Elektriksel İmza Analizi Kullanarak Darbe Genişlik Modülasyonlu Motor Sürücü Arıza Tespiti

Endüstrinin AC motorlar için Motor Sürücüleri kullanımı artmaya devam ediyor ve Darbe Genişliği Modülasyonlu sürücü (PWM) düşük ila orta beygir gücü uygulamaları için ortak endüstri standardı haline geldi. Motor sistemindeki diğer bileşenlerde olduğu gibi, PWM sürücüsünün de farklı arıza modları vardır ve sorun giderme amacıyla bir elektrikçi genellikle bir Dijital Çoklu Metre (DMM), dijital osiloskop ve güç kalitesi analizörü kullanır. Bu üç cihaz, elektrikçinin gelen güç ve motor sürücüsüyle ilgili sorunları gidermesine olanak tanır, ancak motorun kendisinde ve motorun tahrik ettiği yükte arıza tespiti için sınırlı yetenek sunar. Ayrıca, bu cihazlar ayrı olduğundan ve sınırlı raporlama kapasitesi sunabildiğinden, Kestirimci Bakım (PdM) veya Koşul Bazlı Bakım (CBM) amaçları için test yapmak zor olabilir.

İşte bu noktada Elektriksel İmza Analizi (ESA), Güvenilirlik testi amacıyla DMM, osiloskop ve güç kalitesi analizörüne göre belirgin avantajlar sunar. Ayrıca, gelen gücün ve motor sürücüsünün durumunu değerlendirmenin yanı sıra, birçok yaygın arıza modu için motorun ve tahrik edilen yükün durumunu da değerlendirecektir.

ESA Hakkında

ESA, motor sistemi çalışırken voltaj ve akım dalga formlarının yakalandığı ve ardından Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) yoluyla sağlanan yazılım aracılığıyla spektral bir analizin yapıldığı çevrimiçi bir test yöntemidir. Bu FFT’den gelen güç, kontrol devresi, motorun kendisi ve tahrik edilen yük ile ilgili hatalar tespit edilir ve daha sonra CBM/PdM amaçları için trend haline getirilebilir. Özel ESA cihazımız elde taşınabilir ve pille çalışır.

Tüm ESA analiz sistemleri voltaj, çalışma hızı, tam yük akımı ve beygir gücü (veya kW) gibi motor isim plakası bilgilerini gerektirir. Ek olarak, rotor çubuğu ve stator yuvası sayısı, rulman parça numaraları gibi isteğe bağlı bilgiler ve bir fan için kanat sayısı veya bir dişli kutusu uygulaması için diş sayısı gibi tahrik edilen yük bileşenleri için bilgiler daha ayrıntılı ve doğru bir analiz için girilebilir.

ESA birçok kişi için yeni olduğundan, aşağıda ESA’nın tespit ettiği genel hataları gösteren bir tablo yer almaktadır. Şekil 1’e bakınız.

Bu makalede, PWM sürücüde sık karşılaşılan üç hata ele alınmaktadır:

1) Doğrultucu köprüsünde açık bir giriş diyotu.

2) Ara DC devresindeki arızalı kondansatörler.

3) Kötü Yalıtımlı Kapı Bipolar Transistörü (IGBT).

Üçü arasında kondansatörlerin arızalanması erken tespit edilmesi en zor olanıdır, çünkü motorun performansını izleyerek bu durumun hemen bir belirtisi yoktur.

Sürücü hakkında

Şekil 2, gelen AC gücü, gelen AC gerilimini doğrultan tam dalga diyot köprüsü, kapasitör(ler) içeren ara DC devresi, invertör köprüsü ve motoru içeren bir PWM motor sürücüsünün temel bloklarını göstermektedir.

ESA ile test yaparken, test edilen motor sistemine gerilim ve akım bağlantıları yapılır. Bu normalde motor kontrol merkezinde yapılır ve bağlantılar sağlanan taşınabilir voltaj probları ve taşınabilir akım transformatörleri kullanılarak veya önceden kurulmuş özel bağlantı kutuları ile yapılır. Bağlantı kutusunun avantajı, bu gerekli bağlantıları yapmak için motor kontrol panelini açmadan verileri alabilmesidir.

