Практические примеры онлайн и оффлайн анализа электродвигателей
Три практических примера использования онлайн и оффлайн анализа электродвигателей для предотвращения катастрофических отказов. Периодическая проверка состояния позволяет избежать дорогостоящий ремонт электродвигателя. Испытания якоря электродвигателей постоянного тока, тестирование синхронных двигателей и электродвигателей с фазным ротором, анализ эксцентриситета, всё необходимое для тестирования двигателей переменного и постоянного тока есть в одном приборе EMAX. Это портативный многофункциональный тестер электродвигателей компании PdMA.
Проверка электродвигателей - термины и определения
Оффлайн и онлайн анализ в наших практических примерах используют одинаковые стандартные электрические тесты, включающие в себя Анализ кривой тока (CSA) и Анализ спектра демодулированного тока (DCSA).
- Анализ кривой тока (CSA) стал стандартным методом обнаружения сломанных стержней ротора с помощью анализа боковых полос вокруг частоты сети.
- Анализ демодулированного спектра тока (DCSA) который увеличивает шансы обнаружения сломанных стержней ротора, особенно на двухполюсных двигателях. Наш первый практический пример будет представлять собой ситуацию, в которой CSA и DCSA использовались для обнаружения сломанных стержней ротора на двухполюсном электродвигателе.
Индекс Поляризации (PI) является стандартной мерой измерения изоляции в стандарте IEEE 43-2000. PI это отношение сопротивления измеренного через десять минут, к сопротивлению, измеренному через одну минуту. Это соотношение может использоваться для того, чтобы анализировать общее состояние системы изоляции электродвигателя. В нашем втором примере мы представляем модификацию стандартного теста индекса поляризации. Отмечая на графике сопротивления, измеренные через каждые пять секунд, мы получаем график, названный Профилем Индекса Поляризации (PIP). получающийся профиль PIP может использоваться для более углубленного анализа системы изоляции, который не может быть проведен с помощью стандартного индекса поляризации.
Качество электроэнергии - это мера качества напряжения и тока, питающего двигатель или другую нагрузку. Анализируя гармоники, неуравновешенность напряжения и тока, уровень напряжения и другие характеристики тока, техник может определить, что может вызывать неприятные отключения, перекосы напряжения и другие ситуации, связанные с энергосистемой, которые мы сможем исследовать в нашем третьем примере.
Пример №1 – Сломанные стержни ротора
Спецификации электродвигателя: 3500 л.с., 2 полюса, асинхронный электродвигатель переменного тока, 4160 Вольт, 3590 об/мин.
Описание проблемы
Во время обычного измерения с помощью тестера электродвигателей EMAX было замечено, что пиковый уровень боковых полос вокруг полюсной частоты составляет 0.7419 Дб, что превышает сигнальный уровень в 0.3 Дб. (иллюстрация 1). На основании полученных данных было сделано предположение о наличии проблемы со стержнями ротора, однако, по результатам выполненного анализа вибрации, электродвигатель был исправен. Из-за этого противоречия между показаниями EMAX и результатом замера вибрации, было принято решение продолжать периодический контроль электродвигателя и следить за изменением результатов измерений во времени.
Иллюстрация 1 - демодулированный спектр тока с боковыми полосами 0.7419 Дб. вокруг полюсной частоты.
Предпринятые действия
Двигатель впоследствии периодически контролировался вплоть до 5/12/2004 г, когда он был выведен из работы. Измерения показали 1420 %-ое увеличение пикового уровня боковых полос вокруг полюсной частоты от 0.1814 Дб. при частоте вращения 3591 об/мин. 8/15/2001 до 2.5851 Дб. при частоте вращения 3592 об/мин. 5/12/2004 (иллюстрация 2). Анализ измерений показал экспоненциальное увеличение уровня вибрации на полюсной частоте за этот период времени, что обычно указывает на наличие по крайней мере одного или более сломанных стержней ротора.
