Cách Kiểm Tra Động Cơ Đồng Bộ Bằng Công Nghệ Hiện Đại

Để hiểu rõ hơn về ứng dụng kiểm tra và phân tích mạch điện động cơ trên động cơ điện đồng bộ (máy đồng bộ), điều quan trọng là phải có cái nhìn tổng quan ngắn gọn về hoạt động của động cơ đồng bộ, các lỗi thường gặp nhất, các phương pháp thử nghiệm phổ biến, cách thức hoạt động của ALL. -TEST IV PRO™ (Hiện nay AT5™ ) hoạt động với các động cơ đồng bộ lớn, các bước cơ bản để phân tích stato và rôto đồng bộ cũng như các kết quả thử nghiệm dự kiến ​​( Editor- ALL-TEST PRO 5™ là giải pháp thay thế được khuyến nghị cho ATIV™). Trong bài báo này, chúng tôi sẽ thảo luận về các khía cạnh khác nhau này, tham khảo các tài liệu khác để biết thêm chi tiết.

Dụng cụ kiểm tra động cơ ALL-TEST-IV-PRO

Về Máy Đồng Bộ

Động cơ đồng bộ lớn có hai chức năng cơ bản:

  • Đầu tiên là cải thiện hệ số công suất điện trong nhà máy. Trong bất kỳ nhà máy nào có tải cảm ứng lớn, chẳng hạn như động cơ và máy biến áp, dòng điện bắt đầu tụt hậu so với điện áp (hệ số công suất kém). Khi điều này trở nên đủ nghiêm trọng, nhà máy yêu cầu lượng dòng điện lớn hơn đáng kể để thực hiện cùng một lượng công việc. Điều này có thể gây ra sụt áp và quá nhiệt cho các bộ phận điện. Động cơ đồng bộ có thể được sử dụng theo cách ít hoặc không ảnh hưởng đến hệ số công suất, hoặc có thể được sử dụng để tạo ra dòng điện dẫn điện áp nhằm khắc phục các vấn đề về hệ số công suất.
  • Phương pháp hoạt động thứ hai là hấp thụ tải xung, chẳng hạn như máy nén pittông. Khi động cơ đồng bộ đạt được tốc độ đồng bộ, nó có các cuộn dây ‘khóa’ đồng bộ với từ trường quay của động cơ điện từ stato. Nếu một xung mô-men xoắn xảy ra (chẳng hạn như ở đỉnh của hành trình máy nén pittông), động cơ có thể không đồng bộ với các trường quay. Khi điều này xảy ra, một cuộn dây đặc biệt trên rôto được gọi là cuộn dây khấu hao (xem cấu trúc đồng bộ bên dưới) sẽ hấp thụ năng lượng từ xung mô-men xoắn, giữ cho rôto đồng bộ.

Cấu tạo cơ bản của động cơ đồng bộ rất đơn giản. Có ba bộ cuộn dây, stato, rôto, ổ trục và máy phát điện (không chổi than) hoặc ‘máy kích thích tĩnh’ (loại chổi than).

Các cuộn dây bao gồm:

  • Cuộn dây ba pha tiêu chuẩn, rất giống với động cơ điện cảm ứng tiêu chuẩn
  • Một bộ cuộn dây trường, là cuộn dây DC được làm bằng dây tròn cho các máy nhỏ và dây hình chữ nhật hoặc ruy băng trên các máy lớn hơn
  • Một cuộn dây khấu hao, tương tự như lồng sóc rôto động cơ cảm ứng

Các phương pháp khởi động cho cả động cơ đồng bộ loại chổi than và không chổi than là tương tự nhau. Mạch bắt đầu sẽ khác nhau cho cả hai. Sau đây là mô tả về phương thức hoạt động cơ bản, tiếp theo là mô tả ngắn gọn về sự khác biệt:

