Polski

Pięć kluczowych testów pozwalających poznać sprawność i wydajność napędów silnikowych

Napędy silnikowe są powszechnie używane do przekształcania stałego napięcia ze źródła prądu przemiennego na napięcie zmienne umożliwiające sterowanie momentem obrotowym i prędkością silników napędzających urządzenia mechaniczne. Silniki z napędami mają większą sprawność niż proste silniki niesterowane i dają możliwości sterowania nieosiągalne w przypadku silników zasilanych bezpośrednio. Wszystko to przekłada się na oszczędność energii, wyższą wydajność pracy i większą żywotność silnika.

MDA Profile.jpg

Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) systemy silników elektrycznych mają kluczowe znaczenie dla działania niemal wszystkich zakładów przemysłowych i odpowiadają za zużycie od 60% do 70% całej wykorzystywanej energii elektrycznej. DOE wskazuje również napędy falownikowe (VFD) jako potencjalne źródło znaczących oszczędności w przemyśle. Napędy silnikowe są powszechnie używane w wielu zakładach oraz gałęziach przemysłu. Konserwacja i sprawne rozwiązywanie problemów mają kluczowe znaczenie dla bezproblemowego działania takich systemów napędowych.

Wyzwania związane z testowaniem napędów silnikowych

Rozwiązywanie problemów i testowanie napędów silnikowych, zwanych również napędami falownikowymi (przemiennikami częstotliwości), napędami o zmiennej częstotliwości (VFD), napędami o zmiennej prędkości (VSD) lub napędami o regulowanej prędkości (ASD), to zadanie dla specjalistów korzystających z różnego rodzaju przyrządów pomiarowych, w tym oscyloskopów, multimetrów cyfrowych i innych. Takie testy mogą obejmować metodę prób i błędów z wykorzystaniem odwiecznego procesu eliminacji. Ze względu na złożoność systemów silnikowych testy często przeprowadza się raz w roku, o ile system nie ulega wcześniej awarii. Określenie miejsca rozpoczęcia testowania może być problematyczne ze względu na brak lub niekompletność informacji dotyczących historii eksploatacji urządzeń. Może to dotyczyć dokumentacji wykonanych w przeszłości testów i pomiarów, przeprowadzonych prac przy urządzeniach oraz dokumentacji stanu poszczególnych komponentów po zakończeniu prac. Postępy w dziedzinie technik testowania pozwoliły wyeliminować niektóre z tych trudności. Nowsze przyrządy, takie jak analizatory napędów silnikowych Fluke MDA-510 i MDA-550, zostały zaprojektowane w taki sposób, by usprawnić testy napędów silnikowych i uzyskać z nich więcej informacji, a także umożliwić dokumentowanie wszystkich etapów procesu. Generowane raporty można przechowywać i porównywać z wynikami kolejnych testów w celu uzyskania lepszego obrazu historii konserwacji danego napędu silnikowego.

Łatwiejszy sposób wyszukiwania i usuwania usterek napędów o zmiennej częstotliwości

Zaawansowane analizatory napędów silnikowych łączą funkcje miernika, ręcznego oscyloskopu i rejestratora, jednocześnie dostarczając fachowych wskazówek. Zastosowanie monitów ekranowych, przejrzystych schematów podłączeń i szczegółowych instrukcji przygotowanych przez ekspertów w dziedzinie napędów silnikowych bardzo ułatwia technikom wykonywanie niezbędnych testów. Nowa metoda dzielenia i upraszczania skomplikowanych procedur testowania pozwala doświadczonym serwisantom napędów silnikowych szybko i pewnie uzyskiwać potrzebne informacje. W przypadku mniej doświadczonych techników wykorzystanie tej metody bardzo przyspiesza opanowanie zasad analizy napędów silnikowych.

Najskuteczniejszym sposobem na znalezienie podstawowej przyczyny awarii systemu napędowego lub przeprowadzenie rutynowej inspekcji podczas konserwacji zapobiegawczej jest zastosowanie zestawu standardowych testów i pomiarów w najważniejszych miejscach układu. W kluczowych punktach systemu, od wejścia zasilania po wyjście, wykonywane są odpowiednie testy wykorzystujące różne techniki pomiarowe i kryteria oceny.

