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Cinque punti dei test principali per conoscere l'efficienza e le prestazioni della trasmissione del motore

Le trasmissioni dei motori sono una tecnologia onnipresente per la trasformazione della tensione costante dall'alimentazione principale CA in tensione che varia per controllare la coppia e la velocità ideali dei motori che comandano carichi di attrezzature meccaniche. Le trasmissioni dei motori forniscono un'efficienza più elevata rispetto ai semplici motori in linea e un livello di comando non disponibile sui motori a trazione diretta. Questi fattori implicano un risparmio in termini di costi energetici, prestazioni di produzione più elevate e prolungano la vita utile del motore.

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Secondo l'U.S. Department of Energy (DOE), i sistemi dei motori sono cruciali per il funzionamento di quasi ogni impianto poiché rappresentano dal 60% al 70% di tutta l'elettricità utilizzata. Il DOE indica anche le trasmissioni a frequenza variabile (VFD) come una risorsa per consentire agli impianti di risparmiare notevolmente sui costi. Non a caso, le trasmissioni dei motori vengono impiegate comunemente in molte industrie e strutture. Per garantire i tempi di attività di questi sistemi dei motori, la manutenzione e la ricerca guasti sono una priorità.

Sfide relative ai test delle trasmissioni dei motori

La ricerca guasti e i test delle trasmissioni dei motori, note anche come trasmissioni a frequenza variabile (VFD), trasmissioni a velocità variabile (VSD) o trasmissioni a velocità regolabile (ASD), vengono spesso svolti da specialisti con diversi strumenti di prova, inclusi oscilloscopi, multimetri digitali o altri strumenti di misura. I test possono includere un livello di prova e di errore, utilizzando il vecchio processo di eliminazione. A causa della complessità dei sistemi dei motori, spesso i test vengono effettuati annualmente salvo che un sistema inizi a presentare guasti. Stabilire il punto in cui iniziare i test può essere problematico dato che in genere la cronologia degli interventi dell'attrezzatura è assente o incompleta. Sono inclusi la documentazione di test specifici e misurazioni effettuati in precedenza, intervento completato o condizione dei singoli componenti come lasciati. I progressi in termini di tecnologia dei test ha eliminato alcune sfide. Gli strumenti più recenti, come gli analizzatori del motore Fluke MDA-510 e MDA-550 sono studiati per rendere i test della trasmissione del motore più efficaci e approfonditi con la capacità di documentare il processo in ogni fase. I report possono essere memorizzati e confrontati con test successivi per ottenere un quadro più ampio della cronologia di manutenzione della trasmissione del motore.

Un modo più semplice per effettuare la ricerca guasti delle trasmissioni VFD

Unendo le funzioni di un metro, un oscilloscopio portatile e un registratore con la guida di un istruttore competente, questi analizzatori del motore avanzati utilizzano suggerimenti sullo schermo, schemi di configurazione chiari e istruzioni passo-passo scritte da esperti del settore per fornire una guida durante i test fondamentali. Questo nuovo metodo per semplificare i test più complessi consente agli specialisti della trasmissione del motore esperti di lavorare velocemente e con sicurezza per ottenere i dettagli richiesti. Fornisce inoltre un percorso più rapido per i tecnici meno esperti per avviare le analisi della trasmissione del motore.

È possibile raggiungere la causa principale del guasto al sistema di una trasmissione elettrica o svolgere un controllo di manutenzione preventiva di routine al meglio grazie a una serie di test standard e alle misurazioni in corrispondenza dei punti principali presenti nel sistema. Si inizia con l'ingresso di alimentazione, i test principali con diverse tecniche di misurazione e la valutazione dei criteri vengono svolti lungo il sistema e si termina con l'uscita.

Di seguito sono riportati i test fondamentali per la ricerca guasti delle trasmissioni dei motori:

Nota: gli analizzatori del motore Fluke offrono una guida durante i test e automatizzano molti calcoli necessari in modo da avere risultati certi. Inoltre, è possibile salvare i dati su un report in quasi ogni punto del test, pertanto si può avere a disposizione una documentazione da caricare su un sistema di gestione della manutenzione computerizzato (CMMS) o da condividere con colleghi o esperti di consulenza.

Nota sulla sicurezza: Leggere sempre le informazioni di sicurezza dei prodotti prima di iniziare i test. Non lavorare da soli e attenersi ai codici di sicurezza locali e nazionali. Utilizzare dispositivi di protezione personale (guanti di gomma, maschera e indumenti ignifughi omologati) per impedire lesioni da scosse elettriche o arco elettrico in presenza di conduttori esposti sotto tensione pericolosa.

