Motor Diyagnostiği: Çoklu Teknoloji Yaklaşımı

Giriş

Elektrik motoru sisteminizin sağlığını değerlendirmek için ihtiyaç duyduğunuz tüm bilgileri sağlayacak bir Duruma Dayalı İzleme (CBM) cihazı şeklinde bir ‘sihirli mermi’ olduğuna dair sürekli bir yanlış kanı vardır. Bu yanılgı, genellikle bu CBM araçlarının üreticilerinin veya satış güçlerinin ticari sunumlarından kaynaklanmaktadır. Bu çok Satış temsilcisinin görevi, kendi enstrüman(lar)ının güçlü olduğu alana odaklanmak ve bunu ‘her sorununuzu çözmek için ihtiyaç duyacağınız tek çözüm’ olarak sunmaktır.

Gerçekte, ihtiyacınız olan her bilgiyi size sağlayacak tek bir araç yoktur. CBM ve güvenilirliğin ‘Kutsal Kasesi’ yoktur. Bununla birlikte, elektrik motoru sistemini ve CBM teknolojilerinin yeteneklerini anlayarak, sisteminizin tam bir görünümüne, sağlığına sahip olabilir ve yönetime iyi bir öneride bulunmak için arızaya kadar geçen süreyi tahmin etme konusunda güven duyabilirsiniz.

Bu makalenin amacı basittir: Bir elektrik motoru sisteminin bileşenlerini ana hatlarıyla belirtmek; Her bir ana bileşenin arıza modlarını tartışmak; Ana teknolojilerin her birinin her bir bileşeni nasıl ele aldığını tartışmak; Sistemin eksiksiz bir görünümü için teknolojilerin nasıl entegre edilebileceğini tartışmak; ve Çoklu Teknoloji yaklaşımının sonuç etkisini tartışmak. İncelenecek CBM ekipman türleri, periyodik testler için kullanılan standart kullanıma hazır teknolojilerdir.

Elektrikli Motor Sistemi

Elektrikli motor sistemi, elektrik motorundan çok daha fazlasını içerir. Aslında, her biri farklı arıza modlarına sahip altı ayrı bölümden oluşur. Bölümler şunlardır (Şekil 1):

• Kablolama ve transformatörleri içeren tesis güç dağıtım sistemi.
• Çalıştırma sistemleri.
• Elektrik motoru – Bu makalenin amacı için üç fazlı bir endüksiyon motoru.
• Mekanik kaplin, doğrudan, dişli kutusu, kayışlar veya başka bir kaplin yöntemi olabilir. Bu makalenin amacı doğrultusunda, doğrudan bağlantı ve kayışlara odaklanacağız.
• Yük, fan, pompa, kompresör veya diğer tahrik edilen ekipman gibi tahrik edilen ekipmanı ifade eder.
• Atık su pompalama, karıştırma, havalandırma vb. gibi işlemler.

Çoğu kişi sorun giderme, trend belirleme, devreye alma veya sistemle ilgili güvenilirliğe dayalı başka bir işlev gerçekleştirirken sistemin bileşenlerini tek tek görüntüleyecektir. Hangi bileşenlere odaklanılıyor dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır:

• İlgili personel ve yöneticilerin deneyimi ve geçmişi nedir? Örneğin, bakım personeli ağırlıklı olarak mekanik olduğunda güçlü bir titreşim programı veya personel ağırlıklı olarak elektrik olduğunda bir kızılötesi programı görürsünüz.
• Algılanan başarısızlık alanları. Bu, motor sisteminin nasıl algılandığına bağlı olarak ciddi bir sorun olabilir ve daha sonra daha fazla dikkati hak edecektir.
• Çeşitli CBM teknolojilerinin anlaşılması.
• Eğitim. Ama ne zamandan beri eğitim bir sorun olmaktan çıktı?

