Değişken Frekanslı Sürücü (VFD) teknolojisindeki gelişmeler daha düşük maliyetler, daha yüksek güvenilirlik ve daha da önemlisi daha fazla kullanım ile sonuçlanmıştır. Çoğu modern VFD sistemi, arızalarda otomatik kapanma sağlayan dahili tanılama özelliğine sahiptir. Ancak, bu arızaların nedenini bulmak ve düzeltmek bazen zor olabilir. Ancak enerjisiz (MCA) ve enerjili motor testleri, bu sorunların çoğunun hızlı ve kolay bir şekilde tespit edilmesine yardımcı olacak değerli bilgiler sağlayabilir. Bu kısa makale, gerçekleştirmesi kolay bu iki motor test tekniğinin VFD sorun gidermeye nasıl dahil edileceğini vurgulamaktadır.

Temel Çalışma

Bir VFD, bir DC veri yolu oluşturmak için gelen 3 fazlı AC gücünü düzeltir. DC veri yolu, invertör bölümüne giriş olarak düzeltilmiş DC’yi yumuşatmak için kapasitörler kullanır. İnvertör sektöründe kontrolör, DC voltajını değişken bir 3 Fazlı AC voltajına ve motora frekans girişine dönüştüren yarı iletken anahtarları kontrol etmek için mikroişlemciler kullanır. Yarı iletkenlerin (SCR’ler veya IGBT’ler) ateşleme süresini kontrol ederek, DC darbelerinin genişliği, değişken voltaj ve frekansa sahip simüle edilmiş üç fazlı bir giriş voltajı üretmek için DC’yi modüle eder. Giriş voltajının frekansı, manyetik alanın stator etrafında dönme hızını belirler. Manyetik alanın bulunduğu hız senkron hız (SS) olarak adlandırılır.

SS= 120 F/P

Nerede: F= besleme geriliminin frekansı

P = motordaki kutup sayısı

İnvertör devresindeki anahtarlama özelliği nedeniyle VFD’ler tesislerin elektrik sistemine harmonikler ekleyerek PQ sorunları yaratabilir. Ayrıca, VFD’ler gelen PQ sorunlarına karşı hassas olabilir ve bu da VFD’lerin kapanmasına neden olabilir. Birçok VFD’de kapanmanın nedenini gösteren dahili elektronikler bulunur. Bu yaygın kodlar aşırı gerilim, aşırı akım, aşırı yük, gerilim veya akım dengesizliği, aşırı sıcaklık veya harici arızaların nedenini belirler. Bu bilgi önemlidir, ancak asıl soru arıza durumuna neyin neden olduğudur. Arıza durumu VFD’den mi kaynaklanıyor yoksa VFD tarafından mı yaşanıyor?

Arıza VFD tarafından yaşanıyorsa, gelen güç, bağlantı sorunları, birçok motor sorunundan herhangi biri veya tahrik edilen makinedeki veya sürecin kendisindeki arızaların bir sonucu olabilir. Arıza VFD’den kaynaklanıyorsa. Bozulan veya arızalanan elektronik bileşenlerin bir sonucu olabilir. Yaygın arızalar arasında doğrultucu bölümündeki diyotlar, DC bara kondansatörleri veya invertör bölümündeki bir yarı iletkenin bozulması veya arızalanması yer alır.

Enerjisi Kesilmiş Motor Testi: Motor Devre Analizi™ (MCA™)