Per iniziare ogni test con un analizzatore del motore Fluke, collegare semplicemente le sonde di prova allo schema, quindi premere "Avanti".

Collegamenti da fase a fase
Connessioni di misurazioni guidate passo a passo dell'ingresso della trasmissione

1. Ingresso della trasmissione

Analizzare l'alimentazione in ingresso nella trasmissione del motore è un'ottima fase iniziale per stabilire se il circuito di un alimentatore diretto verso la trasmissione presenta distorsione, disturbi o rumori che possono incidere sulla massa di alimentazione.

Test

Confrontare la tensione nominale della trasmissione con la tensione effettiva erogata per verificare rapidamente se i valori rientrano nei limiti accettabili. Se i valori risultano fuori gamma di oltre il 10% potrebbe essere presente un problema relativo alla tensione di alimentazione. Stabilire se la corrente di ingresso rientra nella gamma massima e se i conduttori sono della misura opportuna.

  • Confrontare la frequenza misurata con quella specificata. Se la differenza è superiore a 0,5 Hz potrebbero verificarsi dei problemi.
  • Verificare se la distorsione delle armoniche rientra in un livello accettabile. Ispezionare visivamente la forma d'onda o visualizzare lo schermo dello spettro delle armoniche che mostra sia la distorsione delle armoniche totale sia delle singole armoniche. Le forme d'onda con la sommità piatta, ad esempio, possono indicare un carico non lineare collegato allo stesso circuito dell'alimentatore. Se la distorsione delle armoniche totale (THD) è superiore al 6% è probabile che ci sia un problema.
  • Controllare lo squilibrio di tensione in corrispondenza dei terminali d'ingresso per garantire che lo squilibrio di fase non sia troppo elevato (inferiore a un valore compreso tra 6 e 8%) e che la rotazione di fase sia corretta. Una misura di squilibrio di tensione elevata può indicare guasti di fase. Una misura superiore al 2% può determinare il notching di tensione e causare l'innesco della protezione guasti per sovraccarico della trasmissione o potrebbe disturbare altre attrezzature.
  • Test per lo squilibrio di corrente. Uno squilibrio eccessivo potrebbe indicare un problema al raddrizzatore della trasmissione. Una misura dello squilibrio di corrente superiore al 6% potrebbe indicare un problema presente nell'invertitore della trasmissione del motore e causare problemi.

2. Bus CC

La conversione da CA a CC nella trasmissione è di fondamentale importanza. Per ottenere delle prestazioni ottimali è necessario avere la tensione corretta e una fluidità adeguata con bassa ondulazione. Una tensione con ondulazione elevata può indicare condensatori guasti o dimensioni errate del motore collegato. La funzione di registrazione dell'analizzatore del motore Fluke serie MDA-500 può essere impiegata per controllare in maniera dinamica le prestazioni del bus CC nella modalità di esercizio mentre viene applicato un carico. Altrimenti, è possibile utilizzare lo strumento di misura Fluke ScopeMeter® o un multimetro avanzato per questo test.

Test

Drive DC Bus DC Level1
Ondulazione su un bus CC
  • Stabilire se la tensione del bus CC è proporzionale al picco della tensione di rete in ingresso. Ad eccezione dei raddrizzatori controllati, la tensione dovrebbe essere da 1,31 a 1,41 volte la tensione di rete RMS. Una misura bassa di tensione CC può innescare la trasmissione; questa condizione può essere causata da una tensione in ingresso di alimentazione bassa o da una distorsione della tensione in ingresso come la sommità piatta.
  • Verificare l'eventuale presenza di distorsioni o errori nell'ampiezza di picco della tensione di rete. Questa condizione può causare un errore di tensione eccessiva o insufficiente. Una misura di tensione CC di una percentuale di +/- 10% dalla tensione nominale può indicare un problema.
  • Stabilire se i picchi di ondulazione CA hanno un livello di ripetizione diverso. Dopo la conversione CA-CC, una piccola componente di ondulazione CA resterà sul bus CC. Le tensioni di ondulazione superiori a 40 V possono essere provocate da condensatori guasti o da una trasmissione di dimensioni troppo piccole per il motore o carico collegati.
Drive Output Voltage Current1
Tensione e corrente sull'uscita della trasmissione

3. Uscita della trasmissione

Il test dell'uscita della trasmissione è di fondamentale importanza per il funzionamento adeguato del motore e può offrire indizi relativi ai problemi presenti nei circuiti di comando.