PWM uygulamalarında, biri PWM sürücüsünün girişinde ve diğeri PWM sürücüsünün çıkışında olmak üzere iki veri seti alınmalıdır. Tüm veri toplama işlemi (bağlantılar yapıldıktan sonra) yaklaşık 4 dakika sürer ve bu noktada motor plakası bilgisi gerekmez. Bu bilgiler daha sonra veri analizi yapılırken girilebilir.

Veri dosyaları daha sonra sağlanan yazılım kullanılarak görüntülenir ve bir Microsoft® Word raporu oluşturulur. Yazılım, farklı analiz spektrumları ile çalışmak için kullanımı kolay araçlar sağlar. Yazılım bulguları tam rapor oluşturulmadan görülebilir.

Yazılım otomatik olarak aşağıdakileri rapor eder:

Güç Faktörü, Akım dengesizliği, Gerilim dengesizliği ve RMS gerilimi isim plakasına, Yük isim plakasına, Faz Bağlantısı, Rotor sağlığı, Stator elektriksel ve mekanik sağlığı, Rotor / Stator hava boşluğu, Toplam Harmonik Bozulma (Gerilim ve Akım), Yanlış hizalama / Dengesizlik göstergeleri ve Yatak sağlığı.

Ayrıca Gerilim ve Akım Tepe ve Crest Faktörü, Faz Empedansı, Güç (Görünür, Gerçek ve Reaktif), Çalışma Hızı ve Hat Frekansını da raporlar. AC endüksiyon motorları ve DC motorlar için motor verimliliğini de hesaplayacaktır.

Ortalama yetenekli bir kullanıcı, motor başına 10 dakikadan daha kısa bir sürede tam bir analiz yapabilir ve bir rapor oluşturabilir.

Birinci Vaka

Bir numaralı vaka, EMA Inc, Cortland, NY servis tesisinde teslim alınan bir motor tahrikidir. Sürücü ve motor test için bir dinamometre üzerinde çalıştırılmıştır.

İki veri seti toplanmıştır. Bunlardan ilki sadece sürücünün girişindeki dalga formunun yakalanmasıdır ve ikinci set sürücünün çıkışında alınmıştır. İkinci veri seti, bir voltaj ve akım dalga biçimi yakalamasının yanı sıra 50 saniyelik voltaj ve akım dalga biçimlerini içerir.

Şekil 6, C fazı için gelen akım dalga biçimini göstermektedir. Negatif tepe noktalarının eksik olduğuna dikkat edin. Bu açık bir diyottan kaynaklanır.

ESA tarafından otomatik olarak oluşturulan rapor, açık diyotun neden olduğu hem Akım dengesizliğini hem de aşırı harmonik bozulmayı tanımlar.

Raporun bu ilk sayfası sadece bir özet niteliğindedir ve ana konu başlıklarının her biri için ayrıntı sağlayan ek sayfalar bulunmaktadır. Burada görüldüğü gibi büyük bir akım faz dengesizliği, PWM sürücüsünün dahili bileşenlerine zarar verir ve motor sürücüsünü besleyen besleme transformatörünü zorlayabilir

Vaka İki

İki numaralı vaka EMA tarafından onarım için alındı ve kondansatör bankasındaki eskiyen kondansatörleri içeriyor. Sorun şu ki, bu kapasitörler yaşlanmaya ve bozulmaya başladığında, motorun performansı herhangi bir belirgin gösterge sağlamayacaktır. Kapasitörler arızalanmaya başladığında, iyi kapasitörler tarafından ilave akım taşınır, bu da kapasitörlerde aşırı ısı yaratır ve ilave ısı kalan kapasitörlerin arızalanmasını hızlandırır. Bu kondansatörlerin içindeki aşırı basıncı dağıtmak için havalandırma delikleri vardır, ancak yeterince hızlı havalandırılmazsa bu kondansatörlerin patlaması mümkündür. Ayrıca, motora sağlanan aşırı dalgalanma gerilimi, motor tarafından harmonik akım çekilmesine neden olacaktır. Bu harmonik akımlar negatif sıra torku, düşük motor performansı ve motor içinde ek zarar verici ısı birikimi yaratacaktır.

