Ưu điểm kiểm tra động cơ DC bằng cách sử dụng phân tích mạch động cơ

Thử nghiệm điện của động cơ điện một chiều (DC) là một thách thức trong các trung tâm công nghiệp, sản xuất và sửa chữa. Vấn đề chính liên quan đến khả năng so sánh cuộn dây này với cuộn dây tiếp theo, nếu thông tin chính xác không được cung cấp. Trong bài viết này, vấn đề về các thử nghiệm đơn giản để tăng độ tin cậy của kết luận thử nghiệm và phân tích bằng cách sử dụng Phân tích mạch động cơ (MCA) sẽ được thảo luận.

Thuật ngữ MCA bắt nguồn từ một phương pháp thử nghiệm cung cấp thông tin về các thành phần cơ bản của động cơ điện AC hoặc DC. Những thành phần cơ bản này bao gồm:

• Điện trở, đo bằng Ohm
• Trở kháng, đo bằng Ohms
• Độ tự cảm, đo bằng Henries
• Góc pha của cuộn dây cảm ứng, được đo bằng độ
• Điện trở cách điện, được đo bằng Meg-Ohms

Thiết bị sẽ được đề cập trong bài viết này cung cấp các số đọc này bằng cách tạo ra điện áp thấp, sóng hình sin thực, dòng điện xoay chiều (trở kháng, độ tự cảm, góc pha), tín hiệu ở tần số từ 100 đến 800 hertz, tín hiệu DC điện áp thấp cho điện trở, và 500 hoặc 1.000 volt DC để kiểm tra điện trở cách điện.

Ngoài ra, một thử nghiệm đặc biệt gọi là I/F được thực hiện trong đó tần số áp dụng được tăng gấp đôi và tỷ số là kết quả của sự thay đổi trở kháng cuộn dây. Thử nghiệm này được đưa ra để xác định hiện tượng đoản mạch sớm có thể tồn tại trong cuộn dây. Sử dụng dữ liệu được áp dụng, tình trạng của cuộn dây động cơ DC có thể được đánh giá thông qua so sánh cuộn dây, so sánh với số đọc đã biết hoặc bằng cách thay đổi xu hướng đối với cuộn dây trong một khoảng thời gian.

Các động cơ điện DC sẽ được đề cập trong bài viết này là động cơ DC nối tiếp, động cơ shunt và động cơ DC hỗn hợp. Một số thử nghiệm cơ bản được mô tả có thể được thực hiện trên nam châm vĩnh cửu, động cơ servo DC, máy công cụ DC và các thử nghiệm khác (mặc dù động cơ DC không chổi than được đánh giá theo cách tương tự như động cơ AC). Các loại động cơ điện DC có thể được mô tả bằng cuộn dây và kết nối của chúng.

Lý thuyết động cơ DC

Động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc cơ bản của điện: tương tác giữa hai từ trường đặt lệch nhau một góc sẽ hút/đẩy nhau dẫn đến chuyển động. Trong trường hợp động cơ điện DC, nguồn điện được cung cấp cho trường stato và phần ứng tạo ra từ trường lệch nhau khoảng 90 độ về mặt điện. Kết quả là lực hút/đẩy của phần ứng từ trường tạo ra một mô-men xoắn và phần ứng quay.

Các bộ phận cơ bản của động cơ điện một chiều bao gồm:

• Khung – Tạo nên cấu trúc bên ngoài của máy. Nó được sử dụng để gắn hầu hết các thành phần khác của động cơ
• Trường – Đây là những cuộn dây được gắn trên các mảnh cực trường tạo ra từ trường đứng yên.
• Nội cực – Đây là các cuộn dây được đặt giữa các cuộn dây trường tạo ra một trường được sử dụng để ngăn chặn sự phát ra tia lửa điện quá mức của chổi than.
• Tấm chắn cuối – Còn được gọi là vỏ ổ trục, được sử dụng để chứa chổi than, khung chổi than và để chứa ổ trục, giữ phần ứng ở giữa khung.
• Gian lận chổi than – Giữ và định vị chổi than phía trên cổ góp phần ứng. Thông thường, một thiết bị căng được sử dụng để duy trì áp suất không đổi lên bàn chải.
• Bàn chải – Chúng được sử dụng để cung cấp DC cho phần ứng. Các bàn chải đi trên cổ góp.
• Cổ góp – Gồm nhiều thanh đồng được ngăn cách nhau bằng mica. Mỗi thanh được nối với các cuộn dây trong phần ứng.
• Phần ứng – Đây là phần quay của động cơ có chứa cuộn dây.

