การตรวจจับความผิดปกติของมอเตอร์ไดรฟ์แบบปรับความกว้างพัลส์โดยใช้การวิเคราะห์ลายเซ็นไฟฟ้า

การใช้มอเตอร์ไดรฟ์สำหรับมอเตอร์ AC ของอุตสาหกรรมยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง และไดรฟ์แบบปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วไปสำหรับการใช้งานที่มีแรงม้าต่ำถึงปานกลาง เช่นเดียวกับส่วนประกอบอื่นๆ ภายในระบบมอเตอร์ ไดรฟ์ PWM มีโหมดความล้มเหลวที่แตกต่างกัน และเพื่อวัตถุประสงค์ในการแก้ไขปัญหา ช่างไฟฟ้ามักใช้มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัล (DMM) ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล และเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า เครื่องมือทั้งสามนี้ช่วยให้ช่างไฟฟ้าสามารถแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับพลังงานขาเข้าและตัวขับเคลื่อนมอเตอร์ แต่มีขีดความสามารถที่จำกัดในการตรวจจับข้อผิดพลาดภายในตัวมอเตอร์และโหลดที่ขับเคลื่อนของมอเตอร์ นอกจากนี้ เนื่องจากเครื่องมือเหล่านี้แยกจากกันและอาจให้ความสามารถในการรายงานที่จำกัด การทดสอบเพื่อการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ (PdM) หรือการบำรุงรักษาตามเงื่อนไข (CBM) อาจเป็นเรื่องยาก

นี่คือจุดที่ การวิเคราะห์ลายเซ็นทางไฟฟ้า (ESA) มีข้อได้เปรียบเหนือ DMM, ออสซิลโลสโคป และเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าอย่างชัดเจนเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ นอกเหนือจากการประเมินสภาพของกำลังขาเข้าและตัวขับเคลื่อนมอเตอร์แล้ว ยังจะประเมินสภาพของมอเตอร์และโหลดที่ขับเคลื่อนสำหรับโหมดความล้มเหลวทั่วไปหลายรูปแบบอีกด้วย

เกี่ยวกับอีเอสเอ

ESA เป็นวิธีการทดสอบออนไลน์ที่บันทึกรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าและกระแสในขณะที่ระบบมอเตอร์กำลังทำงาน จากนั้นทำการวิเคราะห์สเปกตรัมผ่านซอฟต์แวร์ที่ให้มาผ่านการแปลงฟูเรียร์แบบเร็ว (FFT) จาก FFT นี้ ข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับกำลังขาเข้า วงจรควบคุม ตัวมอเตอร์เอง และโหลดที่ขับเคลื่อนจะถูกตรวจพบ จากนั้นจึงสามารถคาดการณ์ได้สำหรับจุดประสงค์ CBM/PdM เครื่องมือ ESA เฉพาะของเราเป็นแบบมือถือ แบบพกพา และใช้แบตเตอรี่

ระบบการวิเคราะห์ ESA ทั้งหมดต้องการข้อมูลป้ายชื่อมอเตอร์เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า ความเร็วในการทำงาน กระแสโหลดเต็ม และแรงม้า (หรือ kW) นอกจากนี้ สามารถป้อนข้อมูลเสริม เช่น แท่งโรเตอร์และจำนวนช่องสเตเตอร์ หมายเลขชิ้นส่วนแบริ่ง และข้อมูลสำหรับส่วนประกอบโหลดที่ขับเคลื่อน เช่น จำนวนใบมีดสำหรับพัดลมหรือจำนวนฟันสำหรับการใช้งานกล่องเกียร์ เพื่อการวิเคราะห์ที่ละเอียดและแม่นยำยิ่งขึ้น

เนื่องจาก ESA ยังใหม่สำหรับคนจำนวนมาก ด้านล่างนี้คือแผนภูมิที่แสดงให้เห็นถึงข้อบกพร่องทั่วไปที่ ESA ตรวจพบ ดูรูปที่ 1

บทความนี้จะกล่าวถึงข้อผิดพลาดทั่วไปสามประการกับไดรฟ์ PWM:

