Motor Akım İmza Analizi (MCSA) Uygulamaları

Motor Tanı teknolojileri 1990’larda ve yeni yüzyılda daha da yaygın hale gelmiştir. Bu teknolojiler hem enerjili hem de enerjisiz elektrik motoru sistemlerine uygulanan Motor Devre Analizi (MCA) ve Motor Akım İmza Analizini (MCSA) içermektedir. Uygulamalar neredeyse sonsuz gibi görünüyor.

Bu makalede yer alan sistemler ALLTEST IV PRO 2000 motor devre analizörü, ALL-TEST PRO OL motor akım imza analizörü, EMCAT motor yönetim yazılımı, Power System Manager yazılımı ve ATPOL MCSA yazılımıdır. ALL-TEST PRO MD kiti, ABD Enerji Bakanlığı’nın MotorMaster Plus yazılımına ek olarak tüm bu sistemlerin entegrasyonunu içerir. Bu makalenin amacı, aşağıdakileri sağlayan ALL-TEST PRO MD sisteminin MCSA uygulamasını vurgulamaktır:

• Direnç, empedans, endüktans, faz açısı, akım/frekans yanıtı ve toprağa yalıtım (MegOhm) testi için MCA okumaları.
• MCSA, 5 kHz’e kadar FFT analizi dahil olmak üzere voltaj ve akım demodülasyonu yetenekleri.
• Yazılım aracılığıyla hem MCA hem de MCSA için otomatik analiz ve trend yetenekleri.
• Anlık üç fazlı olay yakalama dahil olmak üzere tam Güç Kalitesi veri kaydı ve analizi.

Bu makalede yer alan örnekler, Motor Diyagnostik teknolojilerinin uygulanması yoluyla elde edilebilecek potansiyel uygulamaların birçoğunu içermektedir.

Rotor Çubuğu Testi

MCSA teknolojisinin orijinal gelişiminin arkasındaki temel amaç, rotor çubuğu arızalarının tespit edilmesiydi. Rotor çubuklarının titreşim analizi de dahil olmak üzere geleneksel test yöntemleri kullanılarak değerlendirilmesi zordur. Rotor çubuklarının durumunu değerlendirmek için akım kullanan bir yöntemin kullanılabileceği belirlenmiştir. Temel kural basittir: Motor yük altındayken temel hat frekansı etrafındaki kutup geçiş frekansı yan bantları rotorda sorun olduğunu gösterir. Standart kural, yan bant tepe noktaları hat frekansı tepe noktasının 35 dB’sine yaklaştığında rotor çubuğu sorunlarının ciddi olduğu şeklinde belirlenmiştir.

Şekil 1: Rotor Çubuğu Frekansları

Şekil 1’deki örnek, tepe hat frekansından yaklaşık -40 dB’lik yan bantları göstermektedir. Bu, bir kompresördeki bu 500 HP, 4160 Volt motorda en az bir rotor çubuğunun kırıldığını gösterir.

Şekil 2, iki olası durumdan birine bir örnektir
Senaryolar:

• Alüminyum rotorda döküm boşlukları.
• Dişli bir uygulamada yumuşak diş (veya dişler).

Şekil 2: Döküm Boşluğu veya ‘Yumuşak’ Dişli Dişi

Daha yüksek frekanslı demodüle edilmiş gerilim ve akım FFT’leri kullanılarak dinamik ve statik eksantriklik, gevşek rotor çubukları ve rotorla ilgili diğer arızalar gibi sorunlar tespit edilebilir.

Şekil 3: Yüksüz Durumda Rotor Sürtünmesi

Şekil 3’teki veriler 7,5 beygir gücünde, 1800 RPM’de, yüksüz kuru olarak test edilen bir dalgıç pompaya ilişkindir. Rotor, gösterildiği gibi çoklu akım pikleri ile statik ve dinamik eksantriklik olarak tanımlanan stator çekirdeğine hafifçe sürtünüyordu.

İndüksiyon Motor Testi

Tek ve üç fazlı motorlar, demodüle edilmiş gerilim ve akım kombinasyonu kullanılarak değerlendirilebilir. Belirli bir kural ve güç, bir
Gerilim ve akım kombinasyonu, tepe noktaları gerilim ve akımda görülüyorsa, arıza elektriksel niteliktedir, tepe noktası akımda görülüyor ancak gerilimde görülmüyorsa, sorun mekanik niteliktedir. MCSA ile sistemleri değerlendirmenin bir diğer avantajı da güç kaynağı ve yük ile ilgili arızaları tespit edebilmenizdir.

Şekil 4: Stator Mekanik Arızası

Şekil 4’te göreceğiniz gibi, tepe noktaları akımda tanımlanır, ancak gerilim FFT’sinde gösterilmez. Bu, mekanik arızaların mevcut olduğunu gösterir. Çalışma hızı ve stator yuvalarının sayısı ile ilgili olduklarından, sargılarla ilgili mekanik bir arızadır. Yükle ilgili arızalara, bu durumda büyük olasılıkla bir dişli kutusu sorununa işaret eden, yalnızca akımla ilgili birkaç tepe noktası daha mevcuttur (bunun Şekil 2 ile ilgili yüksek frekanslı veriler olduğuna dikkat edin).