Không giống như hầu hết các động cơ AC, động cơ DC yêu cầu cung cấp nguồn riêng cho cả trường và phần ứng. DC cung cấp cho các trường stato tạo ra một tập hợp các trường Bắc và Nam không đổi. DC cung cấp cho phần ứng tạo ra các trường Bắc và Nam lệch 90 độ so với trường tĩnh.

Khi phần ứng tạo ra mô-men xoắn và di chuyển về phía cực Bắc hoặc cực Nam thích hợp, chổi than sẽ thay đổi vị trí trên cổ góp, cung cấp năng lượng cho một bộ cuộn dây khác cách trường tĩnh 90 độ điện. Điều này thực sự làm cho phần ứng trở thành một thành phần Dòng điện xoay chiều vì dòng điện sẽ di chuyển theo một hướng, dựa trên vị trí của chổi than, sau đó theo hướng khác khi động cơ hoạt động.

Chổi than được đặt ở vị trí sao cho chúng “trung hòa” về điện (không có dòng điện cảm ứng từ trường stato) để giảm phát tia lửa điện. Trong hầu hết các kết nối động cơ DC, bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, tốc độ hoạt động có thể thay đổi. Một mối nguy hiểm chung vốn có ở động cơ DC là nếu dòng điện kích từ bị mất trong khi dòng điện phần ứng được duy trì, động cơ có thể ngừng hoạt động và tốc độ tăng lên cho đến khi phần ứng tự hủy.

Ba loại dây quấn cơ bản có thể dùng để nhận biết loại động cơ điện một chiều bao gồm:

• Sê-ri: Thường thấy trong các ứng dụng cần mô-men xoắn khởi động cao. Chúng bao gồm một tập hợp các cuộn dây trường bằng dây lớn và tương đối ít vòng, được đánh dấu S1 và S2, được mắc nối tiếp với các cực và phần ứng, được đánh dấu A1 và A2 (Xem Hình 1). Động cơ nối tiếp thường được sử dụng làm động cơ kéo và có điện trở cơ bản rất thấp.
• Shunt : Thường thấy trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ không đổi. Chúng bao gồm một tập hợp các cuộn dây kích từ nhỏ hơn có nhiều vòng, được đánh dấu F1 và F2 cho điện áp đơn và F1, F2, F3 và F4 cho điện áp kép, và A1 và A2 cho các cực nội và phần ứng (Xem Hình 2). Động cơ nối song song thường được sử dụng làm động cơ cần cẩu và máy công cụ và có điện trở cơ bản tương đối cao.
• Hợp chất : Kết hợp các lợi ích của cả động cơ nối tiếp và động cơ quấn song song. Chúng cung cấp một mô-men xoắn tương đối cao với khả năng chống cơ bản đối với sự thay đổi tốc độ vận hành. Các kết nối kết hợp cả kết nối nối tiếp và nối song song (Xem Hình 3). Động cơ hỗn hợp là phổ biến nhất và thường được tìm thấy trong sản xuất công nghiệp.

Như có thể thấy, có rất ít cuộn dây để so sánh với nhau trong một máy DC được lắp ráp. Tuy nhiên, có thể xây dựng các quy trình để thử nghiệm cuộn dây mang lại kết quả thử nghiệm có độ tin cậy cao.

Các lỗi điện động cơ DC phổ biến

Có một số lỗi điện động cơ DC phổ biến trong đó phổ biến nhất sẽ được mô tả ở đây. Đây là kết quả của các vấn đề cụ thể đối với thiết kế động cơ DC do nhiệt độ, ma sát và các chất gây ô nhiễm bên trong như carbon hoặc than chì.

Một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra lỗi cuộn dây trong động cơ DC là cuộn dây bị nhiễm bẩn từ bụi cacbon hoặc than chì (cacbon) từ chổi than. Bột mịn thấm vào tất cả các cuộn dây đứng yên và quay và sẽ tạo ra một đường dẫn giữa các dây dẫn hoặc giữa các dây dẫn với mặt đất. Carbon thường bị giữ lại và các vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn thông qua các hoạt động làm sạch và bảo trì khi carbon được thổi bằng khí nén hoặc phần ứng được làm sạch và nung. Trong cả hai trường hợp, carbon có thể bị nén chặt ở các góc, thường là ngay phía sau cổ góp. Điều này sẽ kết thúc dưới dạng lỗi chạm đất hoặc ngắn mạch ngay tại kết nối cổ góp.

