Как проводится диагностика электродвигателей. Какие методы и оборудование используются. Какие дефекты можно выявить. Каковы преимущества своевременной диагностики. Какие реальные примеры диагностики электродвигателей существуют.
Современные методы диагностики электродвигателей
Диагностика электродвигателей играет ключевую роль в обеспечении надежной и эффективной работы промышленного оборудования. Своевременное выявление дефектов позволяет предотвратить аварийные ситуации и избежать дорогостоящего ремонта. Рассмотрим основные методы, применяемые для диагностики электродвигателей:
- Анализ спектра потребляемого тока
- Вибродиагностика
- Тепловизионный контроль
- Измерение сопротивления изоляции
- Контроль качества электроэнергии
Каждый из этих методов позволяет выявить определенные виды дефектов на ранней стадии их развития. Комплексное применение различных методов обеспечивает наиболее полную и достоверную оценку технического состояния электродвигателя.
Анализ спектра потребляемого тока — эффективный метод диагностики
Анализ спектра потребляемого тока (MCSA — Motor Current Signature Analysis) является одним из наиболее информативных методов диагностики электродвигателей. Он основан на том, что любые возмущения в работе электрической и механической части двигателя приводят к модуляции потребляемого тока.
Как проводится анализ спектра тока? Специальное диагностическое оборудование производит запись и спектральный анализ токов, потребляемых электродвигателем. В полученном спектре выделяются характерные частоты, свидетельствующие о наличии тех или иных дефектов.
Какие дефекты позволяет выявить этот метод?
- Повреждения стержней и колец ротора
- Статический и динамический эксцентриситет
- Дефекты подшипников
- Межвитковые замыкания в обмотке статора
- Проблемы с креплением двигателя
Преимуществом метода является возможность проведения диагностики без остановки оборудования в режиме реального времени. Это особенно важно для непрерывных производств, где внеплановые остановки крайне нежелательны.
Вибродиагностика электродвигателей
Вибродиагностика является классическим методом оценки технического состояния вращающегося оборудования, в том числе электродвигателей. Она позволяет выявить большинство механических дефектов на ранней стадии их развития.
Как проводится вибродиагностика? На корпус работающего электродвигателя устанавливаются датчики вибрации. Полученные вибрационные сигналы анализируются с помощью специального программного обеспечения. По характерным частотам в спектре вибрации определяется наличие и степень развития различных дефектов.
Какие дефекты выявляет вибродиагностика?
- Дисбаланс ротора
- Несоосность валов двигателя и приводного механизма
- Дефекты подшипников
- Ослабление креплений
- Повреждения элементов муфтовых соединений
Преимуществом метода является высокая информативность и возможность локализации дефекта. Однако для проведения качественной вибродиагностики требуется высокая квалификация специалиста.
Тепловизионный контроль электродвигателей
Тепловизионный контроль позволяет выявить дефекты электродвигателей, сопровождающиеся локальным повышением температуры. Метод основан на регистрации инфракрасного излучения с помощью специальной тепловизионной камеры.
Как проводится тепловизионный контроль? Специалист производит съемку работающего электродвигателя в инфракрасном диапазоне. Полученные термограммы анализируются на предмет наличия участков с аномально высокой температурой.
Какие дефекты позволяет обнаружить тепловизионный контроль?
- Межвитковые замыкания в обмотке статора
- Ухудшение охлаждения двигателя
- Перегрев подшипниковых узлов
- Проблемы с соединениями в клеммной коробке
Преимуществом метода является наглядность получаемых результатов и возможность быстрого обследования большого количества оборудования. Однако для корректной интерпретации термограмм требуется опыт.
Измерение сопротивления изоляции
Измерение сопротивления изоляции является одним из базовых методов оценки состояния электрической части двигателя. Оно позволяет выявить ухудшение изоляционных свойств обмоток статора.
Как проводится измерение? С помощью специального прибора — мегаомметра — измеряется сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса двигателя и между собой. Полученные значения сравниваются с нормативными.
Что позволяет выявить данный метод?
- Общее ухудшение состояния изоляции обмоток
- Локальные повреждения изоляции
- Повышенную влажность обмоток
- Загрязнение изоляции токопроводящими частицами
Преимуществом метода является простота реализации и наличие четких нормативных значений. Однако для проведения измерений требуется остановка и отключение электродвигателя.