Algılanan arıza alanları, motor sisteminizin geçmişine bakıldığında özellikle ciddi bir sorun teşkil etmektedir. Genellikle, kayıtlar üretildiğinde, tek özet “fan arızası, onarıldı” veya “pompa arızası, onarıldı” gibi bir şey belirtebilir. Sonuç olarak, algılanan arıza motor sisteminin pompa veya fan bileşeniyle ilgilidir. Bu durum, özellikle bir fabrikada ele alınması gereken en ciddi sorunların cevaplarını geçmişe dayalı olarak hafızaya dayandırırken daha büyük bir sorun haline gelmektedir. Örneğin, bir tesisin hangi bölümünün en çok soruna neden olduğunu belirlemeye çalışırken, cevap “Atık su pompası 1” olabilir. Anlık algı, pompanın tutarlı bir sorunu olduğu yönündedir ve pompa mekanik bir sistem olduğundan, pompanın sağlığını izlemek için mekanik bir izleme çözümü seçilebilir. Her arızada bir kök neden kaydedilmiş olsaydı, bunun motor sargısı, rulmanlar, kablo, kontroller, süreç veya sorunların bir kombinasyonu olduğu belirlenebilirdi.

Yakın zamanda yapılan bir toplantıda, CBM ekipmanlarının seçimi tartışılırken, katılımcılardan kendi lokasyonlarındaki arıza modları soruldu. Cevaplar fanlar, kompresörler ve pompalardı. Daha ayrıntılı olarak tartışıldığında, fanlarda en yaygın olarak rulman ve motor sargısı arızaları, pompalarda pompa contaları ve motor rulmanları, kompresörlerde ise contalar ve motor sargıları tespit edilmiştir. Daha yakından bakıldığında, sargı arızalarının kontrol ve kablo sorunları, yanlış onarımlar ve güç kalitesiyle ilgili olduğu görüldü. Rulman sorunları yanlış yağlama uygulamalarıyla ilgiliydi.

Aslında, elektrik motoru sisteminizde CBM’yi uygulamanın en iyi yolunu belirlerken, bir bileşen değil bir sistem görüşü almanız gerekir. Sonuç basit: Geliştirilmiş güvenilirlik; Daha az baş ağrısı; ve daha iyi bir kârlılık.

Duruma Dayalı İzleme Test Cihazları

Aşağıda kullanımda olan daha yaygın CBM teknolojilerinden bazıları verilmiştir, teknolojiler hakkında daha fazla ayrıntı “Motor Devre Analizi” bölümünde bulunabilir1 Test edilen sistemin bileşenleri ve yeteneklerine ilişkin ayrıntılar bu makalenin sonundaki Tablo 1-4’te bulunabilir:

Enerjisi Giderilmiş Test:

1 Motor Devre Analizi: Teori, Uygulama ve Enerji AnaliziHoward W. Penrose, Ph.D., SBD Yayıncılık, ISBN: 0-9712450-0-2, 2002.

• DC Yüksek Potansiyel Testi – Motor nominal voltajının iki katı artı AC için 1.000 volt ve DC yüksek potansiyeli için bu değerin 1,7 katı (genellikle yalıtım sistemi üzerindeki baskıyı azaltmak için bir çarpanla) voltaj uygulanarak, motor sargıları ile toprak (toprak duvarı yalıtımı) arasındaki yalıtım sistemi değerlendirilir. Test yaygın olarak potansiyel olarak yıkıcı olarak değerlendirilmektedir.
• Dalgalanma karşılaştırma testi: Yüksek potansiyel testi ile aynı şekilde hesaplanan değerlerde voltaj darbeleri kullanılarak, bir motorun her fazının empedansı grafiksel olarak karşılaştırılır. Testin amacı, her fazın ilk birkaç dönüşü içindeki kısa devre dönüşlerini tespit etmektir. Test normalde üretim ve geri sarma uygulamalarında gerçekleştirilir, çünkü statorda bir rotor olmadan en iyi şekilde gerçekleştirilir. Bu test yaygın olarak potansiyel olarak yıkıcı olarak kabul edilir ve öncelikle gerçek bir eğilim yeteneği olmayan bir gitme / gitmeme testi olarak kullanılır.
• İzolasyon test cihazı: Bu test, sargılar ile toprak arasına bir DC gerilimi yerleştirir. Düşük akım kaçağı ölçülür ve meg, gig veya tera-Ohm ölçümüne dönüştürülür.
• Polarizasyon İndeksi testi: Bir yalıtım test cihazı kullanılarak, 10 dakika ila 1 dakika değerleri görüntülenir ve bir oran üretilir. IEEE 43-2000’e göre, 5.000 MegOhm’un üzerindeki yalıtım değerlerinin PI kullanılarak değerlendirilmesine gerek yoktur. Test, ciddi sargı kirlenmesini veya aşırı ısınmış yalıtım sistemlerini tespit etmek için kullanılır.
• Ohm, Milli-Ohm testi: Bir Ohm veya Milli Ohm metre kullanılarak değerler ölçülür ve bir elektrik motorunun sargıları arasında karşılaştırılır. Bu ölçümler normalde gevşek bağlantıları, kopuk bağlantıları ve çok geç aşama sargı hatalarını tespit etmek için alınır.
• Motor Devre Analizi (MCA) testi: Direnç, empedans, endüktans, faz açısı, akım: frekans yanıtı ve yalıtım testi değerlerini kullanan cihazlar, kontrol, bağlantı, kablo, stator, rotor, hava boşluğu ve yalıtım-toprak sağlığını gidermek, devreye almak ve değerlendirmek için kullanılabilir. Düşük voltaj çıkışı kullanılarak, okumalar bir dizi köprü üzerinden okunur ve değerlendirilir. Tahribatsız ve trendlenebilir okumalar genellikle elektrik arızasından aylar önce.