Một lỗi phổ biến khác thường không được xem xét là vấn đề làm mát máy DC. Điều này có thể xảy ra do các đường dẫn làm mát bị chặn, phần ứng quay quá chậm mà không được làm mát bổ sung hoặc do bộ lọc bẩn (lỗi phổ biến nhất liên quan đến làm mát). Nhiệt độ là kẻ thù lớn nhất của thiết bị điện, đặc biệt là hệ thống cách điện, mà cứ tăng 10 độ C thì tuổi thọ sẽ giảm đi một nửa (quy tắc ngón tay cái được chấp nhận). Khi lớp cách điện yếu đi, độ tin cậy của nó giảm xuống cho đến khi xảy ra lỗi cuộn dây giữa các lượt. Ngoài việc hệ thống cách điện xuống cấp, chổi than cũng xuống cấp nhanh hơn, gây ra hiện tượng mài mòn cổ góp nhiều hơn và gây ô nhiễm carbon thêm cho cuộn dây.

Một lỗi khác liên quan đến nhiệt được tạo ra từ các thực hành có các trường được cung cấp năng lượng khi phần ứng ở trạng thái nghỉ (khử năng lượng). Đây là một chế độ hoạt động phổ biến yêu cầu một quạt gió riêng để làm mát cho động cơ thường có các bộ lọc phải được giữ sạch. Loại lỗi này thường dẫn đến chập mạch cuộn dây shunt, làm giảm khả năng tạo ra mô-men xoắn của động cơ và có thể dẫn đến tình trạng nguy hiểm là chạy quá tốc độ phần ứng nếu không được bảo trì đúng cách.

Bộ chuyển mạch cũng tạo cơ hội cho các lỗi, cũng như một chỉ báo về hoạt động và tình trạng của động cơ. Một động cơ DC hoạt động đúng cách sẽ có lớp tráng men carbon mịn trên cổ góp với các thanh trông đồng nhất. Các thanh cổ góp bị cháy, kính có sọc, carbon nặng hoặc tình trạng cổ góp quá nóng cho thấy các vấn đề tiềm ẩn cần được giải quyết.

Kiểm tra phần ứng

Phần ứng DC là thành phần tốn nhiều thời gian nhất nhưng dễ kiểm tra nhất. Có ba phương pháp cơ bản sẽ được giới thiệu: xu hướng; lắp ráp; và, tháo rời. Trong trường hợp có xu hướng, tất cả các phép đo đều được sử dụng, tuy nhiên, trong trường hợp thử nghiệm lắp ráp và tháo rời, phép đo trở kháng giữa các thanh sẽ được sử dụng. Trở kháng được xem vì phần ứng là một thành phần AC và các phép đo điện trở đơn giản có thể bỏ sót một số lỗi bao gồm đoản mạch và nối đất. Xu hướng sẽ được xem xét trong một quy trình xu hướng chung cho động cơ DC ở phần sau của bài viết này.

Khi thử nghiệm phần ứng động cơ DC đã lắp ráp, phương pháp tốt nhất là thực hiện cái thường được gọi là thử nghiệm từ thanh này sang thanh khác bằng cách sử dụng chổi than của động cơ. Trong trường hợp động cơ DC có hai chổi than, không cần nâng chổi than nào, trong trường hợp động cơ DC có bốn bộ chổi than trở lên, cần nâng tất cả trừ hai bộ cách nhau 90 độ , đưa chúng ra khỏi mạch thử nghiệm. Đảm bảo duy trì tiếp xúc tốt trên cổ góp bằng cách đảm bảo rằng hơn 90% chổi than tiếp xúc với các thanh cổ góp và thanh cổ góp sạch sẽ. Nếu chúng không sạch, hãy đánh bóng phần ứng một cách nhẹ nhàng, sử dụng phương pháp đã được phê duyệt trước khi thử nghiệm. Nếu cổ góp bị mòn quá mức, nó sẽ cần phải được tháo rời và cổ góp “quay và cắt xén”, trong trường hợp đó, thử nghiệm thanh-thanh được tháo rời sẽ thích hợp. Sau khi thiết lập, đánh dấu vị trí của một thanh trên cổ góp, sau đó đưa thanh đến vị trí mà nó nằm ngay dưới cạnh đầu của một trong các chổi than. Trong bài kiểm tra đã lắp ráp, có thể bạn sẽ phủ ít nhất một thanh rưỡi bằng bàn chải. Thực hiện kiểm tra trở kháng, đánh dấu số đọc và di chuyển phần ứng sao cho cạnh đầu của chổi than nằm trên thanh cổ góp tiếp theo. Thực hiện lần đọc trở kháng tiếp theo và tiếp tục cho đến khi từng thanh được kiểm tra. Một kết quả tốt sẽ cho thấy một mẫu nhất quán, trong khi một mẫu không nhất quán sẽ xác định phần ứng kém.

