Использование динамического мониторинга электродвигателя для выявления механических проблем

Динамическое испытание электродвигателя часто называют он-лайн испытанием, потому что оно требует, чтобы электродвигатель работал, и обычно предполагает, что электродвигатель находится в своей естественной среде. Динамическое испытание предполагает подключение датчиков напряжения и трансформаторов тока. Подключение оборудования для динамических испытаний является безопасным, быстрым и незаметным. Данные собираются, и результаты отображаются в сводном формате. Собранные данные сравниваются с информацией, введенной пользователем на паспортной табличке, и представляются в формате годен / не годен с отображением как текущих тестовых данных, так и журналов тенденций после каждого последующего теста.

Необходимость моторных испытаний

Каждый специалист по надежности знает, что затраты, связанные с отказом двигателя, могут быть разрушительными для любой бизнес-операции. Обнаружение того, что двигатель работает в условиях, вызывающих чрезмерное нагревание или напряжение, является руководством для техника по внесению изменений в работу двигателя и контролю его изоляции. Знание того, что двигателю грозит неминуемая опасность выхода из строя, дает техническому специалисту время для планирования ремонта в удобное для него время, вместо того, чтобы заставлять двигатель диктовать ему указания из-за катастрофического отказа. Сокращение внеплановых простоев при одновременном повышении эффективности и прибыльности - общие цели всех специалистов по надежности. Динамическое тестирование и мониторинг двигателей - это относительно новая концепция, которая помогает и расширяет возможности лиц, ответственных за безопасную и непрерывную работу электродвигателей и связанного с ними оборудования.

О чем вам говорит динамическое тестирование

Двигатель - это часть полной системы, которая включает качество входящей энергии, двигатель и управляемую нагрузку. Многие проблемы с двигателем возникают из-за низкого качества входящей мощности, и многие другие проблемы могут быть связаны с нагрузкой и проблемами, связанными с нагрузкой.

Современное оборудование для динамических испытаний двигателей способно отделить электрические проблемы от механических, а также определить проблемные области, связанные с питанием. Хорошее испытательное оборудование предоставит огромное количество информации о входящей мощности, включая уровни напряжения, дисбалансы и содержание гармоник. Небольшой дисбаланс напряжений приведет к гораздо большему дисбалансу токов и увеличит потери в двигателе. Гармонические искажения также приводят к потере энергии, вызывая перегрев, в основном из-за несинусоидальных синусоидальных волн. Эти проблемы напрямую влияют на производительность двигателя и его способность выдерживать нагрузку. В целом, низкое качество электроэнергии проявляется в повышенном нагреве статора и ротора, что снижает эффективность и, в конечном итоге, приводит к преждевременным отказам двигателя. Мониторинг качества электроэнергии и внесение необходимых регулировок необходимы для поддержания долговечности двигателя.

Помимо состояния питания, динамическое тестирование предоставляет обширную информацию о поведении двигателя и свидетельствует о возможных механических проблемных областях. Испытательное оборудование отслеживает уровни тока и дисбаланса, уровни нагрузки и информацию, связанную с крутящим моментом. Комбинируя эти данные с информацией о качестве электроэнергии, оборудование может прогнозировать факторы снижения номинальных характеристик, которые указывают на потенциальные проблемные области.

Крутящий момент и пульсации крутящего момента добавляют еще один фрагмент головоломки, необходимый для последовательной и точной диагностики состояния двигателя. Пульсация крутящего момента определяется как деление максимального крутящего момента на средний крутящий момент в течение периода сбора данных. Пульсация крутящего момента сама по себе является мерой того, насколько мала полоса крутящего момента, которая окружает средний крутящий момент в установившемся режиме. Пульсация крутящего момента не зависит от режима питания и уровня тока. Он позволяет визуально наблюдать за работой ведомой нагрузки и является индикатором напряжения ротора.

Динамическое тестирование позволяет с высокой степенью точности выявлять проблемы с стержнем ротора, а журналы трендов позволяют легко и предсказуемо отслеживать их во времени. Дефекты стержня и обоймы ротора приводят к снижению эффективности и повышенному нагреву, что приводит к преждевременному отказу двигателя.

