Czech

Pět nejdůležitějších faktorů testování umožňujících porozumět účinnosti motorových pohonů a jejich výkonu

Motorové pohony jsou velmi často využívanou technologií pro transformaci konstantního napětí z distribuční sítě se střídavým proudem na proměnné napětí, kterým lze řídit točivý moment a otáčky motoru, což se ideálně hodí pro motory se zátěží představovanou pohonem mechanických zařízení. Motorové pohony nabízí vyšší účinnost než prosté motory s přímým připojením na síť a celou řadu možností řízení, které nejsou u jednoduchých motorů s přímým pohonem k dispozici. Tyto faktory zajišťují úspory nákladů na energie, vyšší výrobní výkon a delší životnost motoru.

MDA Profile.jpg

Podle amerického ministerstva energetiky (U.S. Department of Energy – DOE) jsou systémy s motory klíčovou součástí pro provoz prakticky všech závodů a jejich spotřeba představuje 60 % až 70 % veškeré spotřebované elektřiny. Ministerstvo také označuje pohony s proměnnými otáčkami (VFD) jako příležitost pro závody zajistit si významné úspory nákladů. Není tedy žádným překvapením, že jsou motorové pohony široce rozšířeny v řadě oborů a provozů. Pro zajištění provozuschopnosti těchto motorových systémů je klíčová údržba a řešení problémů.

Možné nástrahy při testování motorových pohonů

Vyhledávání problémů a testování u motorových pohonů, označovaných jako pohony s proměnnými otáčkami (VFD resp. VSD), známých také pod pojmem pohony s regulovatelnými otáčkami (ASD), často provádí specializovaní odborníci za použití několika měřicích přístrojů, například osciloskopů, digitálních multimetrů nebo dalších měřicích přístrojů. Takovéto testování může do značné míry probíhat způsobem pokus – omyl s využitím velmi zastaralé vylučovací metody. Z důvodu složitosti motorových systémů probíhá testování často jednou ročně – pokud nezačne systém vykazovat poruchy. Problematické může být rozhodování, kde s testováním začít, vezmeme-li v úvahu, že obvykle chybí historie provozu daného zařízení nebo je neúplná. Patří sem dokumentace dosud provedených speciálních testů a měření, vykonané práce nebo aktuální stav jednotlivých komponent. Vývoj v oblasti testovacích a měřicích technologií umožnil některé z těchto nástrah eliminovat. Novější přístroje, například analyzátory motorových pohonů Fluke MDA-510 a MDA-550, umožňují efektivnější a důmyslnější testování motorových pohonů s možností dokumentace celého procesu v jeho jednotlivých fázích. Výsledné zprávy lze ukládat a srovnávat s následujícími testy pro získání dokonalejšího přehledu o historii údržby daného motorového pohonu.

Snadnější způsob řešení problémů u pohonů s proměnnými otáčkami (VFD)

Díky spojení funkcí měřicího přístroje, ručního osciloskopu a záznamníku se zapojením zkušeného instruktora nabízí tyto moderní analyzátory motorových pohonů pokyny na obrazovce, přehledná schémata zapojení a podrobné pokyny vytvořené odborníky v oblasti motorových pohonů, které vás těmi nejdůležitějšími testy provedou. Tento nový způsob rozložení složitého testování do fází a jeho zjednodušení umožňuje zkušeným specialistům na motorové pohony pracovat rychle a s jistotou tak, aby získali informace, které potřebují. Nabízí také rychlejší způsob zaučení do analýzy motorových pohonů pro méně zkušené techniky.

Odhalování hlavní příčiny poruchy motorového pohonu nebo provádění kontrol v rámci pravidelné preventivní údržby je nejvhodnější realizovat pomocí sady standardních testů a měření na klíčových bodech systému. Vstupním napájením počínaje a výstupem konče jsou v celém systému provedeny nejdůležitější testy pomocí různých měřicích technik a kritérií pro vyhodnocení.

Zde uvádíme nejdůležitější testy pro řešení problémů s motorovými pohony:

(Mějte na paměti, že analyzátory motorových pohonů Fluke vás těmito testy provedou a zajistí automatické provádění mnoha potřebných výpočtů, takže se na výsledky budete moci spolehnout. Navíc můžete data při testování prakticky v libovolném okamžiku ukládat do zpráv a získat tak dokumentaci pro odeslání do počítačového systému pro řízení údržby (CMMS) nebo sdílení s kolegou či konzultantem.

Bezpečnostní upozornění: Nezapomeňte si před zahájením testování vždy přečíst bezpečnostní pokyny k příslušnému produktu. Nepracujte sami a dodržujte místní a státní bezpečnostní předpisy. Používejte prostředky osobní ochrany (schválené gumové rukavice, ochranu obličeje, nehořlavé oblečení), abyste zabránili úrazu elektrickým proudem tam, kde jsou nebezpečné vodiče pod proudem.

Chcete-li začít testovat pomocí analyzátoru motorových pohonů Fluke, stačí připojit měřicí sondy podle schématu a stisknout tlačítko Další.