Thử nghiệm thanh-to-bar đã tháo rời tương tự như thử nghiệm đã lắp ráp, chỉ khác là phần ứng nằm ngoài khung và người thử nghiệm có toàn quyền truy cập vào cổ góp. Trong trường hợp này, người thử nghiệm sẽ sử dụng thiết bị cố định phần ứng hoặc dây dẫn thử nghiệm để kết nối từ thanh này sang thanh khác. Khoảng cách giữa mỗi lần đọc trở kháng phải không đổi và cách nhau khoảng 90 đến 180 độ. Thanh đầu tiên phải được đánh dấu và quá trình thử nghiệm tiếp tục cho đến khi một chân của thiết bị thử nghiệm hoặc dây dẫn thử nghiệm đã quay được 360 độ xung quanh cổ góp. Đánh dấu trở kháng cho từng bài kiểm tra bar-to-bar, sau đó xem xét để đảm bảo rằng có một mẫu nhất quán.

Thử nghiệm động cơ hàng loạt

Các động cơ điện nối tiếp rất khó khắc phục sự cố vì chúng không cung cấp các bộ trường để so sánh. Các bài đọc có thể được thực hiện từ S1 đến S2 và A1 đến A2 sau đó có xu hướng theo thời gian hoặc so sánh với các máy tương tự khác.

Khi xác định xu hướng của số đọc theo thời gian, số đọc điện trở đơn giản phải được hiệu chỉnh theo nhiệt độ, thường tương ứng với 25 ^o C. Trở kháng và Điện cảm thường có sự thay đổi hạn chế do nhiệt độ trong khi góc pha và số đọc I/F sẽ không đổi, bất kể nhiệt độ. Các biến thể trong I/F và góc pha sẽ biểu thị các vòng bị ngắn, trong khi các thay đổi về Trở kháng và Điện cảm thường sẽ biểu thị các cuộn dây bẩn.

So sánh giống như động cơ sẽ yêu cầu thông tin bổ sung. Người vận hành sẽ phải đảm bảo rằng động cơ là của cùng một nhà sản xuất và thiết kế, cũng như tốc độ, công suất, v.v. Động cơ “kiểu mẫu” phải mới hoặc được chế tạo lại theo thông số kỹ thuật ban đầu của nhà sản xuất. Khi thực hiện các số đọc so sánh, nhiệt độ thử nghiệm phải giống nhau giữa các động cơ, tuy nhiên, các số đọc I/F và góc pha có thể được so sánh trực tiếp. Các số đọc này không được thay đổi nhiều hơn +/- 2 điểm đối với I/F và +/- 1 độ đối với góc pha. Một lỗi phổ biến khi chế tạo lại cuộn dây kích từ nối tiếp, mặc dù ít phổ biến hơn cuộn dây shunt, là thay thế kích thước dây không chính xác, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng tạo ra mô-men xoắn của động cơ.

Kiểm tra động cơ shunt

Động cơ song song điện áp kép cung cấp khả năng so sánh hai bộ cuộn dây trong khi động cơ điện áp đơn sẽ có quy trình thử nghiệm giống như thử nghiệm cuộn dây động cơ nối tiếp, sử dụng F1 đến F2 thay vì S1 đến S2.

Với điện áp kép, các cuộn dây song song được dán nhãn F1 đến F2 và F3 đến F4 cho phép nhà phân tích kiểm tra và so sánh hai bộ cuộn dây này.

Khi kiểm tra và khắc phục sự cố các số đọc theo thời gian, các số đọc điện trở đơn giản phải được hiệu chỉnh theo nhiệt độ, thường tương ứng với 25 ^o C. Trở kháng và Điện cảm sẽ thay đổi nhiều hơn so với động cơ quấn nối tiếp do điện trở đơn giản của mạch cao hơn. Góc pha và I/F sẽ không đổi, trong khoảng 1 đến 2 điểm, bất kể nhiệt độ. Các biến thể trong I/F và góc pha sẽ biểu thị các vòng bị ngắn, trong khi các thay đổi về Trở kháng và Điện cảm thường sẽ biểu thị các cuộn dây bẩn. So sánh giữa F1 với F2 và F3 với F4 phải nhỏ hơn 3% về điện trở, độ tự cảm và trở kháng và không chênh lệch quá 1 điểm về I/F hoặc góc pha.