1) ไดโอดอินพุตแบบเปิดในบริดจ์วงจรเรียงกระแส

2) ตัวเก็บประจุล้มเหลวในวงจร DC ระดับกลาง

3) ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกทหุ้มฉนวนไม่ดี (IGBT)

ในบรรดาตัวเก็บประจุทั้งสามตัวที่ชำรุดนั้นตรวจพบได้ยากที่สุดตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากไม่มีสัญญาณของสภาวะนี้ในทันทีโดยการตรวจสอบประสิทธิภาพของมอเตอร์

เกี่ยวกับไดรฟ์

รูปที่ 2 แสดงบล็อกพื้นฐานของไดรฟ์มอเตอร์แบบ PWM ซึ่งรวมถึงไฟ AC ขาเข้า สะพานไดโอดแบบเต็มคลื่นที่แก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้า วงจร DC ระดับกลางที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ สะพานอินเวอร์เตอร์ และมอเตอร์

เมื่อทดสอบกับ ESA จะมีการเชื่อมต่อแรงดันและกระแสกับระบบมอเตอร์ที่กำลังทดสอบ โดยปกติจะทำที่ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ และการเชื่อมต่อทำได้โดยใช้โพรบแรงดันไฟฟ้าแบบพกพาและหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบพกพาที่จัดมาให้ หรือโดยกล่องเชื่อมต่อพิเศษที่ติดตั้งไว้ก่อนหน้านี้ ข้อดีของกล่องเชื่อมต่อคือความสามารถในการรับข้อมูลโดยไม่ต้องเปิดแผงควบคุมมอเตอร์เพื่อทำการเชื่อมต่อที่จำเป็นเหล่านี้

ด้วยแอปพลิเคชัน PWM ควรใช้ข้อมูลสองชุด ชุดหนึ่งที่อินพุตไปยังไดรฟ์ PWM และอีกชุดหนึ่งที่เอาต์พุตของไดรฟ์ PWM กระบวนการรวบรวมข้อมูลทั้งหมด (หลังจากทำการเชื่อมต่อแล้ว) ใช้เวลาประมาณ 4 นาที และไม่จำเป็นต้องมีข้อมูลป้ายชื่อมอเตอร์ในตอนนี้ ข้อมูลนี้สามารถป้อนได้ในภายหลังเมื่อทำการวิเคราะห์ข้อมูล

จากนั้นไฟล์ข้อมูลจะถูกดูโดยใช้ซอฟต์แวร์ที่ให้มา และสร้างรายงาน Microsoft® Word ซอฟต์แวร์นี้มีเครื่องมือที่ใช้งานง่ายสำหรับการทำงานกับสเปกตรัมการวิเคราะห์ต่างๆ สามารถดูการค้นพบซอฟต์แวร์ได้โดยไม่ต้องสร้างรายงานฉบับเต็ม

ซอฟต์แวร์จะรายงานสิ่งต่อไปนี้โดยอัตโนมัติ:

ปัจจัยกำลัง, ความไม่สมดุลของกระแส, แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลและแรงดัน RMS บนแผ่นป้าย, โหลดไปยังแผ่นป้าย, การเชื่อมต่อเฟส, สุขภาพของโรเตอร์, สุขภาพทางไฟฟ้าและทางกลของสเตเตอร์, ช่องว่างอากาศของโรเตอร์/สเตเตอร์, ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม (แรงดันและกระแส), การแสดงแนวที่ไม่ตรง/ไม่สมดุล และ สุขภาพแบริ่ง

นอกจากนี้ยังรายงานแรงดันและกระแสสูงสุดและปัจจัยยอด ความต้านทานของเฟส กำลัง (ปรากฏ จริงและปฏิกิริยา) ความเร็วในการทำงาน และความถี่ของเส้น สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับและมอเตอร์กระแสตรง มันจะคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์ด้วย

ผู้ใช้ที่มีทักษะโดยเฉลี่ยสามารถเรียกใช้การวิเคราะห์แบบเต็มและสร้างรายงานได้ภายในเวลาไม่ถึง 10 นาทีต่อมอเตอร์หนึ่งตัว