Připojení typu fáze na fázi
Připojení pro měření vstupních hodnot pohonu s nápovědou krok za krokem

1. Vstup pohonu

Analýza energie dodávané do motorového pohonu představuje skvělý první krok umožňující určit, zda napájecí obvod pohonu vykazuje zkreslení, rušení nebo šum, které mohou mít vliv na uzemnění síťového napájení.

Testy

Porovnejte jmenovité napětí pohonu se skutečným napájecím napětím a rychle zjistíte, zda se hodnoty pohybují v přijatelném rozmezí. Více než 10 % mimo rozsah může naznačovat problém s napájecím napětím. Dále určete, zda vstupní proud nepřekračuje maximální hodnotu a zda jsou vodiče na danou zátěž dostatečně dimenzované.

  • Porovnejte naměřenou frekvenci se specifikovanou frekvencí. Rozdíl větší než 0,5 Hz může způsobovat potíže.
  • Ověřte, zda je úroveň harmonického zkreslení přijatelná. Vizuálně zkontrolujte tvar křivky nebo se podívejte na obrazovku s harmonickým spektrem, na které najdete jak celkové harmonické zkreslení, tak i jednotlivé harmonické. Například křivky s plochými vrcholy mohou indikovat připojení nelineární zátěže ke stejnému napájecímu obvodu. Celkové harmonické zkreslení (THD) větší než 6 % představuje potenciální problém.
  • Zkontrolujte nesymetrii napětí na vstupních svorkách, abyste si ověřili, zda nesymetrie fází není příliš vysoká (je menší než 6 – 8 %) a zda je sled fází správný. Vysoký odečet nesymetrie napětí může naznačovat výpadek fáze. Odečet vyšší než 2 % může vést ke stupňování napětí a k vypnutí ochrany proti přetížení nebo rušení dalšího zařízení.
  • Otestujte nesymetrii proudu. Nadměrná nesymetrie může signalizovat problém usměrňovačem pohonu. Odečet nesymetrie proudu vyšší než 6 % může předznamenávat problém s měničem motorového pohonu a působit potíže.

2. Stejnosměrná sběrnice

Velmi důležitým aspektem je v pohonu přeměna střídavého proudu na stejnosměrný. Pro zajištění optimálního výkonu pohonu je nezbytné mít správné napětí, vhodné vyhlazování a nízké zvlnění napětí. Napětí s vysokým zvlněním může být signálem vadných kondenzátorů nebo nesprávné velikosti připojeného motoru. Funkci záznamu na analyzátorech motorových pohonů Fluke řady MDA-500 lze použít k dynamické kontrole výkonu stejnosměrné sběrnice v provozním režimu a v zátěži. Pro tento test je také možné použít měřicí přístroj Fluke ScopeMeter® nebo multimetr s pokročilými funkcemi.

Testy

Drive DC Bus DC Level1
Zvlnění na stejnosměrné sběrnici
  • Zkontrolujte proporcionalitu napětí na stejnosměrné sběrnici vůči špičkovým hodnotám síťového napětí na vstupu. Kromě řízených usměrňovačů by napětí mělo být asi 1,31 až 1,41krát vyšší než síťové napětí RMS. Nízké stejnosměrné napětí může vést k vypnutí pohonu. Příčinou nízkého napětí může být nízké vstupní síťové napětí nebo zkreslení vstupního napětí například zploštěním vrcholů.
  • Zkontrolujte výskyt jakéhokoli zkreslení nebo chyby ve špičkové amplitudě síťového napětí. Důsledkem může být chyba napětí způsobená podpětím nebo přepětím. Odečet stejnosměrného napětí s odchylkou +/-10 % od jmenovitého napětí může být známkou problému.
  • Určete, zda mají špičky zvlnění střídavého napětí některou úroveň opakovaně odlišnou. Po transformaci střídavého napětí na stejnosměrné zůstává na stejnosměrné sběrnici mírné zvlnění napětí. Zvlnění napětí větší než 40 V může způsobovat porucha kondenzátoru nebo je jmenovitá hodnota pohonu příliš nízká pro připojení motoru a zátěže.
Drive Output Voltage Current1
Napětí a proud na výstupu pohonu

3. Výstup pohonu

Testování výstupu pohonu je pro funkci motoru zásadní a může přinést vodítka k problémům v obvodech pohonu.