Trong giai đoạn khởi động của động cơ đồng bộ, nó hoạt động giống như động cơ cảm ứng tiêu chuẩn. Stator nhận dòng điện và từ trường quay được tạo ra (tốc độ = (120 * tần số ứng dụng) / # số cực). Trường này tạo ra một dòng điện trong cuộn dây khấu hao, dòng điện này được sử dụng để phát triển mô-men xoắn khởi động bằng cách tạo ra từ trường riêng của nó tương tác với từ trường của stato trong khe hở không khí và làm cho rôto quay theo từ trường của stato. Khi rôto bắt đầu bắt kịp các trường của stato, dòng điện một chiều được đưa vào cuộn dây của rôto, tạo ra các cặp nam châm bắc và nam (cuộn dây rôto luôn được tìm thấy theo cặp). Bước khóa này với từ trường stato và đi theo cùng tốc độ với từ trường stato, trong khi động cơ cảm ứng tiêu chuẩn luôn bị tụt lại phía sau.

Trong máy chổi than, nguồn DC cho các trường rôto thường đến từ bộ khởi động ‘tĩnh’ (điện tử), giúp chuyển đổi nguồn AC được cung cấp thành DC. Trong hầu hết các trường hợp, DC đầu ra thay đổi trong suốt chu kỳ khởi động. Ổ đĩa cũng có thể được thiết lập để rút ngắn cuộn dây trường của máy để tránh bão hòa rôto và dẫn đến dòng điện cực cao trên stato. Khi rôto bắt đầu quay, DC được cung cấp để hỗ trợ động cơ phát triển mô-men xoắn. Điện áp DC được cung cấp thông qua một cặp vòng trượt và chổi than.

Trong máy không chổi than, máy phát điện một chiều được lắp trực tiếp trên trục của động cơ đồng bộ. Khi động cơ đồng bộ khởi động, máy phát cung cấp rất ít DC thông qua cổ góp của nó. Khi tốc độ tăng, điện áp DC cũng tăng, giúp động cơ tạo ra mô-men xoắn và sau đó khóa bước ở tốc độ đồng bộ. Trong loại máy này, máy phát điện được nối trực tiếp với các trường rôto.

Cũng có những máy có một máy phát điện gắn trên trục của rôto cung cấp một bộ điều khiển riêng. Điều này được sử dụng để rút ngắn cuộn dây trước tiên và sau đó kiểm soát lượng DC cấp cho rôto, giống như máy chổi than.

Các lỗi động cơ đồng bộ phổ biến nhất

Động cơ đồng bộ lớn có xu hướng được chế tạo tốt và chắc chắn. Chúng thường được xây dựng quá mức bằng vật liệu để chịu được tải trọng khắc nghiệt được áp dụng. Các lỗi phổ biến nhất đối với máy đồng bộ công nghiệp, theo thứ tự, là:

  • Vòng bi do hao mòn và nhiễm bẩn chung
  • Cánh đồng rôto – do nhiệt độ cao, chúng thường bị cháy từ trong ra ngoài
  • Cuộn dây khấu hao – chủ yếu ở tải chuyển động tịnh tiến. Do lượng năng lượng hấp thụ, các thanh cuộn dây thường sẽ bị nứt. Đặc biệt, nếu từ trường rôto bắt đầu hỏng và ngắn, khiến rôto dễ bị mất ‘đồng bộ’ hơn.
  • Cuộn dây stato – hao mòn và nhiễm bẩn chung. Cuộn dây stato trong máy điện đồng bộ có xu hướng ‘dạng quấn’ và được cách điện nhiều.

Hầu như tất cả các lỗi cuộn dây xảy ra trong động cơ đồng bộ đều bắt đầu giữa các dây dẫn trong cuộn dây rôto hoặc stato.