2 Potansiyel Olarak Yıkıcı: Yanlış uygulama veya zayıflamış yalıtım koşullarını tamamlama yoluyla ekipmanın çalışma koşulunu potansiyel olarak değiştirebilecek herhangi bir alet potansiyel olarak tahrip edici olarak kabul edilecektir.

Enerjili Test:

Titreşim Analizi: Mekanik titreşim, genel titreşim değerleri ve FFT analizi sağlayan bir transdüser aracılığıyla ölçülür. Bu değerler mekanik arızaların ve arıza derecelerinin göstergelerini sağlar, trend oluşturabilir ve motorun yüklenmesine bağlı olarak değişen bazı elektrik ve rotor sorunları hakkında bilgi sağlar. Rotordaki arızaları tespit etmek için elektrik motorları için minimum yük gereksinimleri. Test edilen sistem hakkında çalışma bilgisi gerektirir.

Kızılötesi analiz, nesneler arasındaki sıcaklık farkı hakkında bilgi sağlar. Arızalar tespit edilir ve arıza derecesine göre trend belirlenir. Gevşek bağlantıları ve diğer elektrik arızalarını tespit etmek için mükemmeldir ve mekanik arızaları tespit etme kabiliyetine sahiptir. Okumalar yüke göre değişecektir. Test edilen sistem hakkında çalışma bilgisi gerektirir.

Ultrasonik aletler düşük ve yüksek frekanslı gürültüyü ölçer. Arızanın son aşamalarına doğru çeşitli elektrik ve mekanik sorunları tespit edecektir. Okumalar yüke göre değişecektir. Test edilen sistem hakkında çalışma bilgisi gerektirir.

Gerilim ve akım ölçümleri motor sisteminin durumu hakkında sınırlı bilgi sağlayacaktır. Okumalar yüke göre değişecektir.

Motor Akım İmza Analizi (MCSA), motor sisteminin önemli bir kısmı boyunca elektriksel ve mekanik arızaları tespit etmek için elektrik motorunu bir dönüştürücü olarak kullanır. Genellikle bir devam/devam testi olarak kullanılan MCSA, bazı trend yeteneklerine sahiptir, ancak normalde yalnızca sargı arızalarını ve mekanik sorunları geç aşamalarında tespit edecektir. Yük değişimlerine karşı hassastır ve okumalar yüke bağlı olarak değişecektir. İsim plakası bilgisi gerektirir ve birçok sistem rotor çubuklarının sayısını, stator yuvalarını ve çalışma hızının manuel olarak girilmesini gerektirir.

Başlıca Bileşenler ve Arıza Modları

Bulunan arıza türlerinin ve bunları tespit etmek için kullanılan teknolojilerin anlaşılmasını sağlamak için motor sisteminin çeşitli bileşenlerinden bazı önemli sorunlar gözden geçirilecektir. Genel bir bakış olarak bu, karşılaşabileceğiniz tüm arıza modlarını kapsamayabilir.