Şekil 5: Mekanik Dengesizlik

Şekil 5’te gösterilen motorda mekanik bir dengesizlik vardı. İmza, iki kez hat frekansı (LF), dört kez hat frekansı ve ardından iki kez hat frekansı modeli olarak görünür. Bu durumda, rotor çubukları LF yan bantları ile çalışma hızını katlar ve ardından kalan desen görünür.

DC Motor Testi

DC motorlar titreşim ile benzer şekilde değerlendirilir. Aslına bakarsanız, imzalar MCSA’da olduğu gibi titreşimde de aynıdır. DC gerilimi ve akımı armatür devresinden alınır.

Şekil 6: DC Sürücü Arızası

Şekil 6’daki durumda, hat frekansının çoklu harmonikleri artı güç elektroniği (SCR’ler) sayısının hat frekansıyla (bu durumda 360 Hz) çarpımının çoklu harmonikleri, bir SCR arızasını veya gevşek bağlantıyı gösterir. Bu, düşük frekans verilerindeki voltaj ve frekans dalgalanmasına bakılarak doğrulanabilir.

Senkron Alternatör Testi

Senkron alternatörler de voltaj ve akım demodüle akımı kullanılarak hızlı ve basit bir şekilde değerlendirilebilir. Aşağıdaki örnekte, bir alternatör yüksek sıcaklık nedeniyle hata vermiştir. Sistemi değerlendirmek için hem MCA hem de MCSA kullanılmıştır.

Şekil 7: Senkron Alternatörde MCSA Verileri (Düşük Frekans)

Şekil 8: Alternatör Dinamik Eksantrikliği

Test edilen alternatör 40 dakikalık bir test çalışmasında eksantriklikte bir artış, döner alan arızaları ve bazı elektriksel arıza işaretleri göstermiştir. Bu bilgi, bir sargı kısa devresi, bir kablo kısa devresi ve kısa kısmi yük çalışması boyunca yalıtım direncinde önemli bir düşüş olduğunu gösteren MCA verileriyle birleştirildi. Alternatör, faz başına üç paralel kablo gerektiren 475 kW, 480 Vac alternatördü. Daha büyük kablolar için ATPOL sistemi ile bir dizi seçenek vardır. Bununla birlikte, bir tutamda, her fazın üç kablosunun her birinden bir tane kullanıldı, bu nedenle akım değerleri kabaca 1/3 idi.

Şekil 9: Alternatör için Akım Bağlantısı

Değişken Frekanslı Sürücüler

Değişken frekanslı sürücüler bir dizi MCSA sistemi için bir zorluk olmuştur. Ancak ATPOL söz konusu olduğunda bu bir sorun teşkil etmemektedir. Çıkış gerilimi ve akım sinyalleri görüntülenebilir (Şekil 10).

Şekil 10: VFD Gerilim ve Akım Dalga Formları (0,05 Saniye Yakalama)

Şekil 11: VFD Düşük Frekans Verileri

Şekil 10 ile aynı sistem için Düşük Frekans (<120 Hz) verileri olan Şekil 11’de sürücünün çıkış hattı frekansının 43 Hz ve 3600 RPM motorun çalışma hızının 2570 RPM olduğu görülmektedir.

Şekil 12: VFD Yüksek Frekans Verileri

Şekil 12’de belirtildiği gibi, güçlü gerilim ve akım tepe noktaları motor sistemiyle ilgili arızaları gösterir. Ek gürültünün bir kısmı kesinlikle VFD’den gelen voltaj ve akım dalga formlarından kaynaklanmaktadır. Ancak, yazılım dalga formları içindeki farklı arızalarla ilgili imleçleri otomatik olarak yerleştirecektir.

Şekil 13: Pik Değerlerde Özel Analiz

Şekil 13’te aynı veriler gösterilmektedir, ancak tepe gerilimleri ve akımları gösterilmektedir. Daha yüksek frekanslı akımlar, alt dalga formunda gösterilen gerilim harmonikleriyle ilgili sorunları gösterir. Tüm veriler birleştirildiğinde gelen voltajla ilgili bir sorun olduğu görülüyor. 46 Hz’de test edildiğinde, sorun daha belirgin hale geldi ve 45 Hz’in üzerinde yaygınlaşan besleme sistemindeki potansiyel bir arızaya işaret etti.

Çözüm, VFD sürücü çıkışına uygulanan filtreleme ile hafifletilebilir.

Motorlu ve Eddy-Current Tahrikli Punch Presi

Tahrik edilen yük de dahil olmak üzere tüm motor sistemi görüntülenebilir.

Şekil 14: Punch Pres Yük Döngüsü

Şekil 14, 10 saniye boyunca mevcut döngüyü göstermektedir. A tepe noktası bu döngüdeki üç tepe noktasından biridir ve pres strokunun zımbasıyla (alt) ilgiliyken C noktası strokun üst kısmıyla ilgilidir. B noktası, sistem strokun zirvesine yaklaşırken bir tür sürtünme veya kapma problemini tanımlamaktadır. Alttaki üç vuruş, işlemin dakikada 18 kez gerçekleştiğini belirlemeye yardımcı olur.

