Phát hiện lỗi truyền động động cơ được điều chế độ rộng xung bằng cách sử dụng phân tích chữ ký điện

Việc sử dụng Bộ truyền động động cơ cho động cơ xoay chiều trong ngành tiếp tục phát triển và bộ truyền động Điều chế độ rộng xung (PWM) đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến cho các ứng dụng mã lực thấp đến trung bình. Giống như các thành phần khác trong hệ thống động cơ, bộ truyền động điều khiển bằng xung điện có các chế độ hỏng hóc khác nhau và để khắc phục sự cố, thợ điện thường sử dụng Đồng hồ đo đa năng kỹ thuật số (DMM), máy hiện sóng kỹ thuật số và máy phân tích chất lượng điện. Ba thiết bị này cho phép thợ điện khắc phục sự cố liên quan đến nguồn điện vào và bộ truyền động động cơ, nhưng lại có khả năng hạn chế trong việc phát hiện lỗi trong chính động cơ và tải dẫn động của động cơ. Hơn nữa, vì các công cụ này tách biệt và có thể cung cấp khả năng báo cáo hạn chế nên việc thử nghiệm cho mục đích Bảo trì dự đoán (PdM) hoặc Bảo trì dựa trên tình trạng (CBM) có thể gặp khó khăn.

Đây là lúc Phân tích Chữ ký Điện (ESA) mang lại những lợi thế khác biệt so với DMM, máy hiện sóng và máy phân tích chất lượng điện cho mục đích kiểm tra Độ tin cậy. Hơn nữa, bên cạnh việc đánh giá tình trạng nguồn điện vào và bộ truyền động động cơ, nó cũng sẽ đánh giá tình trạng của động cơ và tải dẫn động đối với nhiều chế độ hư hỏng thường gặp.

Giới thiệu về ESA

ESA là một phương pháp thử nghiệm trực tuyến trong đó các dạng sóng điện áp và dòng điện được ghi lại trong khi hệ thống động cơ đang chạy và sau đó, thông qua Biến đổi Fourier nhanh (FFT), phân tích quang phổ được thực hiện thông qua phần mềm được cung cấp. Từ FFT này, các lỗi liên quan đến nguồn điện vào, mạch điều khiển, bản thân động cơ và tải điều khiển được phát hiện và sau đó có thể được xác định xu hướng cho mục đích CBM/PdM. Dụng cụ ESA cụ thể của chúng tôi là thiết bị cầm tay, di động và hoạt động bằng pin.

Tất cả các hệ thống phân tích ESA đều yêu cầu thông tin trên bảng tên động cơ về điện áp, tốc độ chạy, dòng điện đầy tải và mã lực (hoặc kW). Ngoài ra, thông tin tùy chọn như thanh rôto và số khe stato, số bộ phận vòng bi và thông tin cho các bộ phận tải được dẫn động, chẳng hạn như số lượng cánh quạt hoặc số răng cho ứng dụng hộp số có thể được nhập để phân tích chi tiết và chính xác hơn.

Vì ESA còn mới đối với nhiều người nên dưới đây là biểu đồ minh họa các lỗi chung mà ESA phát hiện. Xem Hình 1.

Bài viết này thảo luận về ba lỗi phổ biến với bộ truyền độngPWM:

1) Một diode đầu vào mở trong cầu chỉnh lưu.

2) Hỏng tụ điện trong mạch DC trung gian.

3) Transistor lưỡng cực có cổng cách điện kém (IGBT).

Trong số ba trường hợp, tụ điện bị hỏng là khó phát hiện sớm nhất vì không có dấu hiệu tức thời nào về tình trạng này bằng cách theo dõi hiệu suất của động cơ.

Về ổ đĩa

Hình 2 minh họa các khối cơ bản của bộ truyền động động cơPWM bao gồm nguồn AC đầu vào, cầu diode toàn sóng để chỉnh lưu điện áp AC đầu vào, mạch DC trung gian chứa (các) tụ điện, cầu biến tần và động cơ.

Khi thử nghiệm với ESA, các kết nối điện áp và dòng điện được thực hiện với hệ thống động cơ đang được thử nghiệm. Điều này thường được thực hiện tại trung tâm điều khiển động cơ và các kết nối được thực hiện bằng cách sử dụng đầu dò điện áp di động và máy biến dòng di động được cung cấp hoặc bằng các hộp kết nối đặc biệt đã được lắp đặt trước đó. Ưu điểm của hộp kết nối là khả năng lấy dữ liệu mà không cần mở bảng điều khiển động cơ để thực hiện các kết nối cần thiết này.