กรณีที่หนึ่ง

กรณีที่หนึ่งคือมอเตอร์ไดรฟ์ที่ได้รับที่ศูนย์บริการ EMA Inc, Cortland, NY ไดรฟ์และมอเตอร์ทำงานบนไดนาโมมิเตอร์เพื่อทำการทดสอบ

มีการรวบรวมชุดข้อมูลสองชุด ประการแรกคือการจับรูปคลื่นเฉพาะที่อินพุตไปยังไดรฟ์ จากนั้นชุดที่สองจะถูกจับที่เอาต์พุตของไดรฟ์ ชุดข้อมูลชุดที่สองประกอบด้วยการจับรูปคลื่นของแรงดันและกระแส บวกกับรูปคลื่นของแรงดันและกระแสเป็นเวลา 50 วินาที

รูปที่ 6 แสดงรูปคลื่นกระแสขาเข้าสำหรับเฟส C โปรดทราบว่ายอดลบหายไป สาเหตุเกิดจากไดโอดเปิด

รายงานที่สร้างโดยอัตโนมัติของ ESA จะระบุทั้งความไม่สมดุลในปัจจุบันและการบิดเบือนฮาร์มอนิกที่มากเกินไป ซึ่งมีสาเหตุจากไดโอดแบบเปิด

หน้าแรกของรายงานนี้เป็นเพียงการสรุปเท่านั้น และยังมีหน้าเพิ่มเติมที่ให้รายละเอียดสำหรับหัวเรื่องหลักแต่ละหัวเรื่อง ความไม่สมดุลของเฟสกระแสขนาดใหญ่ ดังที่เห็นในที่นี้ จะทำให้ส่วนประกอบภายในของไดรฟ์ PWM เสียหาย และอาจทำให้หม้อแปลงจ่ายกำลังป้อนมอเตอร์ขับเคลื่อน

กรณีที่ 2

EMA ได้รับเคสหมายเลขสองสำหรับการซ่อมแซมและเกี่ยวข้องกับตัวเก็บประจุที่เสื่อมสภาพในธนาคารตัวเก็บประจุ ปัญหาคือเมื่อตัวเก็บประจุเหล่านี้เริ่มมีอายุและเสื่อมสภาพ ประสิทธิภาพของมอเตอร์จะไม่สามารถบ่งชี้ที่ชัดเจนได้ เมื่อตัวเก็บประจุเริ่มเสียหาย กระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมจะถูกพาไปโดยตัวเก็บประจุที่ดี ซึ่งสร้างความร้อนมากเกินไปในตัวเก็บประจุ และความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเร่งความล้มเหลวของตัวเก็บประจุที่เหลืออยู่ ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีช่องระบายอากาศเพื่อกระจายแรงดันที่มากเกินไปภายใน แต่ตัวเก็บประจุเหล่านี้อาจระเบิดได้หากระบายอากาศไม่เร็วพอ นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าระลอกที่มากเกินไปที่จ่ายให้กับมอเตอร์จะทำให้กระแสฮาร์มอนิกถูกดึงโดยมอเตอร์ กระแสฮาร์มอนิกเหล่านี้จะสร้างแรงบิดลำดับเชิงลบ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ต่ำ และความร้อนที่สร้างความเสียหายเพิ่มเติมที่สะสมอยู่ภายในมอเตอร์

รูปที่ 9 แสดงแรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุตของไดรฟ์ และนี่คือสำหรับไดรฟ์ที่ดีที่มีตัวเก็บประจุอยู่ในสภาพดี

กรณีที่สาม

EMA ได้รับเคสหมายเลข 3 เพื่อทำการซ่อมแซม รูปคลื่นเอาท์พุตแสดง IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ที่ไม่ได้เปิดอยู่ สิ่งนี้ทำให้เกิดทั้งความไม่สมดุลของกระแสและการบิดเบือนของรูปคลื่น

บทสรุป

โดยสรุป DMM, ออสซิลโลสโคป และเครื่องมือวัดคุณภาพกำลังให้ความสามารถในการแก้ไขปัญหาที่ดีสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์ PWM อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถบูรณาการเข้ากับโปรแกรมความน่าเชื่อถือในการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างดี เนื่องจากข้อจำกัดในการรวบรวมข้อมูลและการรายงาน นอกจากนี้ ยังให้ข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับปัญหาทั่วไปเกี่ยวกับมอเตอร์และโหลดอีกด้วย