Motor Devre Analizi™ (MCA™)
motorun enerjisi kesilmişken tüm motor sistemini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için motor sargılarına bir dizi düşük voltajlı AC ve DC sinyali enjekte eden bir motor test tekniğidir. MCA motor testleri doğrudan motorda veya VFD çıkışından uzaktan gerçekleştirilebilir. Geleneksel enerjisiz motor testlerinin aksine, rotor sorunlarını veya gelişen sargı yalıtım bozulmasını tespit etmekte başarısız olur. MCA testleri sadece toprak duvarı yalıtım sisteminde değil, aynı zamanda statorda bobinleri oluşturmak için kullanılan iletkenleri çevreleyen yalıtımda ve rotorların elektrik kısmında mevcut veya gelişmekte olan arızaların erken belirtilmesini sağlar. MCA, arızaları en erken aşamalarda tespit edebilir, ancak aynı zamanda motoru VFD hatasının nedeni olarak hızlı bir şekilde ortadan kaldırabilen motor “İyi” yi hızlı bir şekilde onaylayabilir. VFD çıkışından 3 dakikalık test yapıldığında, “iyi” sonuç sadece motorun iyi olduğunu değil, aynı zamanda test edilen devredeki tüm ilgili kabloların ve tüm elektrikli bileşenlerin de iyi durumda olduğunu gösterir. Bununla birlikte, sonuçlar kötü çıkarsa, doğrudan motorda 3 dakikalık ek bir test yapılması gerekir. Motor testleri iyi çıkarsa, arıza kablolamada veya kontrolördedir. Motor bir arıza olduğunu gösteriyorsa, arızanın rotorda mı yoksa stator elektrik devresinde mi olduğunu belirlemek için isteğe bağlı MCA testleri mevcuttur.

Düşük voltajlı DC testleri, tüm harici ve dahili bağlantıların yeterince “sıkı” olduğunu doğrulamak için test edilen devredeki bağlantı sorunlarının gösterilmesini sağlar. AC testleri serisi sargı izolasyonunu çalıştırır ve iletkenler arasındaki izolasyon bozulmaya başladığında sargı izolasyonunun kimyasal yapısında meydana gelen çok küçük değişiklikleri tespit eder.

İsteğe bağlı dinamik test, test edilen motor milinin manuel olarak döndürülmesini gerektirir ve stator sargı sistemini oluşturan bobinlerdeki iletkenleri çevreleyen yalıtımda gelişen arızaları tanımlayan bir stator imzası geliştirir. Rotor imzaları, rotor elektrik sistemindeki statik veya dinamik eksantriklik, rotor çubuklarında veya uç bileziklerinde çatlaklar, kırılmalar veya döküm boşlukları gibi hataları tanımlar.

Enerjili Motor Testi: Elektriksel İmza Analizi (ESA)

ESA VFD’nin giriş ve çıkış voltajını ve akımını kullanarak sürücüye sağlanan gücün durumunu ve kalitesini ve ayrıca sürücüden motora giden voltaj ve akım çıkışını hızlı bir şekilde analiz eder. Bu testlerin her biri için < 1 dakika gerekmektedir. ESA motor testlerini sürücünün girişinin yanı sıra çıkışında da gerçekleştirerek eksiksiz bir profil giriş ve çıkış gücü sağlar. Her test, üç fazın her biri için PQ tabloları oluşturmak üzere voltaj ve akımın üç fazının tümünün eşzamanlı veri yakalamasını gerçekleştirir, 3 fazın tümü için voltaj ve akım dalga biçimlerinin 50 msn’sini yakalar, görüntüler ve saklar. Ayrıca, 50 saniye boyunca voltaj ve akım dalga formları sayısallaştırılır ve hem giriş hem de çıkış voltaj ve akımları üzerinde yüksek ve düşük frekanslı FFT’ler gerçekleştirmek için kullanılır.

Giriş Gücü

Sürücüye giriş gerilimi, sürücüye sağlanan gelen gerilimin durumunu gösteren değerli bilgiler sağlar, herhangi bir gerilim veya akım dengesizliğini veya gelen gerilim veya akımdaki harmonik içeriği hesaplar. Giriş akımı, sürücünün doğrultucu bölümündeki diyotların durumuna ilişkin bir gösterge sağlar. Şekil 2’de tüm diyotların düzgün çalıştığı akım dalga şekli gösterilmektedir, şekil 3’te doğrultucu bölümündeki diyotlardan bir veya daha fazlasının düzgün çalışmadığı hızlı bir şekilde belirlenebilir.