Gelen Güç

Yüke gelen güçten başlayarak, ele alınması gereken ilk alan gelen güç ve dağıtım sistemi. İlk sorun alanı güç kalitesi ve ardından transformatörlerdir.

Elektrikli motor sistemleriyle ilişkili güç kalitesi sorunları şunları içerir:

• Gerilim ve akım harmonikleri: Gerilim %5 THD (Toplam Harmonik Bozulma) ve akım %3 THD ile sınırlandırılmıştır. Akım harmonikleri elektrik motoru sistemine en büyük zarar potansiyelini taşır.
• Aşırı ve düşük voltaj koşulları: Elektrik motorları, isim plakası voltajının +/- %10’undan fazla çalışmayacak şekilde tasarlanmıştır.
• Gerilim dengesizliği: Fazlar arasındaki farktır. Voltaj ve akım dengesizliği arasındaki ilişki, motor tasarımına bağlı olarak voltaj dengesizliği ile ilişkili olarak birkaç kezden birçok kez akım dengesizliğine kadar değişir (20 kata kadar yüksek olabilir).
• Güç faktörü: Güç faktörü birlikten ne kadar düşükse, sistemin iş yapmak için o kadar fazla akım kullanması gerekir. Zayıf güç faktörü belirtileri arasında ağır ekipmanlar çalışmaya başladığında ışıkların sönmesi de yer alır.
• Aşırı yüklenmiş sistem: Transformatörün, kablolamanın ve motorun kapasitesine bağlıdır. Akım ölçümleri ile normalde olduğu gibi ısı ile de tespit edilir.

Gelen güçle ilgili sorunları tespit etmek için kullanılan başlıca araçlar güç kalitesi ölçerler, MCSA ve voltaj ve akım ölçerlerdir. Güç kalitenizin durumunu bilmek, pek çok ‘hayali’ sorunun tespit edilmesine yardımcı olabilir.

Transformatörler, motor sisteminin ilk kritik bileşenlerinden biridir. Genel olarak, transformatörlerin sistemdeki diğer bileşenlere göre daha az sorunu vardır. Bununla birlikte, her bir transformatör genellikle hem elektrik motorunda hem de diğer sistemlerde birden fazla sistemle ilgilenir.

Yaygın transformatör sorunları arasında (yağ dolu veya kuru tip transformatörler):

• İzolasyondan toprağa arızalar.
• Kısa devre sargıları.
• Gevşek bağlantılar ve,
• Elektriksel titreşim/mekanik gevşeklik

Transformatörlerin sağlığını izlemek için kullanılan test ekipmanları (bu makaledeki cihazların seçimi dahilinde) şunları içerir:

• Şasi, gevşek/kırık bağlantılar ve kısa devre için MCA
• Güç kalitesi ve geç aşama arızaları için MCSA
• Gevşek bağlantılar için kızılötesi analiz
• Gevşeklik ve ciddi arızalar için ultrasonik
• İzolasyon-toprak hataları için izolasyon test cihazları.

MCC’ler, Kontroller ve Bağlantı Kesiciler

Motor kontrolü veya bağlantı kesme, elektrik motoru sistemleriyle ilgili bazı temel sorunları sağlar. Hem alçak hem de orta gerilim sistemleri için en yaygın olanları şunlardır:

• Gevşek bağlantılar
• Çukurlu, hasarlı, yanmış veya aşınmış dahil olmak üzere kötü kontaklar
• Kontaktördeki bozuk marş bobinleri
• Normalde önemli bir akım dengesizliğine neden olan kötü güç faktörü düzeltme kapasitörleri.

Kontrolleri değerlendirmek için kullanılan test yöntemleri arasında kızılötesi, ultrasonik, volt/ampermetre, ohm metre ve görsel incelemeler bulunmaktadır. MCA, MCSA ve kızılötesi, arıza tespiti ve eğilimi için en doğru sistemleri sağlar.

Kablolar – Kontrollerden Önce ve Sonra

Kablolama sorunları nadiren dikkate alınır ve sonuç olarak en büyük baş ağrılarından bazılarına neden olur. Yaygın kablo sorunları şunlardır:

• Aşırı yük veya yaş nedeniyle termal bozulma
• Yeraltından kanal yoluyla geçen kablolarda daha da ciddi olabilen kirlenme
• Şasilerin yanı sıra faz şortları da oluşabilir. Bunlar ‘ağaçlaşma’ veya fiziksel hasardan kaynaklanabilir.
• Fiziksel hasar veya diğer nedenlerden dolayı açılır.
• Fiziksel hasar genellikle diğer kablo sorunlarıyla birlikte ortaya çıkan bir sorundur.