Với các ứng dụngPWM, cần lấy hai bộ dữ liệu, một ở đầu vào của bộ điều khiểnPWM và bộ còn lại ở đầu ra của bộ điều khiểnPWM. Toàn bộ quá trình thu thập dữ liệu (sau khi thực hiện kết nối) mất khoảng 4 phút và không cần thông tin về bảng tên động cơ tại thời điểm này. Thông tin này có thể được nhập sau khi thực hiện phân tích dữ liệu.

Sau đó, các tệp dữ liệu được xem bằng phần mềm được cung cấp và báo cáo Microsoft® Word được tạo. Phần mềm cung cấp các công cụ dễ sử dụng để làm việc với các phổ phân tích khác nhau. Những phát hiện về phần mềm có thể được nhìn thấy mà không cần tạo ra báo cáo đầy đủ.

Phần mềm sẽ tự động báo cáo như sau:

Hệ số công suất, Mất cân bằng dòng điện, Mất cân bằng điện áp và điện áp RMS trên bảng tên, Tải theo bảng tên, Kết nối pha, Tình trạng rôto, Tình trạng điện và cơ học của Stator, Khe hở không khí rôto/Stator, Độ méo hài tổng (Điện áp và dòng điện), Chỉ báo sai lệch/Mất cân bằng và Chịu đựng sức khỏe.

Nó cũng báo cáo Điện áp và Hệ số đỉnh và Đỉnh hiện tại, Trở kháng pha, Công suất (Biểu kiến, Thực tế và Phản kháng), Tốc độ chạy và Tần số đường truyền. Đối với động cơ cảm ứng xoay chiều và động cơ DC nó cũng sẽ tính toán hiệu suất của động cơ.

Một người dùng có trình độ trung bình có thể thực hiện phân tích đầy đủ và tạo báo cáo trong vòng chưa đầy 10 phút cho mỗi động cơ.

Trường hợp một

Trường hợp số một là một ổ đĩa động cơ được nhận tại cơ sở dịch vụ của EMA Inc, Cortland, NY. Bộ truyền động và động cơ được chạy trên lực kế để thử nghiệm.

Hai bộ dữ liệu đã được thu thập. Đầu tiên là dạng sóng chỉ chụp ở đầu vào của ổ đĩa và sau đó là bộ thứ hai được lấy ở đầu ra của ổ đĩa. Bộ dữ liệu thứ hai bao gồm ghi lại dạng sóng điện áp và dòng điện, cộng với 50 giây dạng sóng điện áp và dòng điện.

Hình 6 thể hiện dạng sóng dòng điện tới cho pha C. Lưu ý rằng thiếu các đỉnh âm. Điều này được gây ra bởi một diode mở.

Báo cáo được tạo tự động bởi ESA xác định cả sự mất cân bằng dòng điện và độ méo hài quá mức do diode hở gây ra.

Trang đầu tiên của báo cáo này chỉ là bản tóm tắt và còn có các trang bổ sung cung cấp thông tin chi tiết cho từng tiêu đề chủ đề chính. Sự mất cân bằng pha dòng điện lớn, như được thấy ở đây, sẽ làm hỏng các bộ phận bên trong của bộ truyền độngPWM và có thể gây căng thẳng cho máy biến áp cấp nguồn cho bộ truyền động động cơ.

Trường hợp thứ hai

Trường hợp thứ hai đã được EMA tiếp nhận để sửa chữa và liên quan đến tụ điện bị lão hóa trong dãy tụ điện. Vấn đề là khi các tụ điện này bắt đầu già đi và hư hỏng, hiệu suất của động cơ sẽ không đưa ra bất kỳ dấu hiệu rõ ràng nào. Khi các tụ điện bắt đầu hỏng, dòng điện bổ sung sẽ được mang theo bởi các tụ điện tốt, tạo ra nhiệt quá mức trong các tụ điện và nhiệt bổ sung sẽ làm tăng tốc độ hỏng của các tụ điện còn lại. Những tụ điện này có lỗ thông hơi để tiêu tán áp suất quá mức bên trong, tuy nhiên những tụ điện này có thể phát nổ nếu không được thông hơi đủ nhanh. Ngoài ra, điện áp gợn sóng quá mức được cung cấp cho động cơ sẽ khiến dòng điện hài được tạo ra bởi động cơ. Những dòng điện hài này sẽ tạo ra mô-men xoắn thứ tự âm, hiệu suất động cơ kém và nhiệt độ gây hại bổ sung tích tụ bên trong động cơ.