Дополнительно, было зарегистрировано 275%-ое увеличение колебания нагрузки, от 0.855 % к 2.345 % (иллюстрация 2). Колебание нагрузки при нормальных условиях эксплуатации и состоянии электродвигателя должно быть постоянным от измерения к измерению. Спектр тока по данным, взятым на 5/12/2004 (иллюстрация 3) показал увеличение уровня боковых полос вокруг частоты первой гармоники, что также указывает на сломанные стержни ротора.
Иллюстрация 2 - боковых полосы уровня 2.5851 Дб. вокруг полюсной частоты при частоте вращения 3592 об/мин.
Иллюстрация 3 - Спектр тока, отцентрированный на частоте первой гармоники.
Все результаты измерений, проведенных EMAX, указали на наличие сломанного стержня ротора в электродвигателе. Двигатель демонтировали и был произведен тест RIC, который также указал на аномалию ротора (иллюстрация 4).
Иллюстрация 4 - Результаты теста проверки влияния ротора (RIC) произведенного перед разборкой электродвигателя. Обратите внимание на повторяющиеся изменения формы кривой индуктивности, которые указывают на сломанные стержни ротора.
Электродвигатель отослали в мастерскую электродвигателей, где он был разобран. Визуальный осмотр показал, что 22 из 51 стержня ротора были сломаны или треснуты (См. иллюстрацию 5).
Иллюстрация 5 - Один из сломанных стержней ротора, найденный с помощью онлайн и оффлайн контроля.
Первопричина неисправности
Было определено, что поломку и растрескивание стержней ротора вызвал дефект паяного соединения между стержнями и короткозамыкающим кольцом ротора, сделанного во время произведенного в 2001 г. ремонта.
Экономическая выгода
Стоимость восстановления электродвигателя составила 90 000 $ (ремонт 60 000 $ плюс 30 000 $ запланированное время простоя ). Если бы электродвигатель работал до отказа, то стоимость ремонта составила бы 370 000 $ (170 000 $ цена нового электродвигателя плюс 200 000 $ незапланированное время простоя). Таким образом, полные сбережения составили 280 000 $.
Практический пример №2 – Профиль индекса поляризации
На электродвигателе с вентилятором системы вытяжной вентиляции был выполнен PIP тест, результаты которого показаны на иллюстрации 6. Обратите внимание на низкую величину PI и резкий начальный рост сопротивления сравнительно с относительно низкой величиной его общего уровня. Такой результат показателен для системы изоляции, содержащей существенное количество влаги. IEEE 43-2000 рекомендует для этого двигателя. Величину сопротивления изоляции не менее 100 Мегаом и величину PI > 2.0 .
Иллюстрация 6 - Профиль Индекса Поляризации (PIP) системы изоляции, содержащей существенное количество влаги.
На иллюстрации 7 показан конденсат вокруг входа силового кабеля, который вызвал низкий общий уровень PIP и низкую величину PI.
Иллюстрация 7 – Условия, которые вызвали неприемлемый PIP.
Все кабели, компоненты, и т.д., были просушены и несколько дней спустя был произведен другой PIP тест. На иллюстрации 8 показан PIP, получившийся после просушки. Этот PIP тест показателен для электродвигателя с хорошей системой изоляции.
Иллюстрация 8 – Профиль Индекса Поляризации системы с хорошей системой изоляции.
Когда системы изоляции становятся загрязненными различными частицами, такими как грязь, углеродистая пыль, и т.д., PIP будет иметь значительное количество выбросов по всему профилю, как показано в иллюстрации 9.
Иллюстрация 9 – PIP электродвигателя с загрязненной системой изоляции.
Иллюстрация 10 показывает загрязнение на обмотке статора электродвигателя.
Иллюстрация 10 – статор электродвигателя с загрязненной различными частицами системой изоляции.