Контроль качества электроэнергии
Контроль качества электроэнергии, питающей электродвигатель, позволяет выявить проблемы, связанные с системой электроснабжения. Низкое качество электроэнергии может приводить к повышенному нагреву, вибрации и преждевременному выходу двигателя из строя.
Как проводится контроль качества электроэнергии? Специальный прибор — анализатор качества электроэнергии — подключается к питающей сети электродвигателя. В течение определенного времени производится запись параметров электроэнергии с последующим анализом.
Какие проблемы позволяет выявить данный метод?
- Отклонения напряжения от номинального значения
- Несимметрию напряжений
- Наличие высших гармоник
- Колебания напряжения
- Отклонения частоты
Преимуществом метода является возможность выявления проблем, связанных с системой электроснабжения, которые часто остаются незамеченными при диагностике самого двигателя.
Оборудование для диагностики электродвигателей
Для проведения качественной диагностики электродвигателей необходимо специализированное оборудование. Рассмотрим основные виды диагностического оборудования:
- Анализаторы спектра тока — позволяют проводить спектральный анализ потребляемого двигателем тока
- Виброанализаторы — используются для измерения и анализа вибрации электродвигателей
- Тепловизоры — применяются для проведения тепловизионного обследования
- Мегаомметры — служат для измерения сопротивления изоляции обмоток
- Анализаторы качества электроэнергии — позволяют контролировать параметры питающей сети
Современное диагностическое оборудование часто объединяет в себе несколько функций. Например, существуют многофункциональные тестеры электродвигателей, позволяющие проводить комплексную диагностику.
Преимущества своевременной диагностики электродвигателей
Регулярная диагностика электродвигателей позволяет получить ряд существенных преимуществ:
- Предотвращение аварийных ситуаций и незапланированных простоев оборудования
- Снижение затрат на ремонт за счет раннего выявления дефектов
- Повышение энергоэффективности за счет своевременного устранения неисправностей
- Увеличение срока службы электродвигателей
- Оптимизация графика технического обслуживания
Инвестиции в современное диагностическое оборудование и обучение персонала окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов и повышения надежности работы электродвигателей.
Примеры из практики: реальные случаи диагностики электродвигателей
Рассмотрим несколько реальных примеров, иллюстрирующих эффективность различных методов диагностики электродвигателей:
Пример 1: Выявление поврежденных стержней ротора
На крупном нефтеперерабатывающем заводе при проведении планового обследования электродвигателя мощностью 3500 л.с. методом анализа спектра тока были обнаружены признаки повреждения стержней ротора. Несмотря на отсутствие явных признаков неисправности, двигатель был выведен в ремонт. При разборке обнаружилось, что 22 из 51 стержня ротора были повреждены. Своевременное выявление дефекта позволило избежать аварийного выхода двигателя из строя и сэкономить около 280 000 долларов на ремонте.
Пример 2: Диагностика состояния изоляции
При проведении измерений сопротивления изоляции электродвигателя вентилятора системы вытяжной вентиляции были получены неудовлетворительные результаты. Анализ профиля индекса поляризации показал наличие влаги в системе изоляции. После просушки обмоток и устранения причин попадания влаги повторные измерения показали нормализацию состояния изоляции. Своевременное выявление проблемы позволило избежать пробоя изоляции и выхода двигателя из строя.
Пример 3: Выявление проблем с качеством электроэнергии
На бумажном комбинате наблюдались периодические сбои в работе системы управления лентопротяжным механизмом. Проведенный анализ качества электроэнергии выявил значительные пульсации напряжения в питающей сети. Причиной оказалось влияние мощных выпрямителей, питающих двигатели постоянного тока. После установки фильтрокомпенсирующих устройств проблема была устранена.
Эти примеры наглядно демонстрируют, как различные методы диагностики позволяют выявлять скрытые дефекты электродвигателей и предотвращать серьезные аварии.
Диагностика промышленных электродвигателей и генераторов по спектру потребляемого тока и предотвращение аварий / Хабр
Анализатор спектра тока
Представьте себе ТЭЦ с турбинами, скажем, 50–60-х годов выпуска. Это примерно половина мощностей нашей страны. Там есть огромные насосы с электродвигателями и такие же огромные генераторы, которые тоже суть электродвигатели, только «перевёрнутые». У них нет встроенной телеметрии, и диагностируются они методами последовательных обходов. Это было нормальным на конец 70-х, но не сегодня.
