Online-motortest med analys av elektrisk signatur

Onlineprovning av elektriska motorer 101

Elektrisk signaturanalys (ESA) är en online-testmetod där spännings- och strömvågformer registreras medan motorsystemet är igång och sedan, via en Fast Fourier Transform (FFT), görs en spektralanalys av den medföljande programvaran. Från denna FFT upptäcks fel relaterade till inkommande ström, styrkretsen, själva motorn och den drivna lasten och kan sedan trendas för tillståndsbaserat underhåll/förutsägbart underhåll. Vårt ESA-instrument är handhållet, bärbart och batteridrivet.

Alla ESA:s analyssystem kräver information från motorns märkskylt om spänning, varvtal, fullastström och hästkrafter (eller kW). För en mer detaljerad och exakt analys kan man dessutom ange valfri information, t.ex. antal rotor- och statorspår, lagernummer och information om drivna lastkomponenter, t.ex. antal blad för en fläkt eller antal kuggar för en växellåda.

Energifylld on-line provning ger värdefull information för AC-induktions- och DC-motorer, generatorer, lindade rotormotorer, synkronmotorer, verktygsmaskinmotorer etc. Eftersom ESA är nytt för många människor, illustrerar diagrammet nedan ESA:s utvärderingsförmåga av de viktigaste komponenterna i ett motorsystem.

Utför även elkvalitetsanalys

• Dataloggning av elkvalitet
• 3 kanaler för spänning och 4 kanaler för strömloggning
• Vågformsregistrering av händelser ≥ ½ cykel
• Transient detektering av händelser ≥ 8 mikrosekunder
• Energidataloggning – Harmonisk analys till 63rd (V & I)
• Fasorgrafer – Förinställda och lättanvända rapportmallar
• Rapportera energibesparingar med hjälp av en före- och efteranalysfunktion

On-line-provning med analys av elektrisk signatur

ALLTEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Kraftkvalitet
• Sänkning och svällning
• Upptagning av vågform
• Loggning av energidata

Framgångsrika ansökningar till ESA

• AC/DC-motorer
• Tillämpningar för motorstyrning
• Generatorer/Alternatorer
• Motorer för dragkraft
• Motorer för verktygsmaskiner
• Växellådor
• Pumpar och fläktar
• För tillförlitlighet
• För idrifttagning
• För felsökning

ALL-SAFE PROTM anslutningsbox gör det möjligt för teknikern att samla in testdata online utan att öppna en strömförande panel.

Automatiserad feldetektering

Sammanfattningsexemplet nedan gäller för en växelströmsinduktionsmotor med ekorrburkrotor

Data samlas in via bärbara spännings- och strömprober eller permanent installerade anslutningsboxar (ALL-SAFE PRO TM).

Insamlade data analyseras sedan av medföljande programvara.

Larm är förinställda och automatiska rapportmallar finns för AC-induktions-, synkron- och DC-motorer samt transformatorer.

Överdriven rippel på denna spänningsvågform indikerar felaktiga kondensatorer i denna pulsbreddsmodulerade motorstyrning. För mer information om testning av PWM-motordrifter med ESA, skicka e-post till [email protected]

Analys av inkommande ström

• Effektfaktor
• Obalans mellan ström och spänning
• RMS-spänning till märkplåt
• Spänning och ström Topp- och Crestfaktor
• Fas Impedans
• Effekt (uppenbar, verklig och reaktiv)
• Total harmonisk distorsion (spänning och ström)

Analys av Power to the Motor

• Last till typskylt
• THDF (Transformator Harmonic De-rating Factor)
• VDF (spänningsreducerande faktor)
• Produkt av THDF & VDF kan användas för nedvärdering av hästkrafter
• Efterfrågan på makt
• Total negativ, positiv och noll sekvens övertoner
• Effektivitet för AC-induktions- och DC-motorer
  • * Kan användas med US Dept of Energys program Motor Master+ för att fatta beslut om reparation eller utbyte. MM+ beräknar även återbetalningen vid uppgradering till energieffektiv motor.