Test ve trendler MCA, kızılötesi, yalıtım testi ve MCSA ile gerçekleştirilir.

Motor Besleme Tarafı Özeti

Motora giden besleme tarafındaki sorunlar aşağıdaki gibi ayrıştırılabilir:

• Zayıf güç faktörü – %39
• Zayıf bağlantılar – %36
• Büyük boyutlu iletkenler – %10
• Gerilim dengesizliği – %7
• Düşük veya aşırı voltaj koşulları – %8

Bu alanları kapsayan en yaygın ekipmanlar arasında MCA, kızılötesi ve MCSA bulunmaktadır.

Elektrik Motorları

Elektrik motorları mekanik ve elektrikli bileşenler içerir. Aslında bir elektrik motoru, elektrik enerjisinin mekanik torka dönüştürülmesidir.

Birincil mekanik sorunlar:

• Rulmanlar – genel aşınma, yanlış uygulama, yükleme veya kirlenme.
• Kötü veya aşınmış şaft veya yatak yuvaları
• Genel mekanik dengesizlik ve rezonans

Titreşim analizi, elektrik motorlarındaki mekanik sorunların tespiti için birincil yöntemdir. MCSA, kızılötesi ve ultrasonik gibi geç aşamadaki mekanik sorunları tespit edecektir.

Birincil elektrik sorunları:

• İletkenler veya bobinler arasında sargı kısa devreleri
• Sargı kirlenmesi
• İzolasyondan toprağa arızalar
• Eksantrik rotorlar dahil olmak üzere hava boşluğu arızaları
• Döküm boşlukları ve kırık rotor çubukları dahil olmak üzere rotor arızaları.

MCA tüm hataları gelişimin erken aşamalarında tespit edecektir. MCSA geç aşama stator arızalarını ve erken rotor arızalarını tespit edecektir. Titreşim geç aşama arızaları tespit edecek, toprağa yalıtım sadece motor sistemi arızalarının %1’inden azını oluşturan toprak arızalarını tespit edecek, dalgalanma testi sadece sığ sargı kısa devrelerini tespit edecek ve diğer tüm testler sadece geç aşama arızaları tespit edecektir.

Kaplin (Doğrudan ve Kayışlı)

Motor ve yük arasındaki bağlantı, aşınma ve uygulamadan kaynaklanan sorunlar için fırsatlar sunar.

• Kayış veya doğrudan tahrik yanlış hizalanması
• Kayış veya kesici uç aşınması
• Kayış gerginliği sorunları çoğu kişinin düşündüğünden daha yaygındır ve genellikle rulman arızasıyla sonuçlanır
• Kasnak aşınması

Kaplin arıza tespiti için en doğru sistem titreşim analizidir. MCSA ve kızılötesi analiz normalde ciddi veya geç aşamadaki arızaları tespit edecektir.

Yük (Fanlar, pompalar, kompresörler, dişli kutuları, vb.)

Yük, yükün türüne bağlı olarak çok sayıda arıza türüne sahip olabilir. En yaygın olanları aşınmış parçalar, kırık bileşenler ve rulmanlardır.

Yük sorunlarını tespit edebilen test cihazları arasında MCSA, titreşim, kızılötesi analiz ve ultrasonik bulunmaktadır.

Çoklu Teknolojiye Ortak Yaklaşımlar

Endüstri içinde birkaç yaygın yaklaşımın yanı sıra birkaç yeni yaklaşım da bulunmaktadır (Bkz. Tablo 3). En iyisi, enerjili ve enerjisiz testlerin bir kombinasyonunu kullanır. Enerjili testin genellikle sabit yük koşulları altında en iyi şekilde yapıldığını ve her seferinde aynı çalışma koşullarında izlendiğini unutmamak önemlidir.