Test

  • Stabilire se la tensione e la corrente rientrano nei limiti. La corrente di uscita elevata può surriscaldare il motore e ridurre la durata dell'isolamento dello statore.
  • Controllare che il rapporto tensione/frequenza (V/Hz) rientri nei limiti specificati del motore. Un rapporto elevato può surriscaldare il motore; un rapporto basso determinerà una perdita di coppia. Una frequenza stabile e una tensione instabile possono indicare un problema del bus CC; una frequenza instabile e una tensione stabile possono indicare problemi di commutazione (IGBT). Frequenza e tensione instabili indicano probabili guasti ai circuiti di comando velocità.
  • Controlla l'uscita della trasmissione focalizzandosi sia sulla tensione rispetto al rapporto di frequenza (V/F) sia sulla modulazione di tensione. Quando risultano delle misurazioni del rapporto V/F elevate, il motore potrebbe surriscaldarsi. Con rapporti V/F bassi, il motore connesso potrebbe non essere in grado di fornire la coppia necessaria al carico per azionare sufficientemente il processo desiderato.
  • Verificare la modulazione di tensione con le misurazioni da fase a fase. I picchi di alta tensione possono danneggiare l'isolamento degli avvolgimenti del motore e causare l'innesco della trasmissione. I picchi di tensione superiori al 50% rispetto alla tensione nominale sono problematici.
  • Controllare l'intensità degli impulsi di commutazione indicata dalla misura della trasmissione. Il tempo di salita o l'intensità degli impulsi sono indicati mediante la misura dV/dt (rapporto della variazione di tensione nel tempo) e deve essere confrontata con l'isolamento specifico del motore.
  • Testare la frequenza di commutazione con fase verso CC. Identificare se è presente un guasto relativo alla massa o alla commutazione elettronica, che può essere indicato quando il segnale fluttua verso l'alto e verso il basso.
  • Misurare lo squilibrio di tensione, preferibilmente a pieno carico. Lo squilibrio non dovrebbe superare il 2%. Uno squilibrio di tensione determina lo squilibrio di corrente, che può provocare il surriscaldamento degli avvolgimenti del motore. Tra le cause dello squilibrio possono esserci dei circuiti di comando guasti. Se una fase mostra un guasto viene chiamata "fase singola": il motore si surriscalda, non si riavvia dopo l'arresto, perde notevolmente efficienza e danneggia potenzialmente il motore e il carico collegato.
  • Misurare lo squilibrio di corrente, che non deve superare il 10% per i motori trifase. Un grande squilibrio quando la tensione è bassa può indicare il cortocircuito a massa degli avvolgimenti del motore o delle fasi. Uno squilibrio elevato può causare anche l'azionamento della trasmissione, temperature elevate del motore e bruciatura degli avvolgimenti

4. Ingresso del motore

La tensione erogata ai terminali di ingresso del motore è un fattore chiave e la selezione del cavo dalla trasmissione al motore è di fondamentale importanza. Una selezione non corretta del cablaggio può risultare in un danneggiamento sia della trasmissione sia del motore dovuto a picchi di tensione riflessa eccessivi. Questi test sono quasi identici a quelli relativi all'uscita della trasmissione illustrati in precedenza.

Test

  • Controllare se la corrente presente in corrispondenza dei terminali rientra nell'intervallo del motore. Le condizioni di sovracorrente possono causare il surriscaldamento del motore e ridurre la vita utile dell'isolamento dello statore, che può comportare il guasto prematuro del motore.
  • La modulazione di tensione aiuta a identificare i picchi di tensione elevata verso la massa che possono danneggiare l'isolamento del motore.
  • Lo squilibrio di tensione può incidere notevolmente sulla vita utile del motore e può indicare che l'invertitore è guasto. Questa condizione può portare al notching di tensione e all'innesco della protezione guasti per sovraccarico.
  • Uno squilibrio di corrente può indicare uno squilibrio di tensione o problemi relativi al raddrizzatore della trasmissione.
MDA Engineer

5. Tensione dell'albero motore

Gli impulsi di tensione da una trasmissione del motore possono agganciarsi dallo statore al rotore di un motore, provocando l'apparizione di una tensione sull'albero rotore. Quando tale tensione dell'albero rotore supera la capacità di isolamento del lubrificante del cuscinetto, possono verificarsi delle correnti di scarica (scintille), che provocano la perforazione o la deformazione della corsa dei cuscinetti, un danno che può portare al guasto prematuro del motore.

Test

  • Misurare la tensione tra il telaio del motore e l'albero della trasmissione. MDA-550, ad esempio, è dotato di una sonda con spazzola in fibra di carbonio a tale scopo. Il test è in grado di rilevare facilmente la presenza di correnti di scarica distruttive, mentre l'ampiezza dell'impulso e il conteggio degli eventi consentiranno di intervenire prima che si verifichi un guasto.
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