kan utföras genom att ange motorns typskyltsspänning, varvtal, märkeffekt och fullastström under analysprocessen. Vanliga mekaniska systemfel mellan motor och last på grund av slitage och användning inkluderar felinställning av rem eller direktdrivning, slitage på rem eller insats, problem med remspänning och slitage på skivan. Lasten kan ha flera olika typer av fel beroende på typ av last. De vanligaste är slitna delar (t.ex. tätningar), trasiga komponenter (kugghjul, fläkt, impellerblad etc.) och lager.

I ESA-programvaran kan teknikern ange information om det mekaniska systemet (se figur 2), och därefter beräknas relevanta frekvenser automatiskt (programvaran har markörer för att lokalisera dessa frekvenser i spektrumet). Analys av driven utrustning omfattar utrustning med bälten, kugghjul och blad. Observera att information om det mekaniska systemet inte krävs för elektrisk och mekanisk analys av motorn och endast är relevant när det finns ett behov av att analysera den mekaniska belastningen.

Figur 2. Programvaran för analys av elektriska signaturer automatiserar beräkningarna och tillhandahåller frekvensmarkörer

Som ett exempel kan vi titta på lågfrekvensdata från en stoftavskiljarfläkt 1 som drivs av en induktionsmotor på 150 kilowatt, 400 volt, 260 ampere, 1485 varv/min (se figur 3). Lägg märke till toppen märkt BLT – detta är bandfrekvensen, eller bandets hastighet. Det finns multiplar av BLT, som visas i båda spektrumen. De lägre spektrumen visar linjefrekvensens topp och att det finns sidoband på båda sidor om linjefrekvensen som ligger på BLT-frekvensen. Det faktum att bältesfrekvenser förekommer, särskilt vid 4,3 ampere, är betydelsefullt. Sidoband utvärderas genom det faktum att de är närvarande. Även multiplar av bandfrekvensen – därför misstänker jag att det finns något problem med den här kollektorn. Teknikern som samlade in dessa data och utförde den första analysen valde dock att övervaka maskinen i stället för att utföra ytterligare inspektioner eller tester.

Figur 3. Denna stoftavskiljarfläkt drivs av en induktionsmotor på 150 kilowatt, 400 volt, 260 ampere, 1485 varv/min.

En systermaskin, Dust Collector Fan 2, testades också. I figur 4 kan du se att motorbelastningen är lägre än för fläkt 1 (194A jämfört med 220A), men BLT-toppen är ändå 8,3A; medan fläkt 1 hade en topp på endast 4,3A. Utifrån detta första test kan vi inte dra slutsatsen att detta är ett allvarligt problem, utan det är snarare en varningssignal om att något är annorlunda med den här maskinen jämfört med den första.

Figur 4. Testresultat för stoftavskiljarfläkt 2.

Eftersom dessa data samlades in under detekteringsfasen i PdM-arbetsprocessen är nästa steg att påbörja analysfasen. Som en del av analysfasen gjorde teknikern en snabb visuell inspektion av båda maskinerna och noterade att remmen till fläkt 2 har en alltför stor remrörelse jämfört med fläkt 1. Nästa steg är att utföra ytterligare arbete, vilket kan innefatta att ta ytterligare data med ESA eller att använda andra instrument som en del av analysfasen.

Slutsats

Elmotorn är en utmärkt transducer vid användning av elektrisk signaturanalys, eftersom du kan utvärdera inkommande ström, motorns elektriska och mekaniska tillstånd samt den drivna lasten. När det gäller elkvalitet, styrning, stator- och rotortillstånd, luftgap, lager, uppriktning och belastning kan ett fel som håller på att utvecklas upptäckas och trendas för förebyggande underhåll – men du måste först ha rätt utrustning för att utföra elektrisk signaturanalys.

Denna applikation är del ett i en serie på tre delar om hur man använder ESA för att bedöma tillståndet hos motordrivna mekaniska system.

För mer information, besök www.alltestpro.com.

Om ALL-TEST Pro, LLC

ALL-TEST Pro uppfyller löftet om verkligt motorunderhåll och felsökning, med innovativa diagnosverktyg, programvara och support som gör att du kan hålla igång din verksamhet.