Phương pháp kiểm tra phổ biến, điểm mạnh và điểm yếu

Sau đây là các phương pháp kiểm tra truyền thống để đánh giá tình trạng của động cơ đồng bộ:

  • Thử nghiệm điện trở cách điện: Sử dụng điện áp DC được áp dụng theo quy định của IEEE 43-2000, một điện thế được đặt giữa cuộn dây stato và đất. Điều này chỉ đo các lỗi trực tiếp giữa cuộn dây stato và khung stato. Cũng được thực hiện thông qua các vòng trượt trên máy dạng bàn chải.
  • Chỉ số phân cực: Đây là tỷ lệ điện trở cách điện từ 10 phút đến 1 phút. Phương pháp này thường được sử dụng như một phương pháp để đánh giá tình trạng cách điện giữa cuộn dây stato và khung. Giống như thử nghiệm điện trở cách điện, việc này cũng có thể được thực hiện thông qua các vòng trượt trên máy dạng chổi than. Như đã nêu trong IEEE 43-2000, phương pháp thử nghiệm này chỉ thực sự có giá trị trên các hệ thống cách điện trước năm 1970.
  • Thử nghiệm điện thế cao: Phổ biến nhất trên các máy lớn là thử nghiệm điện thế cao DC được thực hiện ở giá trị gấp đôi điện áp trên nhãn động cơ cộng với 1000 vôn, nhân với căn bậc hai của 3. Trên một hệ thống cách điện hiện có, giá trị này thường giảm xuống 75% điện áp tiềm năng. Thử nghiệm này gây áp lực lớn lên hệ thống cách điện và có khả năng gây hư hỏng (theo IEEE Std’s 388 và 389). Loại thử nghiệm này KHÔNG BAO GIỜ được áp dụng cho cuộn dây rôto của động cơ đồng bộ.
  • Thử nghiệm so sánh đột biến: Chỉ đánh giá tình trạng quay-to-quay của stato bằng cách so sánh dạng sóng của hai cuộn dây khi xung thời gian tăng nhanh gấp đôi điện áp cộng với 1000 vôn. Nếu có vấn đề có thể khắc phục được, chẳng hạn như cuộn dây bị nhiễm bẩn, thử nghiệm này có thể làm hỏng cuộn dây của động cơ.
  • Thử nghiệm phóng điện cục bộ: Đây là phương pháp thử nghiệm không phá hủy để đo tần số vô tuyến từ sự phóng điện trong các khoảng trống bên trong hệ thống cách điện của cuộn dây động cơ. Điều này có hiệu quả đối với xu hướng trên các máy có điện áp trên 6,6 kV và chỉ đưa ra cảnh báo ngắn gọn từ 4 kV. Nó không phát hiện bất kỳ lỗi cánh quạt nào.
  • Phân tích chữ ký dòng điện động cơ: Được thiết kế để thử nghiệm rôto của động cơ cảm ứng.
  • Kiểm tra sụt áp: Yêu cầu động cơ phải được tháo rời. Một điện áp xoay chiều 115 được đặt vào các cuộn dây của rôto và điện áp rơi được đo bằng một vôn kế trên mỗi cuộn dây. Nếu xảy ra đoản mạch, điện áp giảm sẽ thay đổi hơn 3%.

Danh sách trên không bao gồm thiết bị để thử nghiệm cơ khí của động cơ đồng bộ.

Giới thiệu về nhạc cụ ALL-TEST Pro

ALL-TEST IV PRO™ ( Editor- ALL-TEST PRO 5™ được khuyến nghị thay thế cho ATIV™) là một công cụ điện tử đơn giản hoạt động theo cách tương tự như đồng hồ vạn năng, ngoại trừ việc nó cung cấp một loạt số đọc bao gồm các thông số AC của mạch động cơ. Đây là bộ thu thập và kiểm tra dữ liệu gửi tín hiệu DC điện áp thấp để kiểm tra điện trở đơn giản, theo cách tương tự như máy đo milli-Ohm và tín hiệu AC tần số cao, điện áp thấp để đọc AC. Sau đó, thiết bị sẽ đo và tính toán kết quả kiểm tra theo các đơn vị kỹ thuật về điện trở, trở kháng, độ tự cảm, góc pha, đáp ứng dòng điện/tần số và kiểm tra điện trở cách điện với đất.