Poniżej przedstawiono najważniejsze testy umożliwiające wyszukiwanie i usuwanie awarii związanych z napędami silnikowymi:

Analizatory napędów silnikowych Fluke prowadzą użytkownika przez proces testowania i automatyzują znaczną część niezbędnych obliczeń, co przekłada się na dużą pewność wyników. Dane pomiarowe niemal z dowolnego momentu testowania można również zapisać w raporcie, co ułatwia przygotowanie dokumentacji w celu przesłania do komputerowego systemu zarządzania konserwacją (CMMS) bądź udostępnienia współpracownikom lub konsultantom.

Wskazówki dotyczące bezpieczeństwa: przed rozpoczęciem testowania należy zawsze zapoznać się z informacjami na temat bezpieczeństwa produktu. Nie należy pracować samotnie, a przez cały czas trzeba przestrzegać lokalnych i krajowych przepisów dotyczących bezpieczeństwa. W przypadku pracy na odsłoniętych przewodach pozostających pod napięciem należy używać środków ochrony osobistej (atestowanych rękawic gumowych, osłony na twarz i odzieży ognioodpornej) zabezpieczających przed porażeniem prądem i skutkami wybuchowego wyładowania łukowego.

W celu rozpoczęcia testu przy użyciu analizatora napędów silnikowych Fluke podłącz sondy zgodnie ze schematem i naciśnij przycisk Next (Dalej).

Połączenia międzyfazowe
Połączenia do pomiaru zasilania napędu z udzielanymi krok po kroku wskazówkami

1. Wejście zasilania napędu

Analiza zasilania na wejściu napędu silnikowego to pierwszy krok umożliwiający wykrycie w obwodzie zasilającym zniekształceń, zakłóceń lub szumów, które mogą mieć wpływ na uziemienie zasilania.

Testy

Porównaj nominalne napięcie znamionowe napędu z rzeczywistym napięciem zasilania, aby szybko ocenić, czy wartości mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Przekroczenie zakresu o ponad 10% może oznaczać problem z napięciem zasilania. Sprawdź prąd wejściowy, aby określić, czy nie przekracza on maksymalnej wartości znamionowej i czy przekrój przewodów jest odpowiednio dobrany.

  • Porównaj częstotliwość zmierzoną ze znamionową. Różnica większa niż 0,5 Hz może powodować problemy.
  • Sprawdź, czy poziom zniekształceń harmonicznych jest akceptowalny. Sprawdź wzrokowo kształt przebiegu lub wyświetl ekran widma składowych harmonicznych, na którym przedstawione są zarówno całkowite zniekształcenia harmoniczne, jak i poszczególne składowe. Przebiegi o spłaszczonych szczytach mogą na przykład oznaczać, że do tego samego obwodu zasilającego jest podłączone obciążenie nieliniowe. Jeśli współczynnik całkowitych zniekształceń harmonicznych (THD) przekracza 6%, może to oznaczać problem.
  • Sprawdź asymetrię napięcia na zaciskach wejściowych, aby sprawdzić, czy asymetria faz nie przekracza 6–8%, a rotacja faz jest prawidłowa. Jeśli pomiar wskazuje dużą asymetrię napięcia, może to oznaczać awarię fazy. Wartość przekraczająca 2% może prowadzić do skoków napięcia i powodować załączanie zabezpieczenia przeciążeniowego napędu lub zakłócać pracę innych urządzeń.
  • Wykonaj test asymetrii prądu. Nadmierna asymetria może oznaczać problem z prostownikiem napędu. Zmierzona asymetria prądu przekraczająca 6% może sygnalizować problem z falownikiem napędu silnikowego, co będzie wymagać interwencji.