Şekil 15: Motorla İlgili Hat Frekansı Yan Bantları

Şekil 15, yüksek bir ‘gürültü tabanı’ ve tepe LF frekansı etrafında birçok yan bant tanımlamaktadır. Bu, yüksek frekanslı verilerle birlikte yüke doğru yön göstermeye yardımcı olur.

Şekil 16: Eddy-Current Clutch Yüksek Frekans Verileri

Şekil 16, doğrultucudan (altı SCR) gelen besleme DC geriliminde bir bağlantı ve/veya SCR arızası olduğunu tanımlar. Yüksek bölgelerdeki zirveler
frekans spektrumu da girdap akımı tahrikindeki ve zımba presinin kendisindeki arızaları, büyük olasılıkla sistemdeki gevşekliği tanımlar (ilgili imzalar yüksek gürültü tabanları gösterir).

MCSA ve Enerji Uygulamaları

ATPOL sisteminin otomatik raporlama ve veri kaydı özellikleri arasında ABD Enerji Bakanlığı’nın MotorMaster Plus yazılımı ile birlikte çalışma özelliği de bulunmaktadır.

ALL-TEST Pro, Dreisilker Electric Motors ve Pruftechnik tarafından MotorMaster Plus’a dahil edilmek üzere finanse edilen ek özellikler, motor teşhis bilgilerinin analiz için dahil edilmesini sağlar. Hem MCA hem de MCSA kullanımı, kullanıcının bir elektrik motorunun durumunu değerlendirmesine ve ardından onaylanabilir bir yatırım getirisi ile enerji ile ilgili bir onarım veya değiştirme kararı vermesine olanak tanır.

Örneğin, MCSA ile test edilen 40 beygir gücünde, 1800 RPM’lik bir motorda mekanik ve elektrikle ilgili bazı arızalar tespit edilmiştir. Veriler bir MotorMaster Plus raporuna dahil edilmiş ve çalışma frekansı %90 yükte %91,5 verimli olarak belirlenmiştir. Yılda 2000 (1 vardiya) çalışma ile 0,07 $/kWh enerji maliyeti ve 14 $/kW talep varsayıldığında, 0,9 yıllık basit geri ödeme ve vergi sonrası %866 yatırım getirisi ile yedek bir premium verimli elektrik motoru belirlenmiştir.

Veriler ayrıca ABD Enerji Bakanlığı’nın Pompa Sistemi Değerlendirme Aracı (PSAT), AirMaster ve diğer araçlar tarafından da kullanılabilir.

Motor Diyagnostik Gücü – ALL-TEST PRO MD Sistemi

EMCAT Motor Yönetim Yazılımı sistemi aracılığıyla entegre edilen ALL-TEST PRO MD kitinde bulunan MCA ve MCSA’nın birleşik gücü, aşağıdakilere olanak tanır
kullanıcı aşağıdakileri gerçekleştirmek için:

• Hem MCA hem de MCSA verilerinin otomatik analizi.
• Power System Manager ve MotorMaster Plus yazılım sistemleri aracılığıyla geri ödeme hesaplaması.
• Elektrikli makinelerin devreye alınması
• Elektrikli makinelerde sorun giderme
• Elektrikli makinelerin trendi
• Elektrikli makinelerin Kök-Neden-Analizi
• Elektrik ve mekanik sağlığın eksiksiz sistem görünümü
• AC/DC sistemlerinin, yüklerin ‘yumuşak kuplaj’ sistemleri (örn: girdap akımlı sürücüler) aracılığıyla değerlendirilmesi
• Enerji etütleri ve araştırmaları.
• Titreşim, kızılötesi ve daha fazlası gibi diğer teşhis teknolojilerini destekler.

Hepsi basit bir motor teşhis sistemi aracılığıyla. Veriler, elde tutulan veri toplayıcılar kullanılarak veya bir bilgisayar veya dizüstü bilgisayar aracılığıyla ‘uzaktan çalıştırma’ özelliği aracılığıyla toplanabilir (sistem bir bilgisayar ekranından uzaktan çalıştırılabilir).

Sonuç

Bu ALL-TEST Pro teknik raporunun amacı, ALL-TEST PRO MD motor arıza tespit sisteminin MCSA özelliklerini sunmaktır.
Gösterildiği gibi, yetenekler endüksiyon motorlarının basit analizinin çok ötesine geçmekte ve şunları içermektedir:

• AC Motorlar ve Alternatörler
• DC Motorlar ve Jeneratörler
• Tek ve Üç fazlı sistemler
• Eddy-Current sürücüler
• Değişken Frekanslı Sürücüler
• Gelen güç kalitesi
• Tahrikli yük
• Çok daha fazlası

Yetenekler bu makalede belirtilenlerin çok ötesine geçmiştir.

Güç kalitesi, MCA, MCSA ve yüke bağlı arıza tespiti kullanılarak fırsatları belirleyen ek bildiriler sunulacaktır.