W tym artykule skupiliśmy się jednak na analizie drgań i testowaniu silników, ponieważ to one są najczęściej przedmiotem dyskusji przy określaniu najbardziej skutecznych i wszechstronnych technologii predykcyjnych dla silników elektrycznych. Omawiając testowanie silnika, ważne jest rozróżnienie pomiędzy testowaniem silnika online wykonywanym, gdy silnik jest pod napięciem, a testowaniem offline na silniku pozbawionym zasilania.
| Rysunek 1. Analiza sygnatury prądu silnika za pomocą FFT. |
Testowanie silnika w trybie offline, często określane jako analiza obwodu silnika (MCA) lub ocena obwodu silnika (MCE), wykrywa głównie tryby awarii związane z uzwojeniem stojana, izolacją, okablowaniem i połączeniami. Można również ocenić stan szczeliny powietrznej i klatki silnika. Większości z tych rodzajów defektów (np. uszkodzeń izolacji, degradacji kabla, wadliwych styków, luźnych połączeń, rozwijających się uszkodzeń uzwojeń, zwarć doziemnych) nie można wykryć za pomocą innych technologii. Chociaż MCA wymaga odłączenia silnika elektrycznego przed testowaniem, może to być czasochłonne. Z tego powodu jest często stosowana metoda, jako kontrola silników instalowanych i demonontowanych lub rozwiązywania problemów, a także dobrze pasuje do programu kontroli okresowych. W zastosowaniach niskonapięciowych, przy odpowiednim przygotowaniu, można sprawnie przeprowadzić inspekcje, co pozwala na przetestowanie do 25 silników w ciągu 8 godzin dziennie. W przypadku silników wysokiego napięcia testowanie będzie wymagało znacznie więcej czasu, ponieważ należy dodać pomiary wyładowań niezupełnych i tan delta, ale są to zazwyczaj krytyczne instalacje w instalacji.
Analiza sygnatury prądu silnika (MCSA) i analiza sygnatury elektrycznej (ESA) oceniają stan układu silnika podczas pracy. Chociaż MCSA teoretycznie mierzy tylko prąd silnika, a ESA mierzy zarówno prąd, jak i napięcie, często oba terminy są używane zamiennie. Dlatego termin MCSA jest często używany w odniesieniu do analizy silnika online, w tym także pomiarów napięcia. Analiza silnika online stanowi doskonały sposób na określenie stanu stojana i wirnika oraz monitorowanie sprawności silnika. Wykrywa również problemy z zasilaniem i sterowaniem. Testowanie silników online nadaje się szczególnie do stałego monitorowania połączonego z automatycznym wykrywaniem problemów, bez konieczności stosowania kosztownych dodatkowych systemów monitorowania.
Analiza drgań, stosowana okresowo lub w trybie online, jest najskuteczniejszą techniką wykrywania szerokiego zakresu problemów mechanicznych w silnikach (i ogólnie w urządzeniach obrotowych). Wady łożysk, niewspółosiowość, luzy, niewyważenie, rezonans i problemy ze smarowaniem wpływają na zachowanie wibracji.
| Rysunek 2. Analiza drgań z wykorzystaniem czujników bezprzewodowych. |
Niektóre problemy elektryczne, takie jak defekty związane z wirnikiem lub luźna łapa, można również wykryć za pomocą pomiarów wibracji, ale analiza sygnatur elektrycznych będzie dokładniejsza w ich określeniu.
I odwrotnie, niektóre defekty mechaniczne będą wykrywalne na podstawie sygnatury prądu silnika, ale analiza drgań będzie najdokładniejsza. Najbardziej czułą techniką jest ta, która bezpośrednio mierzy pierwotny efekt fizyczny generowany przez defekt. Prowadzi to do tabeli na Rysunku 3, podsumowującej zastosowanie różnych technologii predykcyjnych dla różnych trybów awarii.
| Rysunek 3. Możliwość zastosowania różnych technologii predykcyjnych. |
Wskazanie, którą technikę pomiarową wykorzystać jako pierwszą technologię, zależy oczywiście również od tego, które defekty są najbardziej prawdopodobne. Chociaż obecnie w przemyśle trudno jest określić dokładną proporcję różnych pierwotnych przyczyn awarii silników, często cytowane badanie przeprowadzone przez EASA (Electrical Apparatus Service Association) przedstawiono na Rysunku 4. Według tego badania przeprowadzonego na początku XXI wieku ponad połowę awarii silników można przypisać problemom z łożyskami.
W zależności od konkretnej sytuacji zakładu rzeczywiste liczby mogą się różnić, ale faktem jest, że defekty łożysk są odpowiedzialne za znaczną część awarii silników. Ponadto analiza drgań zagwarantuje, że częstość występowania uszkodzeń łożysk będzie mogła zostać znacznie zmniejszona poprzez wczesne wykrycie podstawowych przyczyn problemów, takich jak niewyważenie, problemy z współosiowością, rezonans i, oczywiście, problemy ze smarowaniem. Są one znacznie trudniejsze (lub, w przypadku problemów ze smarowaniem, praktycznie niemożliwe) do wykrycia za pomocą pomiarów elektrycznych.
| Rysunek 4. Przyczyny awarii silnika elektrycznego. |