На ТЭЦ, на крупных буровых, на насосных станциях и во множестве других мест, где отказ электродвигателя или генератора обходится очень дорого, как правило, есть специальные люди, которые имеют огромный опыт обслуживания конкретно этого экземпляра оборудования. Например, там может быть дедушка, который по звуку запуска определяет состояние движка. Или мужик-нос, который умеет обнюхивать насос так, что чувствует даже малейшие утечки масла.
Современная диагностика делается немного иначе — в основном по вибродатчикам. Проблема вибродатчиков в том, что их нужно поставить на железку, а железка на той же буровой или подлодке не очень-то доступна. Поэтому мы очень живо исследовали тему изучения снятия данных с движка путём снятия информации с питающего контура. Электромагнитное поле передаёт куда больше информации, которую раньше считали шумом. Теперь его можно анализировать.
Как проводится диагностика сейчас
Электродвигатели переменного тока с приводимым оборудованием (насос, вентилятор) и электрогенераторы переменного тока с приводным оборудованием (турбина) сегодня проверяются тепловизорами (посмотреть, где греются подшипники), шумомерами, различными визуальными осмотрами (в частности для оценки цвета подтёков), оценкой цвета масла спектрографами, газоанализаторами и так далее. То есть регулярные обходы.
Возможная, но не единственная альтернатива — виброзамеры: машина обвешивается датчиками со всех сторон, а затем запускается.
По паразитным вибрациям можно понять, где и что не так. Это нормальный метод диагностики и мониторинга, позволяющий не только понять статус машины, но и предотвратить аварию. Когда вибрации становятся нетипичными или слишком сильными, двигатель просто останавливается до того, как пойдёт вразнос.
Повторюсь: у виброзамеров есть сложность с установкой датчиков — далеко не всегда это возможно (скорее, наоборот), плюс есть ещё ряд особенностей диагностики (в частности, методы вибродиагностики более приспособлены к диагностике механических повреждений электрической машины и связанного с ней механизма, а электрические повреждения не всегда могут быть своевременно выявлены). Плюс цена, конечно, за комплекс кусается.
Два года назад появились программно-аппаратные комплексы, которые позволяют оценивать микроколебания электромагнитного поля. Отслеживая различные гармоники поля, можно сделать множество выводов о том, что именно не так в оборудовании и где конкретно проблема. Благо изменения параметров должны быть циклическими и предсказуемыми.
Это очень хорошая идея, которая нашла воплощение только относительно недавно, когда появились нормальные алгоритмы data mining для этих показателей и процессоры для работы в реальном времени, которые можно упаковать в относительно компактный корпус. То есть полупортативный. Вот такой:
Как работает эта шайтан-машина
Называется всё это «система автоматизированной интеллектуальной диагностики». По сути, он делает сам двигатель основным датчиком, а дальше снимает с него очень много данных с довольно большим количеством шумов. Затем очищает и восстанавливает данные (самая нетривиальная часть вычислений), профилирует двигатель и с помощью очень некислых data mining-механик отдаёт результаты оператору.
Физический принцип, который лежит в основе этого метода, такой: любые возмущения в работе электрической и/или механической части электродвигателя (электрогенератора) и связанного с ним устройства приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электрической машины, а значит — к слабой модуляции потребляемого (вырабатываемого) электрической машиной тока.
Наличие в спектре тока электрической машины характерных частот определённой величины говорит о присутствии повреждений электрической и/или механической части электродвигателя (электрогенератора). Гармоники, кратные частоте питающего тока, указывают на проблемы в электрической части. Гармоники, кратные оборотной частоте вращения двигателя, — это механика.
Нужно вывести двигатель на режим и начать снимать данные, плюс указать тип конструкции для распознавания нейросетью (здесь и далее я говорю про реализацию устройства, с которым мы работаем в России больше года на ТЭЦ и в нефтяной сфере).
Примерно 15 минут уходит на профилирование машины. Типовые дефекты выделяются почти сразу (через час-два работы в режиме). Например, в низких частотах — проблема прикрепления машины к фундаменту. Характерно выделяются проблемы с ротором, статором, обмотками. Легко видны замыкания в обмотках и другие их параметры.