Şekil 9 sürücünün çıkışındaki voltajı göstermektedir ve bu kapasitörleri iyi durumda olan iyi bir sürücü içindir.

Üçüncü Vaka

Üç numaralı vaka onarım için EMA tarafından teslim alınmıştır. Çıkış dalga formu bir IGBT’nin (Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörü) açılmadığını gösterir. Bu hem akımda dengesizlik hem de dalga biçiminde bozulma yaratır.

Sonuç

Sonuç olarak, DMM, osiloskop ve güç kalitesi cihazları PWM motor sürücüleri için iyi bir sorun giderme kabiliyeti sağlar. Ancak, veri toplama ve raporlama sınırlamaları nedeniyle bir elektrik motoru test güvenilirlik programına iyi entegre olmazlar. Ayrıca, yaygın motor ve yük ile ilgili sorunlar hakkında çok az bilgi sağlarlar.

Elektriksel İmza Analizi, güvenilirlik teknisyeninin gelen güçten tahrik edilen yüke kadar tüm motor sistemini görmesini sağlar. PWM uygulamaları ile voltaj ve akım bağlantıları yapıldıktan sonra veri toplama 4 dakikadan az sürer. Bu 4 dakikalık test sürecinden tam 8 analiz, sürücü veya motor arızası motor sisteminin arızalanmasına neden olmadan önce arızalı doğrultucu diyotları, zayıf DC bara kapasitörleri ve arızalı IGBT’ler gibi sorunları hızlı bir şekilde belirleyebilir.

Her üç durumda da motorun yüke ve diğer operasyonel faktörlere bağlı olarak çalışmaya devam edebileceğini, ancak sistemin çalışmaya devam etme kesinliğinin tehlikeye girdiğini belirtmek önemlidir. ESA’nın bu arızaları, motorda veya PWM sürücüsünde ek hasar meydana gelmeden önce erken tespit edebilmesi, pahalı arıza sürelerini en aza indirmeye, ekipman güvenilirliğini artırmaya ve muhtemelen ekipmanda yıkıcı hasarı veya personelin olası yaralanmasını önlemeye yardımcı olacaktır.

Yazarlar hakkında

Richard Scott Ulusal Satış Müdürü ve Don Haapapuro, CMRP, ALL-TEST Pro, LLC’nin Kilit Müşteri Yöneticisidir. ALL-TEST Pro, elektrik motorları, jeneratörler, transformatörler, bobinler ve sargıların Kestirimci Bakım testi, Kalite Kontrolü ve Sorun Giderme için kullanılan Motor Devre Analizi (MCA), Elektriksel İmza Analizi (ESA) ve Güç Kalitesi Analizi (PQ) için taşınabilir test ekipmanı üreticisidir. ALLTEST PRO® MCA cihazları, sargı arızaları, faz dengesizliği, rotor arızaları ve toprak arızaları dahil olmak üzere elektrik arızalarının erken tespitini sağlar. ALL-TEST PRO® ESA ve PQ cihazı, gelen güçten, elektrik motorundan, hem elektrik hem de mekanik olarak tahrik edilen yüke kadar otomatik analiz sağlar. Cihazlar elde taşınabilir, pille çalışır, kullanımı kolaydır ve uzak bir konumdan bile hemen hemen her boyutta veya türde elektrik motorunu, jeneratörü veya transformatörü test eder. Web sitesi www.alltestpro.com.

Dean Williams, EMA, Inc’in Teknik Hizmetler Başkan Yardımcısıdır ve Cortland, NY servis merkezinde çalışmaktadır. EMA, motor sürücülerinin satışını ve servisini yapmakta, ayrıca motor sürücülerinde düzgün bir şekilde sorun giderme eğitimi vermektedir. Web sitesi www.emainc.net.

Microsoft® Word, Microsoft Corporation’ın tescilli Ticari Markasıdır.

Copyright © 2008 ALL-TEST Pro, LLC Tüm Hakları Saklıdır