Analys av motorn

• Linjefrekvens
• Hastighet
• Polpassfrekvens
• Rotorns hälsa
• Luftgap (statisk och dynamisk excentricitet)
• Felaktig avräkning/obalans
• Elektrisk stator
• Stator Mekanisk
• Fas anslutning hälsa

Analysprogramvaran har en jämförelsefunktion där ett spektrum kan överlagras på ett annat för jämförelseändamål. Figuren nedan visar en motors FFT-spektra vid nollbelastning och sedan vid 75% belastning. De små blå topparna på båda sidor om den stora blå toppen ligger på vad som kallas Pole Pass Frequency. Dessa toppar orsakas av flera brutna rotorbalkar.

Analys av lasten

Mekaniska system kan analyseras efter att information har matats in i programvaran

• Direktansluten
• Växellåda
• Bälte
• Fläktblad
• Impeller

Mer information om On-Line Analysis

En av de viktigaste funktionerna i ATPOL II-programvaran är att utföra en demoduleringsprocess med rotmedelkvadrat på kraftledningens bärsignal för att tillhandahålla ett mycket känsligt och selektivt sätt att extrahera strömsignaler från motorbelastningen. Denna demodulering av den råa strömsignalen avlägsnar den stora nätfrekvenskomponenten för att möjliggöra ett mycket bättre signal-brusförhållande för de komponenter som orsakar moduleringen, t.ex. körhastighet, remövergång, kugghjulsingrepp osv.

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.

För att separera de olika frekvenserna används en Fast Fourier Transform (FFT) och det resulterande frekvensspektrat visas på skärmen. Topparna i detta spektrum 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.

Höjden på dessa spektraltoppar beror på två saker: den totala strömnivån till motorn och amplituden på de mekaniska störningar som kommer från maskinen och som avkänns av motorn. De mekaniska störningarna börjar som vridmomentvariationer och slutar i motorn som små varvtalsvariationer som i sin tur orsakar de små strömfluktuationer som mäts. För ett tillstånd med konstant totalhastighet skulle t.ex. en förändring av höjden på fläkthastighetstoppen indikera en försämring av fläktens mekaniska tillstånd. Genom att observera dessa förändringar kan fel som obalans, felinriktning, sliten drivskiva eller ett dåligt lager lätt identifieras. Efter periodisk datainsamling används därför frekvensdisplayen för att övervaka elmotordrivna maskiner för att ge en tidig varning om potentiell försämring.

Den viktigaste skillnaden mellan MCSA (Motor Current Signature Analysis) och ESA (Electrical Signature Analysis) är att vid MCSA görs FFT endast på strömvågformen och inte på spänningen. Detta gör det svårare att enkelt och snabbt skilja inkommande strömrelaterade problem från problem med motorer och driven last. Med ESA har du både ström- och spännings-FFT att se på samma skärm. Det är alltså bara att jämföra spänningens och strömmens FFT-spektra för att fastställa felkällan.

Generellt gäller att om toppvärdet är dominerande i spänningsspektrat så är källan till detta toppvärde inkommande till motorn. Om toppvärdet är dominerande i strömspektrat är källan motor- eller belastningsrelaterad.

ESA:s felmönster

Typ av fel:

Mekanisk stator: CF = RS x statorspår med LF-sidoband

Statisk excentricitet CF = RS x Rotor Bars med LF och 2LF sidoband

Mekanisk obalans/felinställning Egenutvecklad algoritm används

Dynamisk excentricitet CF = RS x Rotorstänger LF och 2LF Sidoband med RS Sidoband

Stator Electrical (Shorts) CF = RS x Stator Slots LF sidoband med RS sidoband

CF= Centerfrekvens RS = Körhastighet LF = Linjefrekvens