Более сложные дефекты требуют навыка специалиста по анализу данных — здесь речь не о data mining, а о знании конструкции таких электрических машин и опыте их диагностики.
Подключается устройство к измерительным трансформаторам напряжения и тока. На низковольтном оборудовании — напрямую к линиям питания.
Мы сейчас плотно работаем с энергетикой — там на ряде объектов плачевное состояние оборудования. Многое износилось, по 2–3 раза были продления сроков эксплуатации. Для них важна диагностика, так как генераторы и турбины очень дорогие. Последствия выхода из строя ощутимы: аварии, штрафы на рынке, дорогие ремонты.
Для ряда критичных объектов очень важен режим постоянного мониторинга. Система обучается на каждый экземпляр оборудования и строит пороговые значения.
Спектр исправного питательного электронасоса котла паровой турбины ТЭЦ
Входным сигналом служит питающее напряжение, несущая (сетевая) частота которого модулируется работой самого двигателя и формирует выходной сигнал в виде спектра гармоник потребляемого тока.
Профилирование — важный момент. Двух одинаковых больших электродвигателей даже в одной серии только с завода просто нет.
У каждого свой спектральный след. К тому же в России очень сложно найти пару машин хотя бы одной серии на одном объекте. И, наконец, они все ремонтировались, модернизировались и перемаркировались, что наложило свои неповторимые отпечатки на характер работы. Результат — практически не бывает типового старого оборудования без уникальной конструкции и дефектов.
Наша задача в мониторинге — зафиксировать дефект, оценить его критичность, а затем отслеживать его развитие. И рассчитать, когда он достигнет критического уровня. И самое важное — предсказать время выхода оборудования из строя.
Такой мониторинг обходится, безусловно, дороже разовой диагностики. Для диагностики нужен один комплект — и с ним обойти все машины. А для мониторинга — по комплекту на двигатель, чтобы постоянно наблюдать. Монтируются они прямо в щите — и начинают собирать и обрабатывать данные.
Примеры анализа
В примере тип электрической машины — синхронный двигатель; приводимое оборудование — поршневой воздушный компрессор; технические характеристики синхронного электродвигателя: напряжение — 6 кВ; номинальный ток — 60 А; частота сети — 50 Гц; номинальная частота вращения вала — 500 об/мин; параметры измерительных трансформаторов: трансформатор напряжения — 6000/100; трансформатор тока — 300/5.
Типы подшипников — подшипники качения.
Синий график — это «усреднённые» значения амплитуд спектра тока статора. Серо-зелёная область — это профиль нормальной работы машины, пока машина в нём — это нормальная работа с учётом «долгоиграющих» дефектов. Розовая область — предупреждения, не требующие мгновенной остановки. Белая область выше розовой — авария не за горами.
Рассмотрим поподробнее график спектра и проведём его анализ:
На частоте ~ 1 Гц наблюдается пик, выходящий за пределы среднестатистической кривой допустимых значений, характеризующий ослабление крепления электродвигателя, люфт или чрезмерные допуски муфты приводимого оборудования. Данный дефект пока не критичен, но требует проверки.
В районе 50 Гц (частота питания) — пики, кратные оборотной частоте ротора. Эти пики отражают работу поршней компрессора. Можно отслеживать состояние при длительном наблюдении.
Пик на частоте 100 Гц — потенциальные проблемы с обмоткой статора. В данный момент находится в зоне допустимых значений, но требует наблюдения (в дальнейшем — проверка обмоток).
На частоте 150 Гц (3-я гармоника) — пик, превышающий уровень допустимых значений, может вызывать нагрев статора. Может приводить к термическому старению и высыханию лака обмоток (ухудшение изоляции обмоток и короткозамкнутые витки).
На частотах ~128 Гц и ~228 Гц наблюдаются пики, выходящие за пределы среднестатистической кривой допустимых значений, указывающие на развивающиеся дефекты подшипников качения. Конкретный дефект подшипников можно определить, зная тип и характеристики подшипников.
На частотах ~308 Гц и ~408 Гц наблюдаются пики, выходящие за пределы среднестатистической кривой допустимых значений, характеризующие дисбаланс ротора.
На частотах от 100 Гц до 500 Гц присутствует широкополосный шум. Как правило, такая картина наблюдается на оборудовании, в котором есть ослабление крепления механических узлов (например, люфт клапана). Данный дефект существенный и требует проверки.