En yaygın yaklaşımlardan biri yalıtım direnci ve/veya polarizasyon indeksinin kullanılması olmuştur. Bunlar sadece hem motor hem de kablodaki izolasyon-toprak arızalarını tespit edecektir, bu da toplam motor sistemi arızalarının %1’inden azını temsil eder (motor arızalarının ~%5’i).

Kızılötesi ve titreşim normalde birbirleriyle birlikte büyük bir başarıyla kullanılır. Bununla birlikte, birkaç yaygın sorunu gözden kaçırırlar veya bunları yalnızca arızanın geç aşamalarında tespit ederler.

Dalgalanma testi ve yüksek potansiyel testi yalnızca bazı sargı hatalarını ve yalıtımdan toprağa olan hataları tespit eder ve herhangi bir yalıtım kirliliği veya zayıflığı olması durumunda motoru devre dışı bırakma potansiyeline sahiptir.

MCA ve MCSA birbirini destekler ve motor sistemindeki neredeyse tüm sorunları tespit eder. Bu doğruluk, direnç, empedans, faz açısı, I/F ve toprağa yalıtım kullanan MCA sistemleri ile voltaj ve akım demodülasyonunu içeren MCSA sistemlerini gerektirir.

En yeni ve en etkili yaklaşım titreşim, kızılötesi ve MCA ve/veya MCSA olmuştur. Bu yaklaşımın güçlü yanı, değerlendirme ve sorun giderme işlemlerinde elektrik ve mekanik disiplinlerinin bir arada yer almasıdır. Motor Teşhis ve Motor Sağlığı Çalışmasında bulunduğu gibi, 3 Yalnızca titreşim ve/veya kızılötesi içeren motor sistemi testlerinin %38’inde önemli bir geri dönüş elde edilmiştir. 3 Motor Teşhis ve yatırım. Bu sayı, titreşim ve/veya kızılötesi ile birlikte MCA/MCSA kombinasyonunu kullanan sistemlerde %100’e çıkmıştır.

Bir vakada, kızılötesi ve titreşimin birlikte uygulanması 30 bin dolarlık bir yatırım getirisi sağladı. Şirket, alet çantasına MCA’yı eklediğinde, yatırım getirisi 307.000 $’a yükseldi ve araçların bir kombinasyonunu kullanarak orijinalinin on katına çıktı.

Başvuru Fırsatları

Elektrikli motor sistemi testi için üç yaygın fırsat vardır. Bunlar şunları içerir:

• Yeni kurulurken veya onarılırken bileşenlerin veya tüm sistemin devreye alınması. Bu, ilgili teknolojiler için çok hızlı bir geri ödeme sağlayabilir ve bebek ölümleri felaketlerini önlemenize yardımcı olur.
• Birden fazla teknolojinin uygulanması yoluyla sistemde sorun giderme, sorunları çok daha hızlı ve daha büyük bir güvenle belirlemenize yardımcı olacaktır.
• Sistem güvenilirliği için test sonuçlarının, yine birden fazla teknolojinin uygun şekilde uygulanmasıyla trend haline getirilmesi. MCA, titreşim ve kızılötesi gibi testler kullanılarak potansiyel arızalar uzun vadede izlenebilmekte ve birçok arıza aylar öncesinden tespit edilebilmektedir.

Sonuç

Bu makale, elektrikli motor sisteminin iyi bir görünümünü sağlamak için birden fazla teknolojinin birlikte nasıl çalıştığına dair kısa bir genel bakış sağlamıştır. Bu yaklaşımın anlaşılması ve uygulanması sayesinde, bakım programınızdan harika geri dönüşler elde edeceksiniz.

Yazar Hakkında

Dr. Howard W. Penrose, doktora derecesini Genel Mühendislik alanında endüstriyel sistem süreç iyileştirmeleri, atık akışı ve enerji analizi ve ekipman güvenilirliği konularına odaklanarak almıştır. Elektrik motoru ve servis endüstrisinde 15 yıllık deneyime sahip olup çok çeşitli ticari ve endüstriyel lokasyonlarda PdM ve Kök-Neden-Analiz girişimlerine liderlik etmiştir.

Tablo 1: Motor Sistemi Diyagnostik Teknoloji Karşılaştırması

Tablo 2: Yönetimle İlgili Hususlar

Tablo 3: Yaygın Yaklaşımlar

Tablo 4: Ek Hususlar