2. Szyna DC

W napędzie silnikowym konwersja z prądu przemiennego na stały ma kluczowe znaczenie. Prawidłowe napięcie i wygładzenie o niskim tętnieniu jest wymagane do zapewnienia wysokiej wydajności napędu. Wysokie napięcie tętnień może sygnalizować wadliwe kondensatory lub dobór silnika o złej wielkości. Funkcja rejestrowania analizatorów z serii MDA-500 może być wykorzystana do dynamicznego sprawdzenia szyny DC w trybie pracy pod obciążeniem. Do wykonania tego testu można również użyć przyrządu pomiarowego Fluke ScopeMeterR lub zaawansowanego multimetru.

Testy

Szyna DC napędu, poziom DC 1
Tętnienie na szynie DC
  • Określ, czy napięcie na szynie DC jest proporcjonalne do wartości szczytowej napięcia sieciowego. Z wyjątkiem prostowników regulowanych napięcie powinno być od 1,31 do 1,41 raza wyższe od wartości skutecznej (RMS) napięcia sieciowego. Niska wartość napięcia DC może powodować wyłączenie napędu, co może wynikać z niskiego napięcia zasilania sieciowego lub zniekształceń napięcia wejściowego, na przykład spłaszczenia szczytów.
  • Sprawdź, czy nie występują zniekształcenia lub błędy amplitudy szczytowej napięcia sieciowego. Może to powodować błędy związane ze zbyt wysokim lub zbyt niskim napięciem. Odczyt napięcia DC odbiegającego od napięcia znamionowego o więcej niż +/-10% może sygnalizować problem.
  • Określ, czy wartości szczytowe tętnienia prądu zmiennego mają różny poziom powtarzalności. Po konwersji AC/DC na szynie DC pozostaje niewielka składowa tętnienia AC. Napięcia tętnienia przekraczające 40 V mogą być spowodowane przez uszkodzone kondensatory lub zbyt niskie parametry znamionowe napędu dla podłączonego silnika lub odbiornika.
Wyjście napędu, napięcie i prąd 1
Napięcie i prąd na wyjściu napędu

3. Wyjście napędu

Testowanie wyjścia napędu ma duże znaczenie dla prawidłowego działania silnika i może dostarczać informacji o problemach w obwodach napędu.

Testy

  • Sprawdź, czy wartości napięcia i prądu mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Duży prąd wyjściowy może prowadzić do przegrzewania się silnika i zmniejszenia żywotności izolacji stojana.
  • Sprawdź, czy stosunek napięcia do częstotliwości (V/Hz) mieści się w granicach określonych w specyfikacji silnika. Zbyt wysoka wartość może powodować przegrzewanie się silnika, natomiast wartość zbyt niska prowadzi do obniżenia momentu obrotowego silnika. Stabilna częstotliwość i niestabilne napięcie mogą wskazywać na problemy z szyną DC, podczas gdy niestabilna częstotliwość i stabilne napięcie mogą oznaczać problemy z kluczowaniem (tranzystorami IGBT). Niestabilność częstotliwości i napięcia może sygnalizować problemy z obwodami sterowania prędkością.
  • Sprawdzaj wyjście napędu falownikowego, koncentrując się na stosunku napięcia do częstotliwości (U/f) i modulacji napięcia. Przy wysokim stosunku U/f silnik może się przegrzewać. Przy niskim stosunku U/f podłączony silnik elektryczny może nie być w stanie dostarczyć wymaganego momentu obrotowego pod obciążeniem, aby skutecznie napędzać zamierzony proces.
  • Sprawdź modulację napięcia, wykonując pomiary międzyfazowe. Wysokie wartości szczytowe napięcia mogą powodować uszkodzenie izolacji uzwojenia silnika i wyłączenie napędu. Za problematyczne uznaje się wartości szczytowe napięcia przekraczające napięcie znamionowe o ponad 50%.
  • Sprawdź stromość impulsów kluczujących widocznych na odczycie z napędu. Czas narastania lub stromość impulsów są wskazywane przez odczyt dV/dt (tempo zmian napięcia w czasie). Wartość należy porównać ze specyfikacją izolacji silnika elektrycznego.
  • Przetestuj częstotliwość przełączania faza-DC. Sprawdź, czy nie występują problemy z przełączaniem elektronicznym lub uziemieniem, czego objawem może być dryfowanie sygnału w górę i w dół.
  • Zmierz asymetrię napięć, najlepiej przy pełnym obciążeniu. Asymetria nie powinna przekraczać 2%. Asymetria napięcia powoduje asymetrię prądu, która może prowadzić do nadmiernego nagrzewania się uzwojenia silnika. Jedną z przyczyn asymetrii może być uszkodzenie obwodów napędu. Usterka fazy powoduje pracę jednofazową, która może prowadzić do nagrzewania się silnika podczas pracy, problemów z jego uruchomieniem po zatrzymaniu, znacznej utraty sprawności, a nawet uszkodzenia silnika i podłączonego obciążenia.
  • W przypadku silników trójfazowych zmierzona asymetria prądu nie powinna przekraczać 10%. Duża asymetria przy niskim napięciu może wskazywać na zwarcie w uzwojeniu silnika lub zwarcie faz do ziemi. Duża asymetria może również spowodować wyłączanie napędu, silne nagrzewanie się silnika i przepalanie uzwojeń.