Hình 9 thể hiện điện áp ở đầu ra của biến tần và đây là một biến tần tốt có tụ điện ở tình trạng tốt.

Trường hợp thứ ba

Trường hợp thứ ba đã được EMA tiếp nhận để sửa chữa. Dạng sóng đầu ra cho thấy IGBT (Transitor lưỡng cực có cổng cách điện) không bật. Điều này tạo ra cả sự mất cân bằng về dòng điện và biến dạng dạng sóng.

Phần kết luận

Tóm lại, DMM, máy hiện sóng và các thiết bị đo chất lượng điện cung cấp khả năng xử lý sự cố tốt cho các bộ truyền động động cơ PLC. Tuy nhiên, chúng không tích hợp tốt vào chương trình kiểm tra độ tin cậy của động cơ điện do hạn chế về thu thập và báo cáo dữ liệu. Hơn nữa, chúng cung cấp rất ít thông tin liên quan đến các vấn đề thường gặp liên quan đến động cơ và tải.

Phân tích Chữ ký Điện cho phép kỹ thuật viên tin cậy xem toàn bộ hệ thống động cơ từ nguồn điện đến cho đến tải truyền động. Với các ứng dụngPWM, việc thu thập dữ liệu chỉ mất chưa đầy 4 phút sau khi thực hiện kết nối điện áp và dòng điện. Từ quy trình kiểm tra kéo dài 4 phút này, toàn bộ 8 phân tích có thể nhanh chóng xác định các vấn đề như điốt chỉnh lưu bị hỏng, tụ điện DC kém và IGBT bị hỏng trước khi lỗi ổ đĩa hoặc động cơ khiến hệ thống động cơ bị hỏng.

Điều quan trọng cần lưu ý là trong cả ba trường hợp, động cơ vẫn có thể hoạt động, tùy thuộc vào tải và các yếu tố vận hành khác, nhưng khả năng đảm bảo hệ thống tiếp tục chạy sẽ bị ảnh hưởng. Khả năng ESA xác định sớm những lỗi này, trước khi xảy ra hư hỏng thêm cho động cơ hoặc bộ truyền động điều khiển từ xa, sẽ giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động tốn kém, tăng độ tin cậy của thiết bị và có thể ngăn ngừa thiệt hại thảm khốc cho thiết bị hoặc thương tích có thể xảy ra cho nhân viên.

Giới thiệu về tác giả

Richard Scott là Giám đốc bán hàng quốc gia và Don Haapapuro, CMRP, là Giám đốc tài khoản chính của ALL-TEST Pro, LLC. ALL-TEST Pro là nhà sản xuất thiết bị kiểm tra di động dành cho Phân tích mạch động cơ (MCA), Phân tích chữ ký điện (ESA) và Phân tích chất lượng điện (PQ) được sử dụng để kiểm tra Bảo trì dự đoán, Kiểm soát chất lượng và Khắc phục sự cố của động cơ điện, máy phát điện, máy biến áp, cuộn dây và cuộn dây. Thiết bị ALLTEST PRO® MCA giúp phát hiện sớm các lỗi điện bao gồm: lỗi cuộn dây, mất cân bằng pha, lỗi rô-to và lỗi chạm đất. Thiết bị ALL-TEST PRO® ESA và PQ cung cấp khả năng phân tích tự động từ nguồn điện vào, động cơ điện, thông qua tải truyền động, cả điện và cơ. Thiết bị cầm tay, chạy bằng pin, dễ sử dụng và sẽ kiểm tra hầu như mọi kích cỡ hoặc loại động cơ điện, máy phát điện hoặc máy biến áp, thậm chí từ một địa điểm xa. Trang web là www.alltestpro.com.

Dean Williams là Phó Chủ tịch Dịch vụ Kỹ thuật của EMA, Inc và ông làm việc tại trung tâm dịch vụ Cortland, NY. EMA bán và bảo trì các bộ truyền động động cơ, đồng thời cung cấp chương trình đào tạo để khắc phục sự cố cho bộ truyền động động cơ đúng cách. Trang web là www.emainc.net.

Microsoft® Word là Thương hiệu đã đăng ký của Tập đoàn Microsoft.

Bản quyền © 2008 ALL-TEST Pro, LLC Mọi quyền được bảo lưu