Testy

  • Určete, zda je napětí a proud v požadovaném rozmezí. Vysoký výstupní proud může působit velké zahřívání motoru a zkracovat tak životnost izolace statoru.
  • Zkontrolujte, zda je poměr napětí a frekvence (V/Hz) v rámci specifikovaných mezních hodnot, které vyžaduje motor. Vysoký poměr může vést k přehřívání motoru, při nízkém poměru bude motor ztrácet točivý moment. Stabilní frekvence a nestabilní napětí mohou být známkou problému se stejnosměrnou sběrnicí, nestabilní frekvence a stabilní napětí mohou naznačovat potíže se spínáním (prvkem IGBT). Nestabilita frekvence i napětí naznačují problémy s obvody řízení otáček.
  • Zkontrolujte výstupní hodnoty pohonu. Zaměřte se při tom na poměr napětí a frekvence (V/F) a na modulaci napětí. Pokud měřením zjistíte vysoký poměr V/F, hrozí přehřátí motoru. V případě nízkých poměrů V/F nemusí být připojený motor schopen dodat v zátěži točivý moment potřebný k provozu zamýšleného procesu.
  • Zkontrolujte modulaci napětí pomocí měření fáze na fázi. Vysoké napěťové špičky mohou poškodit izolaci vinutí motoru a mohou způsobit vypnutí pohonu. Napěťové špičky vyšší než 50 % jmenovitého napětí mohou představovat problém.
  • Zkontrolujte strmost spínacích impulzů indikovanou odečtem na pohonu. Čas nárůstu či strmost impulzů vyjadřuje odečet dV/dt (rychlost změny napětí v čase) a tuto hodnotu je třeba vztáhnout ke specifikované izolaci motoru.
  • Zkontrolujte frekvenci spínání měřením fáze na DC. Určete, zda se nevyskytuje případný problém s elektronickým spínáním nebo s uzemněním, při němž signál kolísá směrem nahoru a dolů.
  • Změřte nesymetrii napětí, nejlépe při plné zátěži. Nesymetrie by neměla být větší než 2 %. Nesymetrie napětí způsobuje nesymetrii proudu, která může vést k přílišnému zahřívání vinutí motoru. Příčiny nesymetrie mohou spočívat ve vadných obvodech pohonu. Pokud se u některé z fází projeví výpadek, označuje se tento stav jako „přerušení fáze“, které může vést k přehřívání motoru, nerozběhnutí po zastavení a významné ztrátě účinnosti, případně poškození motoru a připojené zátěže.
  • Změřte nevyváženost proudu, která by u třífázových motorů neměla překročit 10 %. Velká nesymetrie při nízkých hodnotách napětí může signalizovat zkrat ve vinutí motoru nebo zkrat fází na uzemnění. Velká míra nesymetrie může způsobit vypnutí pohonu, vysoké teploty motoru a spálení vinutí.

4. Vstup motoru

Nejdůležitější je zajistit přísun napětí na vstupní svorky motoru. Hlavní úlohu při tom hraje výběr kabeláže spojující pohon s motorem. Špatný výběr kabeláže může vést k poškození hnacího ústrojí i motoru kvůli nadměrným odraženým napěťovým špičkám. Tyto testy jsou prakticky totožné jako testy pro výstup pohonu popsané výše.

Testy

  • Ujistěte se, že proud na svorkách odpovídá jmenovitému výkonu daného motoru. Případný nadproud může způsobit nadměrné zahřívání motoru, což zkracuje životnost izolace statoru a může vést až k předčasnému selhání motoru.
  • Modulace napětí pomáhá identifikovat vysoké napěťové špičky na uzemnění, které by mohly poškodit izolaci motoru.
  • Nesymetrie napětí může významně negativně ovlivnit životnost motoru a může být známkou vadného měniče. Důsledkem může být stupňování napětí a vypnutí ochrany proti přetížení.
  • Nesymetrie proudu může ukazovat na nesymetrii napětí nebo problémy s usměrňovačem.
Technik MDA

5. Napětí na motorové hřídeli

Napěťové pulzy pohonů se mohou indukovat ze statoru do rotoru motoru. Výsledkem může být přítomnost elektrického napětí na hřídeli rotoru. Pokud toto napětí na hřídeli rotoru překročí izolační schopnosti maziva ložisek, může docházet k elektrickým výbojům (jiskření), které způsobuje důlkování a vybrušování kroužků motorových ložisek, tedy poškození, které může způsobit předčasné selhání motoru.

Test

  • Změřte napětí mezi pláštěm motoru a hnací hřídelí. Analyzátor MDA-550 například disponuje sondou s uhlíkovými kartáči určenou k tomuto účelu. Tento test umožňuje snadno rozpoznat přítomnost destruktivních elektrických výbojů. Díky amplitudě impulzů a četnosti těchto jevů budete schopni reagovat dříve, než dojde k selhání.
MDA Close Up.jpg

Chcete získat další informace?

Stačí vyplnit krátký formulář Žádost o předvedení a kontaktujeme vás, abychom s vámi naplánovali předvedení přístroje odborným technikem společnosti Fluke. Přístroj si budete moci sami vyzkoušet přímo na svém pracovišti a otestovat jej na měřeních, která nejčastěji provádíte. Uvidíte, jak snadno se naše přístroje používají, a můžete se nechat proškolit v používání přístroje i souvisejícího příslušenství. Takže pokud si ho koupíte, získáte jistotu, že jste si vybrali ten správný přístroj – a že jej dokážete využít naplno.

Získejte ukázku zdarma