Sự khác biệt chính giữa thử nghiệm điện tử của thiết bị điện so với các phương pháp điện truyền thống là:

  • Một cái nhìn đầy đủ hơn về mạch động cơ, bao gồm cả những ảnh hưởng từ những thay đổi trong điều kiện của cách điện cuộn dây rôto.
  • Một công cụ cho nhiều kích thước thiết bị. Thử nghiệm chỉ giới hạn trong phạm vi điện trở đơn giản của thiết bị (0,010 Ohm đến 999 Ohms).
  • Không phá hủy – không có điện áp có hại được áp dụng.
  • Diễn giải dữ liệu dễ dàng hơn – Một vài quy tắc đơn giản để diễn giải dữ liệu (Xem diễn giải dữ liệu bên dưới).
  • Thiết bị cầm tay so với thiết bị có thể nặng từ 40 lbs đến hơn 100 lbs.
  • Nguồn năng lượng bên trong cho thiết bị.

Khi hệ thống cách điện cũ đi hoặc nếu hệ thống cách điện bị bẩn và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của lớp cách điện, mạch điện của động cơ sẽ thay đổi. Bởi vì rôto là một phần không thể thiếu của mạch điện, những thay đổi đối với tính toàn vẹn về điện của mạch rôto và hệ thống cách điện cũng được phản ánh trực tiếp qua cuộn dây stato. Điều này cho phép khắc phục sự cố ngay lập tức và xu hướng dài hạn của động cơ.

Thông tin kiểm tra duy nhất cho phép Dụng cụ ALL-TEST Pro xem đủ thông số của hệ thống cách điện để phát hiện và cách ly:

  • Ngắn cuộn dây stato
  • Trường rôto ngắn
  • thanh cuộn khấu hao bị hỏng
  • Độ lệch tâm của khe hở không khí
  • Ô nhiễm cuộn dây (rôto và stato)
  • sự cố cách điện mặt đất

Các bước cơ bản để phân tích máy đồng bộ bằng thiết bị ALL-TEST Pro

Các bước kiểm tra máy điện đồng bộ tương tự như các bước đánh giá tình trạng của động cơ cảm ứng tiêu chuẩn. Tuy nhiên, do có các cuộn dây trường trên rôto động cơ nên cần thực hiện một số bước bổ sung khi khắc phục sự cố.

Khi kiểm tra máy đồng bộ từ trung tâm điều khiển động cơ hoặc bộ khởi động:

  • Ngắt điện thiết bị. Đảm bảo rằng các nguồn năng lượng thứ cấp cũng được khử năng lượng.
  • Thực hiện các bài kiểm tra tiêu chuẩn ALL-TEST IV PRO™ (nay là AT5™) trên stato theo lời nhắc menu trên thiết bị.
  • Đánh giá kết quả kiểm tra (Xem Kết quả kiểm tra dự kiến)
  • Nếu một lỗi được chỉ định, hãy bắt đầu khắc phục sự cố:
  • Điều chỉnh vị trí của rôto, càng nhiều càng tốt, lên đến 45 độ (bất kỳ chuyển động nào cũng được nếu rôto khó quay, nhưng không dưới 5 độ)
  • Thực hiện lại các bài kiểm tra và xem lại các bài đọc. Nếu lỗi đã thay đổi hoặc thay đổi nhiều hơn một chữ số, thì rất có thể lỗi nằm ở rôto.
  • Nếu lỗi vẫn đứng yên (không thay đổi theo vị trí của rôto), hãy ngắt kết nối dây dẫn ở hộp đấu dây động cơ và kiểm tra lại. Nếu lỗi vẫn được chỉ ra, rất có thể là ở stato, nếu không, rất có thể là ở cáp.

Thời gian kiểm tra trung bình, ngoài việc khắc phục sự cố, là khoảng 3-5 phút.