Больше деталей про применение
Подключение производится к измерительным трансформаторам в шкафу питания диагностируемого оборудования.
По трём фазам измеряются напряжения и токи. Низковольтную (0,4 кВ) — можем прямо через токовые клещи на питающие кабели.
Сам прибор интерпретирует токи и раскладывает в спектр. Внутри нашей основной реализации — и небольшой кластер для обработки, и само устройство для получения сырых данных. Это не очень логично, но об этом позже.
Устройство периодически сохраняет спектрограммы во внутреннюю базу данных. Снаружи оно доступно по веб-интерфейсу АРМ пользователей и АРМ админов-аналитиков, а также АРМ оперативного персонала. Есть доступ к базе, если очень нужно, есть базовые возможности по интеграции с системами предприятия. Но регламента по этим типам диагностики пока нет, и мы часто видим, что персонал просто не знает, что делать при тревоге от этого оборудования. Да и стандарты появились только в прошлом году — ГОСТ ISO-20958 «Контроль состояния и диагностика машин. Сигнатурный анализ электрических сигналов трёхфазного асинхронного двигателя», это даже не чисто российский ГОСТ, а между РФ, РБ и Казахстаном.
Определяются и оцениваются:
- дефекты электрической части машины: дефекты питающей сети, несимметрия питающего напряжения, нарушения контактного соединения в цепи питания, проблемы с компенсатором реактивной мощности; дефекты самой машины: ротора и статора, короткое замыкание, ослабление обмоток статора и т. п.;
- дефекты механической части машины: разбалансировка ротора, дефекты подшипников роторной машины и приводного оборудования, ослабление крепления к фундаменту, дефект лопастей вентилятора, засорение масла, перегрузка машины и т. д.;
- нарушение технологических процессов: кавитация, турбулентность и т. п.
Метод позволяет выявить неисправности электрической и механической частей машины на ранних стадиях, когда их выявление другими методами ещё невозможно. Профилирование позволяет исключить влияние электромагнитной обстановки в месте установки двигателя или вдоль кабельной трассы.
Технически приборы-измерители стоят у конкретных единиц оборудования, от них проходит витая пара (ЛВС) к локальному серверу (где находится хранилище данных и производится их обработка и предоставление пользователям).
В проекте — сделать полностью российскую разработку этого прибора (со своей схемотехникой, заказными комплектующими, но с собственной сборкой) и переписать достаточно большие участки кода, чтобы сменить архитектуру. Мы разрабатываем удалённую диагностику через SaaS в своём дата-центре, поскольку видим потребность ещё в том, чтобы наши аналитики время от времени оперативно подключались и смотрели либо отправляли недельные отчёты с прогнозами по всем дефектам.
Стоимость железки сопоставима с комплексами вибродиагностики нормальными (не китайскими под российской маркой, а именно нормальными европейскими). В комплексе с вибродиагностикой системы прекрасно дополняют друг друга. На основании нашей системы мы можем понять текущее состояние оборудования и определить модуль, где дефект. А более точное место — без разборки — посылают найти вибродиагностов.
Сейчас везде наблюдаются проблемы с загрузкой персонала. Его не хватает на местах. С учётом выходных и отпусков к каждому комплексу надо 2–3 обученных человека, чтобы сразу пойти и померить на производстве, если вдруг надо.
Ещё анализ спектров сигналов — это процесс, как сварка, творческий. Предопределённые дефекты есть, но на нашем старом железе тех же ТЭЦ надо анализировать, иметь опыт. Надо разбираться в спектрах, собирать и разбирать руками движки, понимать конкретные экземпляры. Есть насущная потребность в организации совместного с нашими специалистами процесса мониторинга и анализа сложного оборудования. Поэтому SaaS — логичный вариант в такой ситуации.
Опять же, посредством SaaS наши системы могут отдавать диагностику и аналитику эксплуатирующей команде. Сейчас многие машины закуплены по контракту с обслуживанием (сервисные контракты) у иностранных вендоров, и там вся телеметрия идёт в США или Европу на команду поддержки. Из-за санкций есть шанс, что всё это накроется медным тазом, поэтому возможность видеть данные в реальном времени и хранить их у себя очень полезна.