การวิเคราะห์ลายเซ็นทางไฟฟ้าช่วยให้ช่างเทคนิคที่เชื่อถือได้สามารถดูระบบมอเตอร์ทั้งหมดจากกำลังที่เข้ามาผ่านโหลดที่ขับเคลื่อน ด้วยแอปพลิเคชัน PWM การรวบรวมข้อมูลจะใช้เวลาน้อยกว่า 4 นาทีหลังจากทำการเชื่อมต่อแรงดันและกระแส จากกระบวนการทดสอบ 4 นาทีนี้ การวิเคราะห์ทั้ง 8 ครั้งสามารถระบุปัญหาได้อย่างรวดเร็ว เช่น ไดโอดเรียงกระแสที่ล้มเหลว ตัวเก็บประจุบัส DC ที่ไม่ดี และ IGBT ที่ล้มเหลว ก่อนที่ไดรฟ์หรือมอเตอร์จะล้มเหลวจะทำให้ระบบมอเตอร์ทำงานล้มเหลว

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าในทั้งสามกรณี มอเตอร์อาจยังคงทำงานอยู่ ขึ้นอยู่กับโหลดและปัจจัยการทำงานอื่นๆ แต่ความแน่นอนของระบบในการทำงานต่อไปจะลดลง ความสามารถของ ESA ในการระบุข้อผิดพลาดเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ก่อนที่มอเตอร์หรือไดรฟ์ PWM จะเกิดความเสียหายเพิ่มเติม จะช่วยลดเวลาหยุดทำงานที่มีราคาแพง เพิ่มความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ และอาจป้องกันความเสียหายร้ายแรงต่ออุปกรณ์หรือการบาดเจ็บที่อาจเกิดขึ้นกับบุคลากร

เกี่ยวกับผู้เขียน

Richard Scott เป็นผู้จัดการฝ่ายขายระดับชาติ และ Don Haapapuro CMRP เป็นผู้จัดการบัญชีหลักสำหรับ ALL-TEST Pro, LLC ALL-TEST Pro คือผู้ผลิตอุปกรณ์ทดสอบแบบพกพาสำหรับการวิเคราะห์วงจรมอเตอร์ (MCA), การวิเคราะห์ลายเซ็นไฟฟ้า (ESA) และการวิเคราะห์คุณภาพกำลังไฟฟ้า (PQ) ที่ใช้สำหรับการทดสอบการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ การควบคุมคุณภาพ และการแก้ไขปัญหาของมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลง ขดลวด และขดลวด เครื่องมือ ALLTEST PRO® MCA ให้การตรวจจับความผิดปกติทางไฟฟ้าตั้งแต่เนิ่นๆ รวมถึง: ความผิดปกติของขดลวด ความไม่สมดุลของเฟส ความผิดปกติของโรเตอร์ และความผิดปกติของกราวด์ เครื่องมือ ALL-TEST PRO® ESA และ PQ ให้การวิเคราะห์อัตโนมัติจากกำลังขาเข้า มอเตอร์ไฟฟ้า ผ่านโหลดที่ขับเคลื่อน ทั้งทางไฟฟ้าและเครื่องกล เครื่องมือเป็นแบบมือถือ ใช้แบตเตอรี่ ใช้งานง่าย และจะทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือหม้อแปลงไฟฟ้าทุกขนาดหรือทุกประเภท แม้แต่จากสถานที่ห่างไกล เว็บไซต์คือ www.alltestpro.com

Dean Williams เป็นรองประธานฝ่ายบริการทางเทคนิคของ EMA, Inc และเขาทำงานที่ศูนย์บริการในคอร์ตแลนด์ รัฐนิวยอร์ก EMA จำหน่ายและให้บริการมอเตอร์ไดรฟ์ พร้อมการฝึกอบรมเพื่อแก้ไขปัญหามอเตอร์ไดรฟ์อย่างเหมาะสม เว็บไซต์คือ www.emainc.net

Microsoft® Word เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนของ Microsoft Corporation

ลิขสิทธิ์ © 2008 ALL-TEST Pro, LLC สงวนลิขสิทธิ์