Измерение и отслеживание эффективности - очень сложная задача. Эффективность работы двигателя нелегко измерить в полевых условиях. Многие стандарты содержат ряд требований, которые обычно можно выполнить только в лабораторных условиях. Эти стандарты также обычно концентрируются на обеспечении надлежащего описания возможностей двигателя в условиях хорошего рабочего напряжения. Однако в полевых условиях мало места для таких требований, как отсоединение двигателя или регулировка уровня напряжения для режима насыщения. Вопросы, касающиеся возможностей конкретного двигателя, оказываются второстепенными по сравнению с эксплуатационной эффективностью в данных условиях в полевых условиях. Результатом такой среды является то, что получить истинную эффективность невозможно.

Однако операционная эффективность имеет решающее значение для управления, заботящегося об энергии. Требования к истинному измерению эффективности работы в полевых условиях обширны и нереалистичны (например, установка датчиков крутящего момента на валу двигателя и измерение входной мощности двигателя на клеммах двигателя, часто при высоких уровнях напряжения). Вместо истинного измерения эффективности оценка эффективности становится единственным подходящим подходом к управлению энергопотреблением. Разница между измерением операционной эффективности и оценкой операционной эффективности заключается в том, что первая пытается найти истинную операционную эффективность с помощью прямого измерения, а вторая допускает небольшую погрешность для значительного повышения удобства для пользователя.

Примеры из практики

В контролируемом лабораторном эксперименте был получен анализ вибрации и динамические данные нового 5-сильного 460-вольтового двигателя. Двигатель был разобран, и внешнее кольцо подшипника со стороны привода было намеренно повреждено (рис. 1).

Рисунок 1

Мотор был собран заново, и были собраны новые данные. К полученным данным была применена общая формула, используемая в анализе вибрации, и результаты были опубликованы как в спектрах вибрации, так и в спектрах крутящего момента.

В результате расчетов был сделан вывод, что дефект внешней обоймы должен появиться на частоте 107 Гц с боковыми полосами, связанными со скоростью двигателя в спектрах вибрации, и удвоенной основной частотой в спектрах крутящего момента (рисунки 2 и 3). Дефект внешней дорожки с ее боковыми полосами намного легче определить по динамически полученным данным, чем по спектрам вибрации.

Рис. 2. Спектры колебаний

Рис. 3. Спектры демодулированного крутящего момента

Проблемы с стержнем ротора

В другом лабораторном исследовании двигатель мощностью 1 л.с., работающий под полной нагрузкой на небольшом динамометре, был тщательно протестирован с помощью динамического тестера. Затем результаты были сохранены и проанализированы. Ротор был удален, и отверстие диаметром 5/8 дюйма было просверлено в одной штанге ротора, полностью разделив ее. Мотор был собран и повторно испытан в идентичных условиях. И снова результаты были сохранены, а затем сравнены с исходными данными (рисунки 4 и 5).

Рисунок 4

Рисунок 5

Сломанный стержень ротора был четко определен в текущем сигнатурном анализе без каких-либо трудностей или тщательной диагностики.

Кавитация

На большой электростанции в Северной Каролине механики заметили, что один из трех насосов мощностью 15 000 лошадиных сил развивает более низкий уровень потока, чем два других. Механики обвинили двигатель, а электрики подтвердили, что неисправен насос. Были получены и проанализированы динамические электрические данные. На рисунке 6 показаны результирующие колебания крутящего момента.

Рисунок 6

Один насос показал большие вариации пульсации крутящего момента, в то время как два насоса, которые работали нормально, имели меньшую характеристику крутящего момента. В результате этого испытания водолаз был отправлен в яму и обнаружил, что болты на одном конце раструба заржавели, и канавка, направлявшая воду в насос, упала. Эта ситуация вызвала циркуляцию воды в насосе вне насоса и создание кавитации. Болты на других насосах также нуждались в замене и в ближайшем будущем вышли из строя. Время простоя, необходимое для ремонта, обошлось предприятию в несколько миллионов долларов, но возросшая производительность после ремонта легко компенсировала эти затраты.

В заключение, динамические испытания двигателей и современное оборудование, доступное сегодня, быстро становятся инструментами выбора специалистов по надежности во всем мире. Технология достаточно молодая, а новые инновации постоянно расширяют ее возможности и горизонты.