Апробация
По понятным причинам из-за цены системы и новизны технологии мы встречаем много вопросов.
Вместо теоретизирования для крупных заказчиков предлагаем очень простой тест. Они в любом случае периодически выводят на капитальный ремонт часть машин. Мы предлагаем подъехать за недельку до остановки и снять параметры. А затем высылаем отчёт с обнаруженными дефектами, которые они смогут проверить во время детальной разборки и капремонта.
Предлагаем прямую честную апробацию. И уже многих заказчиков объехали. Дальше они разбирают, смотрят дефектовку и сравнивают результаты. Сколько ни ездили, практически всегда попадаем в яблочко. Но везде соглашения о конфиденциальности и неразглашении, поэтому извините.
Области применения — ТЭЦ, станкостроение, нефтянка (буровые), транспорт нефтегаза, машиностроение, конвейеры на электроприводах, бумажные комбинаты, металлургия (большие конвейеры и прокатные станы), ЖКХ типа метрополитена, плавбазы.
Если есть вопросы не для комментариев — вот моя почта: [email protected], или моб. тел.: +7(915) 316-29-66
Применение оборудования для диагностики электродвигателей
28.
07.2017
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».
Видео
Испытания, капитальный ремонт и модернизация электродвигателей
Предотвращение незапланированных отключений с помощью надежных двигателей
Tampa Armature Works, Inc. (TAW ® ) является экспертом по электродвигателям с 1921 года. Опыт в сочетании с высоким уровнем инженерного образования, является основой наших ведущих в отрасли процедур тестирования и анализа электродвигателей, предназначенных для выявления даже самых сложных проблем с двигателем.
Диагностика причины вашей проблемы лежит в основе наших услуг по тестированию и обслуживанию электродвигателей. Независимо от того, проверяете ли вы свой двигатель на наличие электрических сбоев или механических заминок, мы предоставим вам решение вашей проблемы.
Комплексное тестирование электродвигателей
Наши комплексные испытания электродвигателей включают в себя широкий спектр диагностических упражнений для общей оценки электродвигателя и выявления основных проблем, в том числе: Технология испытательного оборудования для предоставления точных отчетов данных для быстрой и надежной диагностики. Наши испытания включают в себя проверку изоляции, анализ цепей двигателя, термографию, анализ обмотки и испытания на частичные разряды, которые позволяют получить реальную оценку состояния.
Испытание изоляции Наши специалисты по испытанию изоляции электродвигателей располагают новейшими инструментами, чтобы убедиться, что изоляция выдерживает нештатные условия.
Мы обеспечиваем диэлектрическое поглощение, коэффициент мощности, сопротивление изоляции, индекс поляризации, перенапряжение и тестирование высокого потенциала. Все наше оборудование для испытаний двигателей проходит повторную калибровку после каждого использования, чтобы гарантировать, что наш рейтинг точности не ослабнет.
Подтверждение того, что системы изоляции обмоток соответствуют техническим требованиям или являются лучшими, является целью обширных процессов испытаний изоляции TAW. Испытания на диэлектрическое поглощение, коэффициент мощности, индекс поляризации (PI), скачки напряжения или высокий потенциал (hi-pot) устраняют сомнения и подтверждают прочность изоляции вашего двигателя.
Анализ цепей двигателя
Проблема с двигателем может быть разной, но наш динамический анализ цепей двигателя позволяет диагностировать производительность вашего двигателя при работе с нагрузкой или без нее. Условное тестирование MCE — это точный динамический тест состояния вашего двигателя.
Измерение электрических характеристик, таких как импеданс, индуктивность и емкость, позволяет получить информацию о состоянии.
Термография
Наша тепловизионная и тепловизионная видеосъемка — это быстрый и безопасный метод проверки двигателя для выявления электрических и механических проблем. Тепло — враг любой электрической или механической системы. Наша инфракрасная «ИК» технология является самым современным оборудованием на рынке. Он обеспечивает точные температурные изображения с разницей в 1 градус по Фаренгейту в режиме реального времени, используя инфракрасное излучение для обнаружения горячих точек на вашем оборудовании. ТАВ ® имеет проверенный опыт идентификации и повторной калибровки вашего оборудования, чтобы сделать его эффективным и надежным, что продлит срок службы вашего двигателя. Мы точно выявим любую системную проблему и предложим варианты обслуживания и ремонта, чтобы вы могли работать.
