Dynamische elektromotorbewaking gebruiken om mechanische problemen te identificeren

Dynamisch testen van elektromotoren wordt vaak online testen genoemd omdat het vereist dat de motor draait en er in het algemeen van wordt uitgegaan dat de motor zich in zijn natuurlijke omgeving bevindt. Dynamisch testen omvat de aansluiting van spanningssondes en stroomtransformatoren. Het aansluiten van dynamische testapparatuur is veilig, snel en onopvallend. Gegevens worden verkregen en resultaten worden weergegeven in een samenvattingsformaat. De verzamelde gegevens worden vergeleken met de door de gebruiker ingevoerde informatie op het naambordje en worden weergegeven in een geslaagd/niet geslaagd-formaat, waarbij zowel de huidige testgegevens als de trendlogboeken worden weergegeven na elke volgende test.

De noodzaak van motortesten

Elke betrouwbaarheidstechnicus weet dat de kosten die gepaard gaan met motorstoringen verwoestend kunnen zijn voor elke bedrijfsactiviteit. Het vinden van een motor die werkt onder omstandigheden die overmatige hitte of stress veroorzaken, is een leidraad voor de technicus om veranderingen aan te brengen in de werking van de motor en om de isolatie ervan te controleren. Wetende dat een motor dreigt te falen, heeft de monteur de tijd om reparaties te plannen wanneer het hem uitkomt, in plaats van dat de motor hem dicteert vanwege een catastrofale storing. Het verminderen van ongeplande uitvaltijd en het verhogen van de efficiëntie en winstgevendheid zijn gemeenschappelijke doelen van alle betrouwbaarheidstechnici. Dynamisch testen en bewaken van motoren is een relatief nieuw concept dat de capaciteiten van degenen die verantwoordelijk zijn voor de veilige en continue werking van elektromotoren en aanverwante apparatuur, helpt en verbetert.

Wat dynamische tests u vertellen

Een motor is een onderdeel van een compleet systeem dat de kwaliteit van de inkomende netvoeding, de motor en de aangedreven belasting omvat. Veel motorproblemen worden veroorzaakt door een slechte kwaliteit van de inkomende stroom, en veel meer problemen kunnen worden toegeschreven aan de belasting en belastinggerelateerde problemen.

State-of-the-art dynamische motortestapparatuur is in staat om elektrische problemen van mechanische problemen te scheiden en om probleemgebieden met betrekking tot vermogen te definiëren. Goede testapparatuur zal een enorme hoeveelheid informatie geven over het binnenkomende vermogen, inclusief spanningsniveaus, onevenwichtigheden en harmonische inhoud. Een kleine hoeveelheid spanningsonbalans zal resulteren in een veel grotere hoeveelheid stroomonbalans en grotere verliezen in de motor. Harmonische vervorming resulteert ook in verspilde energie die oververhitting veroorzaakt, voornamelijk als gevolg van niet-sinusvormige sinusgolven. Deze problemen zijn rechtstreeks van invloed op de prestaties van een motor en het vermogen om zijn belasting aan te kunnen. Over het algemeen manifesteert een slechte stroomkwaliteit zich als een hogere hitte in de stator en rotor, waardoor de efficiëntie afneemt en uiteindelijk resulteert in voortijdige motorstoringen. Het bewaken van de stroomkwaliteit en het maken van de nodige aanpassingen zijn essentieel om de levensduur van de motor te behouden.

Naast de vermogenstoestand bieden dynamische tests uitgebreide informatie over het gedrag van de motor en bieden ze aanwijzingen voor mogelijke mechanische probleemgebieden. De testapparatuur volgt stroomniveaus en onbalansen, belastingsniveaus en koppelgerelateerde informatie. Door deze gegevens te combineren met de informatie over de netvoedingskwaliteit, kan de apparatuur declasseringsfactoren voorspellen die mogelijke probleemgebieden aangeven.

Koppel en koppelrimpel voegen nog een stukje van de puzzel toe dat nodig is voor een consistente en nauwkeurige diagnose van de gezondheid van de motor. Koppelrimpel wordt gedefinieerd als de verdeling van het maximale koppel gedeeld door het gemiddelde koppel tijdens de acquisitieperiode. De koppelrimpel zelf is een maat voor hoe klein de koppelband is die een gemiddeld koppel in stabiele toestand omringt. De koppelrimpel is onafhankelijk van de voedingstoestand en het huidige niveau. Het geeft een visueel beeld van hoe de aangedreven last presteert en is een indicator van rotorspanning.

Dynamische tests kunnen problemen met rotorbalken met een hoge mate van nauwkeurigheid identificeren, en trending-logboeken maken het volgen ervan in de loop van de tijd eenvoudig en voorspelbaar. Defecten van rotorstang en kooi resulteren in verlies van efficiëntie en hogere hitte, wat culmineert in voortijdige motorstoring.