4. Wejście silnika

Napięcie doprowadzone do zacisków wejściowych silnika ma kluczowe znaczenie, podobnie jak dobór kabli łączących napęd z silnikiem. Nieprawidłowy dobór kabli grozi uszkodzeniem napędu i silnika z powodu nadmiernych skoków napięcia odbitego. Wykonywane testy są w większości przypadków identyczne z opisanymi powyżej testami wyjścia napędu.

Testy

  • Sprawdź, czy prąd na zaciskach odpowiada wartości znamionowej dla silnika. Zbyt wysoki prąd może powodować przegrzewanie się silnika, co skraca okres eksploatacji izolacji stojana i może powodować przedwczesne zużycie silnika.
  • Modulacja napięcia pomaga w identyfikacji wysokich skoków napięcia względem masy, które mogłyby uszkodzić izolację silnika.
  • Asymetria napięcia jest szkodliwa dla silnika, a jej występowanie może świadczyć o uszkodzeniu falownika. Powstające skoki napięcia mogą powodować załączanie zabezpieczenia przeciążeniowego.
  • Asymetria prądu może wskazywać na asymetrię napięcia lub problemy z prostownikiem napędu.
Inżynier MDA

5. Napięcie wału silnika

Impulsy napięciowe z napędu o zmiennej częstotliwości mogą przenosić się ze stojana silnika na jego wirnik, powodując pojawienie się napięcia na wale silnika. Gdy napięcie wału wirnika przekracza możliwości izolacyjne smaru łożyskowego, to mogą występować przebicia prądu (iskrzenie), powodujące korozję wżerową i żłobkowanie bieżni łożyska, co może powodować przedwczesną awarię silnika.

Test

  • Zmierz napięcie między obudową silnika a wałem napędowym. Analizatory z serii MDA-550 są do tego celu wyposażone w szczotkowe końcówki sond wykonane z włókna węglowego. Test niezawodnie wykrywa szkodliwe prądy przebicia, podczas gdy pomiar amplitudy impulsów i zliczanie zdarzeń umożliwiają podjęcie działań zapobiegawczych przed wystąpieniem awarii.
MDA Close Up.jpg

Czy chcesz dowiedzieć się więcej?

Wypełnij krótki formularz „Zamów demonstrację” — skontaktujemy się z Tobą, aby umówić termin demonstracji, która zostanie przeprowadzona przez wykwalifikowanego inżyniera firmy Fluke. Podczas praktycznej demonstracji przyrządu w Twoim miejscu pracy będziesz mieć możliwość przetestowania go w istotnych dla Ciebie pomiarach. Przekonasz się, jak proste w obsłudze są nasze przyrządy, a także przejdziesz szkolenie i uzyskasz porady w zakresie przyrządów oraz powiązanych akcesoriów. Jeśli zdecydujesz się więc na zakup, wybierzesz na pewno odpowiedni dla siebie przyrząd i będziesz w stanie w pełni wykorzystać jego możliwości!

Poproś o darmową demonstrację