Анализ обмоток
TAW ® является лидером в области анализа обмоток двигателей и выполняет неразрушающий анализ тенденций электрических машин на месте.
Наше исследование предоставляет необходимые тесты для определения состояния изоляции обмоток двигателя и помогает уменьшить любые будущие потери.
Испытание частичным разрядом
Наши автомобильные мастерские специализируются на испытаниях изоляционных систем частичным разрядом, которые выявляют дефекты, невидимые невооруженным глазом. Мы уделяем время тестированию вашего электродвигателя, поэтому мы экономим ваше время и деньги.
Анализ первопричины отказа/оценка условий
Анализ первопричины отказа – это процесс определения источника, вызвавшего конкретный отказ, и использования этих данных для разработки подхода к корректирующим/превентивным действиям. Здесь, на TAW ® , мы разрабатываем план действий по ремонту, который непосредственно устраняет неисправности, обнаруженные в RCA.
Механические испытания
TAW ® уделяет первоочередное внимание инвестициям в новое оборудование, которое будет предоставлять высококачественные отчеты с данными для быстрой и надежной диагностики.
Наши испытания двигателей варьируются от а до я с помощью инструментов для модального анализа, концентричности, испытаний на твердость, анализа вибрации, балансировки и лазерной центровки, а также неразрушающих испытаний, которые предоставят вам анализ причины отказа и оценку объекта. Мы не пропускаем ни одного шага в наших механических испытаниях.
Неразрушающий контроль
Мы проводим несколько испытаний ваших электродвигателей, и мы предпочитаем неразрушающий анализ, который не вызовет осложнений в будущем. Вот почему мы предлагаем испытания на ток EDDY, проверку валов, поперечные волны, пенетранты, магнитные частицы, рентгеновские лучи и ультразвуковой контроль толщины. TAW ® является вашим основным источником для анализа причин ваших проблем.
Модальный анализ
Измеряя и анализируя динамическую реакцию конструкций и жидкостей во время возбуждения, мы можем найти области напряжения, которые необходимо укрепить или изменить для исправления.
Обладая высокоточными инструментами, мы можем точно диагностировать устройства по напряжению вибрационных возбуждений.
Анализ вибрации
TAW ® на протяжении многих лет лидирует в разработке сейсмических инструментов для измерения вибрации в вашем оборудовании. Наши тесты найдут износ до того, как вы столкнетесь с катастрофическим сбоем.
Балансировка и лазерная регулировка
Выравнивание вашего вращательного оборудования может привести к сильному износу вашего двигателя. балансировать поражения.
Наши точные инструменты и исчерпывающие диагностические отчеты помогут точно оценить ваше электрическое и механическое оборудование.
Позвоните нам по бесплатному номеру 800-333-9449 или напишите нам по адресу [email protected], чтобы запросить дополнительную информацию об электродвигателе и тестировании
Диагностика двигателя — MotorDoc LLC
[email protected]Архив, Анализ электрических и токовых характеристик, Электрическая надежность, EMPATH, Энергия, Окружающая среда, Гибридные и электрические транспортные средства, IIoT, Диагностика двигателя, Надежность, Оценка наработки на отказ TTFE, Трансформатор, Без категорий, Преобразователь частоты, вибрация, энергия ветра
Чтение новой книги ООО «МоторДок» по анализу электрических и токовых характеристик, выход которой запланирован на вторую половину октября 2022 года.
[email protected]Архив, Анализ электрических и токовых характеристик, Электрическая надежность, EMPATH, Энергия, Окружающая среда, Системы изоляции, Управление, Диагностика двигателя, Управление двигателем, Надежность, Без категорий, Министерство энергетики США, Преобразователь частоты
Предвзятость СМИ связана не только с политикой и государственной политикой, но и с тем, как мы воспринимаем надежность и техническое обслуживание сообщества.