Şekil 2: İyi Diyot Bölümü Şekil 3: Arızalı Diyot Bölümü

Çıkış Gerilimi

Şekil 4: Düzgün Çalışan IGBT’ler

Sürücüden gelen çıkış voltajı, sürücünün kendi durumu hakkında olduğu kadar, invertör devrelerindeki yarı iletkenlerin doğru veya yanlış çalışması ve DC bara kapasitörlerinde arıza oluşması dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere motora sağlanan gücün kalitesi hakkında da bilgi sağlar. Şekil 4, motora giden gerilim olan sürücünün gerilim çıkışının bir fazının anlık görüntüsünü sunmaktadır. Tüm çıkış voltajı dalga formları nispeten düzgün ve simetrik olmalıdır. Simetrik olmayan voltaj dalga formları arızalı veya başarısız IGBT’leri gösterir. Şekil 5’teki dalga formlarının pozitif ve negatif kısımlarının düz kısmındaki dalgalanmalara dikkat edin. Bu, DC veriyolundaki kapasitörlerin arızalandığının bir göstergesidir. Arızalı bir $20 kapasitör tüm sürücüyü yok edebilir.

Çıkış Akımı

Şekil 5: DC Bara Kondansatörü Arızası

Motorun akımı, motor sistemi için çok hassas bir dönüştürücü görevi görür. Motorda, tahrik edilen makinede veya prosesin kendisinde mevcut veya gelişen herhangi bir arıza motor akımının modüle olmasına neden olacaktır. Çıkış akımındaki bu modülasyonlar, elektriksel veya mekanik durumun ya da prosesin kendisindeki herhangi bir anormalliğin göstergesini sağlar. Sayısallaştırılmış voltaj ve akım dalga formları üzerindeki bir FFT, motordaki çatlak veya kırık rotor çubukları, statik veya dinamik eksantriklik gibi arızaları hızlı bir şekilde tanımlar. Gelişmekte olan yuvarlanma elemanı rulman arızalarının erken belirtisi, motorun veya tahrik edilen makinenin dönen bileşenlerinin denge ve hizalama durumu da titreşim analizinde uzun süredir tanınan aynı arıza frekansı kullanılarak hızlı bir şekilde tanımlanabilir.

Otomatik Analiz

ESA yazılımı, 50 saniyelik veri toplama sürecinde toplanan tüm bilgileri birleştirir ve gelen güçten prosese kadar tüm motor sisteminin durumunu hızlı bir şekilde değerlendirmek için gereken grafikleri, tabloları ve ekranları oluşturmak üzere bunları önceden belirlenmiş standartlar, yönergeler ve algoritmalarla karşılaştırır. Değerlendirmenin tamamlanmasının ardından ESA, yalnızca elektrik kısmında gelişen sorunları, tahrik edilen makinede veya motora bağlı diğer ekipmanlarda gelişen arızaları değil, aynı zamanda VFD’nin hata vermesine neden olabilecek süreçteki anormallikleri de vurgulayan eksiksiz ve ayrıntılı bir rapor oluşturur. 8 sayfalık rapor ayrıca önceden belirlenmiş kurallar dahilindeki ölçümleri de detaylandırır ve böylece normalde VFD sorun giderme ile ilişkili tahmin çalışmalarının çoğunu ortadan kaldırır.

Şekil 6: VFD Çıkışındaki PQ Tablosu

Şekil 7: Sonuçlar Ekranı

Özet

MCA ve ESA’yı standart VFD sorun giderme süreçlerine dahil ederek analist, sorunun VFD’den mi kaynaklandığını yoksa VFD tarafından mı yaşandığını hızlı bir şekilde belirlemek için mevcut en ayrıntılı bilgilere sahip olur. 3 dakikalık MCA testi sadece kötü motorları tanımlamakla kalmaz, aynı zamanda arızanın nedeni olarak motoru ortadan kaldırabilir ve yeni bir motorun takılması durumunda hatasız olmasını sağlayabilir. ESA, 1 dakikadan kısa süren basit bir testle VFD’ye giren ve çıkan gücün hatasız olduğunu onaylar.