Khi kiểm tra máy điện đồng bộ đã tháo rời, điều quan trọng cần nhớ là các số đọc sẽ rất khác khi không có rôto:

  • Thực hiện bài kiểm tra Tự động ALL-TEST IV PRO™ (AT5 Z/ chế độ thử nghiệm) trên stato và đánh giá kết quả thử nghiệm. Điều này sẽ cung cấp một dấu hiệu ngay lập tức của bất kỳ lỗi.
  • Đối với thử nghiệm rôto:
  • Thực hiện kiểm tra Tự động và so sánh với lần đọc trước đây; hoặc,
  • Thực hiện kiểm tra Tự động và so sánh với rô-to ‘giống hệt’; hoặc,
  • Thực hiện kiểm tra Tự động trên mỗi cuộn dây trường thay vì kiểm tra sụt áp.
  • Tất cả các tham số cho cả ba phải đáp ứng các giới hạn đánh giá.

Do kiểu thử nghiệm, những kết quả này có thể được định hướng và so sánh giữa các máy giống nhau.

Các ứng dụng khác để thử nghiệm mạch động cơ bao gồm đánh giá và chấp nhận cũng như bảo trì dự đoán.

Kết quả kiểm tra dự kiến

Như đã đề cập ở phần cuối của bài báo này, kết quả thử nghiệm cũng tương tự như kết quả ở máy điện cảm ứng ba pha. Các mẫu lỗi rất đơn giản và áp dụng bất kể kích thước thiết bị, trong phạm vi thử nghiệm của ALL-TEST Pro Instruments. Sau đây là tổng quan ngắn gọn về các phép đo kiểm tra và kết quả của chúng để khắc phục sự cố cơ bản:

  • Đo điện trở đơn giản: Đây là dấu hiệu cho biết các kết nối có điện trở cao, các kết nối lỏng lẻo hoặc dây dẫn trong mạch bị đứt. Thử nghiệm này rất quan trọng, đặc biệt nếu vấn đề về sức đề kháng ở một điểm, dựa trên tôi2R, một điểm điện trở sẽ tỏa ra rất nhiều năng lượng nhiệt (tính bằng Watts). Chẳng hạn, điện trở 0,5 Ohm trên một điểm trong mạch đang nhìn thấy 100 Amps sẽ phát ra: (100Amps2)(0,5 Ohms) = năng lượng trị giá 5.000 Watts (5kW). Đây là năng lượng tương tự được sử dụng để quay động cơ điện trị giá 6 mã lực.
  • Đo độ tự cảm: Đây là thước đo cường độ từ của một cuộn dây và sự ảnh hưởng của các cuộn dây khác lên một cuộn dây. Nó bị ảnh hưởng bởi số vòng dây trong mạch, kích thước của cuộn dây và độ tự cảm của các cuộn dây khác. Bản thân phép đo này chỉ là một chỉ số tốt về tình trạng của cuộn dây khấu hao và độ lệch tâm của rôto. Điện cảm sẽ chỉ hiển thị một cuộn dây ngắn nếu nó nghiêm trọng.
  • Đo trở kháng: Đây là phép đo điện trở phức tạp trong mạch. Nó có thể được sử dụng, giống như điện cảm, để kiểm tra tình trạng của rôto và cuộn dây khấu hao. Tuy nhiên, khi được sử dụng cùng với điện cảm, nó có thể được sử dụng để phát hiện cuộn dây quá nóng và nhiễm bẩn cuộn dây một cách nhanh chóng. Bằng cách xem mối quan hệ giữa điện cảm và trở kháng giữa mỗi pha: Nếu điện cảm và trở kháng tương đối song song, thì bất kỳ sự mất cân bằng điện cảm và trở kháng nào đều nằm trong mối quan hệ giữa rôto và stato (vị trí rôto); Nếu chúng không song song, đây là dấu hiệu của sự cố cách điện chẳng hạn như sự cố cách điện hoặc nhiễm bẩn cuộn dây.
  • Góc pha và I/F (Dòng điện/Tần số): Đây đều là những chỉ báo về lỗi cách điện giữa các vòng quay trong stato hoặc rôto.
  • Điện trở cách điện: Đánh giá cách điện với đất và sẽ chỉ cho biết khi nào cách điện bị hỏng.