Het meten en volgen van efficiëntie is een zeer moeilijke taak. Het bedrijfsrendement van een motor kan niet eenvoudig worden gemeten in een veldtoepassing. Veel normen hebben een aantal vereisten waaraan doorgaans alleen in een laboratoriumomgeving kan worden voldaan. Deze normen zijn meestal ook gericht op het waarborgen van een goede beschrijving van de mogelijkheden van een motor onder goede bedrijfsspanningsomstandigheden. In het veld is er echter weinig ruimte voor eisen als het afkoppelen van een motor of het regelen van het spanningsniveau voor een verzadigingsloop. Vragen met betrekking tot de mogelijkheden van een bepaalde motor blijken van ondergeschikt belang in vergelijking met het bedrijfsrendement onder de gegeven omstandigheden in het veld. Het resultaat van een dergelijke omgeving is dat echte efficiëntie niet haalbaar is.

Bedrijfsefficiëntie is echter van cruciaal belang voor een energiebewust beheer. De vereisten voor een echte meting van het bedrijfsrendement in een veldomgeving zijn ruim en onrealistisch (zoals het installeren van koppelomvormers op de as van de motor en het meten van het ingangsvermogen naar de motor op de motorklemmen, vaak bij hoge spanningsniveaus). In plaats van echte efficiëntiemeting, wordt efficiëntieschatting de enige veldvriendelijke benadering voor energiebeheer. Het verschil tussen het meten van het bedrijfsrendement en het schatten van het bedrijfsrendement is dat de eerste probeert de ware bedrijfsefficiëntie te vinden via directe meting, terwijl de laatste een kleine mate van onnauwkeurigheid accepteert voor een aanzienlijk grotere gebruiksvriendelijkheid.

Casestudy's

In een gecontroleerd laboratoriumexperiment werden trillingsanalyse en dynamische gegevens verkregen op een nieuwe motor van 5 pk en 460 volt. De motor is gedemonteerd en de buitenste loopring van het lager aan de aandrijfzijde is opzettelijk beschadigd (Figuur 1).

Afbeelding 1

De motor werd weer in elkaar gezet en er werden nieuwe gegevens verzameld. De algemene formule die bij trillingsanalyse wordt gebruikt, werd toegepast op de verkregen gegevens en de resultaten werden zowel op de trillingsspectra als op de koppelspectra geplaatst.

De resulterende berekeningen concludeerden dat het buitenste race-defect zou moeten verschijnen bij 107 Hz met zijbanden gerelateerd aan de motorsnelheid in de trillingsspectra en tweemaal de fundamentele frequentie in de koppelspectra (figuren 2 en 3). Het buitenste race-defect met zijn zijbanden was veel gemakkelijker te bepalen in de dynamisch verkregen gegevens dan de trillingsspectra.

Afbeelding 2. Trillingsspectra

Afbeelding 3. Gedemoduleerde koppelspectra

Problemen met rotorbalk

In een ander laboratorium-gecontroleerd onderzoek werd een motor van 1 pk die onder volledige belasting op een kleine dynamometer liep, grondig getest met de dynamische tester. De resultaten werden vervolgens opgeslagen en geanalyseerd. De rotor werd verwijderd en een gat van 5/8 inch werd door een rotorstaaf geboord, waardoor deze volledig werd doorgesneden. De motor werd onder identieke omstandigheden gemonteerd en opnieuw getest. Nogmaals, de resultaten werden opgeslagen en vervolgens vergeleken met de originele gegevens (Figuur 4 en 5).

Afbeelding 4

Afbeelding 5

De gebroken rotorstaaf werd duidelijk gedefinieerd in de huidige handtekeninganalyse zonder enige moeite of intensieve diagnose.

Cavitatie

Bij een grote elektriciteitscentrale in North Carolina merkten monteurs dat een van de drie pompen met 15.000 pk een lager debiet ontwikkelde dan de andere twee. De monteurs gaven de motor de schuld, terwijl de elektriciens volhielden dat de pomp in gebreke was gebleven. Dynamische elektrische gegevens werden verzameld en geanalyseerd. Afbeelding 6 toont de resulterende koppelrimpels.

Afbeelding 6

Eén pomp vertoonde de grote variaties in de koppelrimpel, terwijl de twee pompen die normaal werkten de kleinere koppelsignatuur hadden. Als resultaat van deze test werd een duiker de put in gestuurd en ontdekte dat de bouten op een eindbel waren weggeroest, waardoor de fluit die het water in de pomp leidde eraf viel. Deze situatie zorgde ervoor dat de pomp water buiten de pomp circuleerde en cavitatie veroorzaakte. Bouten op de andere pompen waren ook aan vervanging toe en zouden in de nabije toekomst stuk zijn gegaan. De uitvaltijd die nodig was om de reparaties uit te voeren, kostte de faciliteit enkele miljoenen dollars, maar de verhoogde productiviteit na de reparaties compenseerde die kosten gemakkelijk.

Kortom, dynamische motortesten en de ultramoderne apparatuur die tegenwoordig beschikbaar is, worden in snel tempo de instrumenten bij uitstek voor betrouwbaarheidstechnici over de hele wereld. De technologie is vrij jong en nieuwe innovaties breiden de mogelijkheden en horizon voortdurend uit.