От рекламных долларов и маркетинга, представленного в виде технических статей и информации, до идеи о том, что «цифровая трансформация» решает все или что инфракрасный порт — это полная программа обеспечения надежности электроснабжения. Как указано в моем…
Подробнее
[email protected]Архив, Электрическая надежность, Промышленный Интернет вещей, Диагностика двигателя, Управление двигателем, Ремонт двигателя, Управление физическими активами, RCM, Надежность, Безопасность, Оценка наработки на отказ TTFE
Когда имеешь дело со статистическим анализом и вероятностями, проблема часто заключается в недостающей информации. Это может привести к предвзятости при работе в таких областях, как надежность, наука о данных и машинное обучение, что приводит к неправильным решениям. Мы видели это в таких вещах, как процент отказов двигателей, неисправность IoT…
Подробнее
[email protected] Анализ электрических и токовых характеристик, электрическая надежность, EMPATH, энергия, системы изоляции, диагностика двигателя, надежность, без категорий
Нам часто задают вопрос: «Каково влияние асимметрии напряжения на температуру?» При подаче электроэнергии на объекты во многих частях Соединенных Штатов (и в других местах) возникают проблемы из-за старения сети и быстрого внедрения силовой электроники, это становится серьезной проблемой. Асимметрия напряжения – это отклонение от среднего напряжения…
Подробнее
[email protected]Архив, Анализ электрических и токовых характеристик, Электрическая надежность, EMPATH, Энергия, Окружающая среда, IIoT, Диагностика двигателя, Оценка наработки на отказ TTFE, Трансформатор, Без категорийECMS-1, ECMS-32, EMPATH , Энергетика, Окружающая среда, ESA, IoT, MCSA, MotorDocLLC
Семейство систем анализа электрических характеристик и характеристик тока двигателя (ESA/MCSA) EMPATH™ выходит далеко за рамки анализа электрических двигателей, генераторов и ветряных турбин.
Он обеспечивает возможности прогнозирования и оценки времени до отказа (TTFE) для электродвигателей переменного/постоянного тока, синхронных машин, серводвигателей, станков, генераторов, включая весы коммунального назначения, и трансформаторов. Он не только идентифицирует…
Подробнее
[email protected]Архив, Анализ электрических и токовых характеристик, Электрическая надежность, EMPATH, Энергия, Окружающая среда, IIoT, Диагностика двигателя, Управление двигателем, Ремонт двигателя, Теория двигателя, Управление физическими активами, RCM, Надежность, Без категорий
Как я только что упомянул другу — кажется, в прошлые выходные я начал философствовать, когда заканчивал читать «Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы, биография гения» Марка Дж. Сейфера. Я бы не споткнулся об этот и несколько других прекрасных текстов, если бы не начал возвращаться к…
Подробнее
[email protected] КомментарийЭлектрическая надежность, Энергия, Промышленный Интернет вещей, Управление, Диагностика двигателя, Управление двигателем, Теория двигателя, Надежность, Без категории I-VI вместе для классификации и выходных данных RUL/TTFE в статье части VII: (статья будет опубликована до 19 сентября 2021 г. *Примечание. Код в этой статье предназначен только для демонстрационных целей и не предназначен для реальных приложений. из этого…
Подробнее
[email protected] Электрическая надежность, энергопотребление, диагностика двигателя, управление двигателем, без категорий
Ниже приведен код, используемый для создания дефекта напряжения, тока и коэффициента мощности для статьи, которую можно найти здесь: Деталь V: Машинное обучение (ML) с необработанными данными об электродвигателях | ОБЗОР ОЗУ *Примечание. Код в этой статье предназначен только для демонстрационных целей и не предназначен для реальных приложений…
Подробнее
[email protected] Архив комментариев, Электрическая надежность, Промышленный Интернет вещей, Диагностика двигателя, Управление двигателем, Управление физическими активами, Надежность, Оценка времени до отказа TTFE, Машинное обучение без категорий, Matlab
Для опробования описанного метода Mathworks (https://mathworks.com) предоставляет 30-дневные пробные версии своих персональных и бизнес-версий систем Matlab и Simulink. Файлы *.csv, созданные для этой серии статей, были разработаны в среде Matlab (рис. 2) с использованием следующего кода. *Примечание. Код в этой статье предназначен только для демонстрационных целей и…
Подробнее
[email protected]Архив, Анализ электрических и токовых характеристик, Электрическая надежность, EMPATH, Энергия, Окружающая среда, IIoT, Диагностика двигателя, Надежность, Оценка наработки на отказ TTFE, Ветроэнергетика
Две важные проблемы в ветроэнергетике мощности асинхронных генераторов – это потеря магнитного клина и перемещение катушки, приводящее к повреждению обмотки.