Các khuyến nghị về giới hạn thử nghiệm, như được nêu trong “Hướng dẫn phân tích mạch điện cuộn dây tĩnh điện của máy quay và máy biến áp,” như sau:

Bảng 1: Giới hạn kiểm tra (giá trị từ đỉnh đến đỉnh)

Đo đạc Hạn mức
Sức chống cự 5%
trở kháng ~5%*
điện cảm ~5%*
Góc pha +/- 1
NẾU NHƯ +/- 2
Vật liệu chống điện > 100 M-Ôm

*Có thể vượt quá giá trị này nếu các phép đo song song.

Sau đây là tổng quan về các quy tắc khắc phục sự cố:

  • Cuộn dây rút ngắn:
  • Có thể đánh giá các cuộn dây bị đoản mạch bằng cách xem góc pha và số đọc I/F từ thiết bị trên các cuộn dây tương tự hoặc giữa các pha:
  • Góc pha (Fi) – Góc pha phải nằm trong 1 chữ số so với giá trị trung bình. Chẳng hạn, số đọc là 77/75/76 sẽ tốt vì số đọc trung bình là 76. Đọc 74/77/77 sẽ là xấu.
  • Đáp ứng tần số hiện tại (I/F) – Đáp ứng tần số hiện tại phải nằm trong phạm vi 2 chữ số so với giá trị trung bình. Ví dụ, giá trị đọc là –44/-45/-46 sẽ tốt. Chỉ số -40/-44/-44 sẽ rất tệ. Tuy nhiên, kết quả như -42/-44/-44 nên được coi là đáng ngờ.
  • Ô nhiễm cuộn dây và vị trí cánh quạt
  • Vị trí của rôto trong động cơ điện có thể gây mất cân bằng pha tự nhiên. Ô nhiễm cuộn dây cũng sẽ gây ra sự mất cân bằng pha. Việc đánh giá DF có thể cho biết liệu sự mất cân bằng pha có phải do rôto hay do nhiễm bẩn hay không.
  • Vị trí rôto – Có thể đánh giá sự mất cân bằng ở vị trí rôto bằng cách xem liệu các giá trị điện cảm và trở kháng có khá cân bằng hay không. Chẳng hạn, nếu có độ tự cảm 17/18/19 và trở kháng có giá trị 24/26/29, thì sự mất cân bằng là do vị trí của rôto. Đây cũng có thể là trường hợp nếu độ tự cảm là 5/5/5 và trở kháng là 8/9/8.
  • Ô nhiễm cuộn dây – Điều này cũng có thể được tìm thấy trong cuộn dây quá nóng (cháy). Những điều kiện này là kết quả của sự thay đổi cách điện do hệ thống cách điện bị hỏng.

Phần kết luận

Thông qua một tập hợp các quy tắc và hướng dẫn đơn giản, ALL-TEST IV PRO™ (nay là AT5™) cung cấp một công cụ tuyệt vời để khắc phục sự cố và xác định xu hướng tình trạng của các máy đồng bộ. Thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng các phép đo kiểm tra đơn giản, không phá hủy, cho phép xem toàn bộ mạch stato và rôto của động cơ hơn bất kỳ thử nghiệm nào khác. Đánh giá thử nghiệm đơn giản và trực tiếp, bất kể kích thước hoặc loại thiết bị.

 

Thư mục

  • Hướng dẫn phân tích mạch cuộn dây tĩnh điện tử của máy quay và máy biến áp , BJM Corp, ALL-TEST Division, 2001.
  • Penrose, Howard W. Phân tích mạch động cơ: Lý thuyết, ứng dụng và phân tích năng lượng , SUCCESS by DESIGN, 2001.