Động cơ tương tự có thể được kiểm tra và so sánh giống như động cơ quấn nối tiếp. Khi có thể, các động cơ nên được thử nghiệm, khi đọc xu hướng, ở cùng nhiệt độ với các thử nghiệm trước đó. Chẳng hạn, trong vòng vài phút sau khi tắt thiết bị đang vận hành hoặc trước khi khởi động thiết bị, điều này cho phép thực hiện các thử nghiệm ở cùng nhiệt độ.

Thử nghiệm động cơ DC tổng hợp

Thử nghiệm tại chỗ, định hướng và khắc phục sự cố đơn giản hơn nhiều với động cơ hỗn hợp. Động cơ hỗn hợp điện áp đơn thường được dán nhãn A1 đến A2, S1 đến S2 và F1 đến F2, và động cơ hỗn hợp điện áp kép thường được dán nhãn A1 đến A2, S1 đến S2, F1 đến F2 và F3 đến F4. Một điểm bổ sung quan trọng đối với động cơ quấn hỗn hợp là cuộn dây nối tiếp thường được quấn trên đầu cuộn dây song song, cho phép có thể xảy ra sự cố giữa hai cuộn dây này.

Xu hướng một động cơ hỗn hợp, các bài kiểm tra thường được thực hiện từ các đầu nối ổ đĩa DC. Các thử nghiệm MCA tiêu chuẩn sử dụng ALL-TEST bao gồm các tín hiệu có điện áp thấp, tần số cao hơn sẽ không gây hại cho các thiết bị điện tử đầu ra của thiết bị, giúp giảm nhu cầu ngắt kết nối dây dẫn khỏi biến tần trong khi thử nghiệm. Tuy nhiên, nếu nhà phân tích muốn kiểm tra điện trở cách điện giữa các cuộn nối tiếp và cuộn song song, thì các dây dẫn phải được ngắt khỏi biến tần. Khi có xu hướng từ ổ đĩa DC, hãy kiểm tra A1 đến S2 và hai dây dẫn trường, sau đó thực hiện kiểm tra điện trở cách điện 500 Vôn giữa dây dẫn S2 và F1 và so sánh với các thử nghiệm trước đó hoặc các động cơ tương tự, trong cả hai trường hợp, số đọc điện trở cách điện phải duy trì trên 100 Meg-Ohms.

Thiết bị ALL-TEST cho phép máy phân tích ngay lập tức so sánh các số đọc trước đây với hiện tại dưới dạng kiểm tra nhanh cho phép máy phân tích đưa ra quyết định nhanh chóng để kiểm tra thêm các cuộn dây. Như đã đề cập trong kỹ thuật kiểm tra động cơ nối tiếp và động cơ song song, số đọc I/F và góc pha không được thay đổi nhiều hơn 1 điểm giữa các lần kiểm tra, tuy nhiên, theo thời gian, cuộn dây nối tiếp và cuộn dây kích từ sẽ thay đổi đáng kể so với nhau.

Việc khắc phục sự cố động cơ hỗn hợp nên được thực hiện tại chính động cơ đó. Ngắt kết nối tất cả các dây dẫn động cơ và tách chúng ra. Kiểm tra cuộn dây nối tiếp và cuộn dây trường như được nêu trong hướng dẫn cuộn dây nối tiếp và cuộn dây song song, sau đó thực hiện kiểm tra điện trở cách điện giữa cuộn dây nối tiếp và cuộn dây song song, điện trở cách điện phải lớn hơn 100 Meg-Ohms.

Ghi chú kiểm tra động cơ MCA DC

Một số điểm chính có thể được thực hiện bằng thử nghiệm MCA trên bất kỳ loại động cơ DC nào:

1. Bất kỳ giá trị I/F nào nằm ngoài phạm vi từ –15 đến –50, chẳng hạn như -56, đều biểu thị lỗi cuộn dây.
2. Nếu thử nghiệm cho thấy điện trở vô hạn giữa các dây dẫn của cùng một mạch cho thấy cuộn dây hở.
3. Sự gia tăng điện trở đơn giản giữa các lần kiểm tra, khi được điều chỉnh theo nhiệt độ, cho thấy kết nối bị lỏng, đặc biệt khi số đọc trở kháng và điện cảm thay đổi. Điện trở đơn giản giảm, khi được điều chỉnh theo nhiệt độ, có thể biểu thị sự đoản mạch, thường đi kèm với những thay đổi về trở kháng, độ tự cảm, góc pha và I/F.
4. Khi thử nghiệm các động cơ như vậy, I/F và góc pha không được thay đổi quá 2 điểm, bất kỳ sự khác biệt nào lớn hơn mức này sẽ dẫn đến một phân tích đầy đủ.
5. Những thay đổi khi kiểm tra qua mạch phần ứng sẽ dẫn đến việc kiểm tra từng thanh một.