Практический пример №3 – Качество электроэнергии
Описание проблемы
Данные измерений на электродвигателе winder (лентопротяжного механизма) показали пульсации напряжения более чем 5% и ток полной нагрузки 107%, как показано на иллюстрации 11.
Иллюстрация 11 – Результаты контроля при работающем лентопротяжном механизме.
Предпринятые действия
Для определения причины возникновения пульсаций была исследована система распределения электроэнергии к MCC M4-50. Трансформатор #31 13.8 КВ на 480 Вольт, мощностью 2500 кВ*А служил источником питания для MCC M4-50.
There are eight motor line ups and five DC drives on the system. (Всего в системе было восемь сетевых источников питания линий электродвигателей и пять двигателей постоянного тока.)
Это уникально для такой системы распределения энергии. Все другие трансформаторы энергоснабжения двигателей постоянного тока поставляют энергию только двигателям постоянного тока и не используются в комбинации с двигателями переменного тока. Это предполагает, что проблемы качества энергоснабжения могут быть обусловлены непосредственно самими двигателями постоянного тока.
Иллюстрация 12 – Результаты контроля при остановленном (1/14/2014) и при работающем (1/15/2014) .лентопротяжном механизме.
Дальнейшие измерения были выполнены, для сравнения результатов при работающем и неработающем лентопротяжном механизме. Как показано на иллюстрации 12, когда лентопротяжный механизм не работал (1/14/2004), пульсации тока (THD) составляли < 2%, пульсации напряжения < 1%, ток полной нагрузки 105% номинального тока, и напряжение системы 475 Вольт. При работающем лентопротяжном механизме (1/15/2004), пульсации тока (THD) > 5%, пульсации напряжения > 7%, ток полной нагрузки 108% номинального тока, и напряжение системы упало на 21 Вольт.
Об этих проблемах качества электроэнергии сообщили менеджерам соответствующего отдела и затем сдали дело в архив. Ранее в этом году инспектор по электрооборудованию и КИП приезжал в офис диагностирования и контроля качества электрооборудования для того, чтобы запросить отчет по качеству электроэнергии MCC M4-50.
Новая микропроцессорная система крепления док-станции для загрузочного дока была куплена и команда инспектора по электрооборудованию и КИП обеспечила электропитание для контроллеров. Система была установлена продавцом и находилась на гарантии. Эта система прекрасно работала большую часть времени, но в некоторых случаях замки могли открываться и закрываться сами по себе. Группа обслуживания изготовителя контроллера вместе с их проектным инженером совершила несколько поездок на завод. Они заменили несколько электронных карт и полностью два контроллера.
Команда инспектора по электрооборудованию и КИП взяла энергоснабжение для нового потребителя от MCC M4-50. Инспектор по электрооборудованию и КИП теперь вспомнил отчет и спросил могут ли проблемы с качеством энергоснабжения по-прежнему быть связаны с питанием от M4-50.
Иллюстрация 13 – линейные фильтры были установлены на всех новых контроллерах.
После обзора отчета линейные фильтры были установленный на всех новых контроллерах как показано на иллюстрации 13. Проблема с контроллерами dock lock исчезла.
Заключение
Были представлены три практических примера: сломанные стержни ротора, профиль индекса поляризации и качество электроэнергии. Сломанные стержни ротора могут быть обнаружены используя набор онлайн и оффлайн тестирования. Тестирование онлайн включает в себя демодулирование и анализ кривой тока. Оффлайн тестирование включает в себя проверку влияния ротора, которая графически отображает сломанные стержни ротора.
В нашем втором практическом примере, модификация стандартного теста индекса поляризации обеспечила очень хороший результат при анализе состояния системы изоляции.
В нашем последнем практическом примере качество энергоснабжения использовалось для анализа системы энергоснабжения и исправления проблем с пульсациями, вызванными установкой электродвигательных приводов.
Со списком оборудования используемого для тестирования электродвигаталей можно ознакомиться у нас на сайте в разделе "Диагностика состояния электродвигателей".