Bằng cách làm theo các hướng dẫn đơn giản này, sử dụng thiết bị MCA, sẽ cho phép bạn phát hiện sớm các lỗi trước khi thiết bị gặp sự cố trong quá trình vận hành. Nếu thực hiện các kiểm tra như một phần của chương trình bảo trì dự đoán, thì khoảng thời gian ít nhất phải là những khoảng thời gian được nêu trong Bảng 1.

Bảng 1: Tần suất kiểm tra động cơ DC

Các thử nghiệm bảo trì chung là những thử nghiệm không có xu hướng theo thời gian. Thường đi kèm với rung động, bôi trơn ổ trục, kiểm tra cổ góp và kiểm tra chổi than. Kiểm tra bảo trì dự đoán thường liên quan đến việc đọc xu hướng theo thời gian nhằm phát hiện các lỗi tiềm ẩn, sau đó xác định thời điểm tốt nhất để tháo động cơ để bảo trì khắc phục. Sau khi phát hiện ra lỗi tiềm ẩn, tần suất kiểm tra sẽ tăng lên cho đến khi xác định được rằng cần phải loại bỏ động cơ. Kiểm tra phần ứng hoàn chỉnh nên được thực hiện kết hợp với kiểm tra bảo trì chung hoặc bảo trì dự đoán do ứng suất cao ở cổ góp và ô nhiễm cacbon.

Phần kết luận

Kiểm tra điện chung của động cơ điện một chiều được thực hiện dễ dàng hơn nhiều với các kỹ thuật mới có sẵn với phân tích mạch động cơ tĩnh. Lần đầu tiên, các lỗi rẽ sớm có thể được phát hiện trong các cuộn dây nối tiếp, song song và phần ứng trước khi chúng ngừng hoạt động của thiết bị. Các thử nghiệm bảo trì dự đoán có thể được thực hiện từ biến tần với các thử nghiệm khắc phục sự cố được thực hiện tại động cơ. Nói chung, các thử nghiệm tương đối nhanh, cần ít hơn năm phút cho mỗi động cơ để thử nghiệm bảo trì dự đoán, với thời gian bổ sung cần thiết để khắc phục sự cố. Nhìn chung, kiểm tra MCA cải thiện đáng kể việc kiểm tra động cơ DC so với các phương pháp kiểm tra tính liên tục truyền thống.

Giới thiệu về tác giả

Tiến sĩ Howard W. Penrose, Ph.D. có hơn 15 năm trong ngành sửa chữa động cơ điện và động cơ điện. Bắt đầu với tư cách là một thợ sửa chữa động cơ điện trong Hải quân Hoa Kỳ để phục vụ tại hiện trường và đánh giá các loại thiết bị quay từ nhỏ đến lớn, với tư cách là Kỹ sư trưởng của một cửa hàng sửa chữa động cơ lớn ở Trung Tây. Tiến sĩ Penrose đã trực tiếp tham gia vào việc quấn lại, đào tạo và khắc phục sự cố AC, DC, rôto quấn dây, đồng bộ, máy công cụ và thiết bị chuyên dụng. Các nghiên cứu sâu hơn của ông liên quan đến động cơ điện và độ tin cậy trong công nghiệp, phương pháp thử nghiệm, hiệu quả năng lượng và tác động bảo trì đối với sản xuất. Tiến sĩ Penrose từng là Chủ tịch của Chi nhánh Chicago của IEEE, từng là Chủ tịch của Hiệp hội Điện môi và Cách điện của IEEE Chicago, Thành viên chuyên nghiệp của Hiệp hội Cuộn dây và Cuộn dây Sản xuất Điện, Chuyên gia MotorMaster được Bộ Năng lượng Hoa Kỳ chứng nhận, Rung động Nhà phân tích, Nhà phân tích hồng ngoại và Nhà phân tích mạch động cơ.