Пять ключевых контрольных точек для диагностики эффективности и проверки рабочих характеристик электроприводов

Электроприводы являются широко распространенной технологией, которая позволяет преобразовывать непрерывное напряжение от сети переменного тока в напряжение, которое можно изменять и таким образом регулировать крутящий момент и скорость электродвигателей. Эта технология идеально подходит для электродвигателей, которые приводят в движение нагрузки механического оборудования. Электроприводы являются более эффективными, чем простые электродвигатели прямого пуска, и отличаются высокой управляемостью, которая недоступна на простых двигателях прямого привода. Все это обеспечивает снижение расходов на электроэнергию, повышает производительность и увеличивает срок службы электродвигателя.

В соответствии с отчетом Министерства энергетики США (DOE) системы электродвигателей имеют крайне важное значение для работы почти каждого предприятия. На электродвигатели приходится 60–70 % всей потребляемой электроэнергии. В документах Министерства энергетики США также говорится о том, использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на предприятиях позволяет обеспечить значительную экономию средств. Неудивительно, что электроприводы широко распространены во многих отраслях промышленности и на многих предприятиях. Диагностика и техническое обслуживание таких систем электродвигателей являются ключевыми условиями обеспечения их безотказной работы.

Сложности при проверке электроприводов

Обычно диагностика и проверка электроприводов, также известных как частотно-регулируемые приводы (ЧРП), приводы с регулируемой частотой вращения (ПРЧВ) или электроприводы с регулируемой скоростью (ЭРС), выполняется с использованием нескольких измерительных приборов, включая осциллографы, цифровые мультиметры и другие приборы. В ходе таких проверок часто используется метод проб и ошибок, а также традиционный метод исключения. Из-за сложности систем электродвигателей их проверка обычно выполняется раз в год, за исключением случаев, когда система начинает выходить из строя. Документация по истории работы оборудования часто отсутствует или предоставлена не в полном объеме, в связи с этим сложно решить, с чего следует начинать проверку. К такой документации относятся документы о проведении конкретных проверок и ранее выполненных измерений, отчеты о проведенных работах и описание состояния отдельных компонентов после проведения тех или иных работ. Новые достижения в области выполнения проверок позволили решить некоторые проблемы. Современные приборы, такие как анализаторы работы электроприводов Fluke MDA-510 и MDA-550, делают проверку электроприводов более эффективной и информативной благодаря функции документирования каждого этапа работы. Эти отчеты можно хранить и сравнивать с дальнейшими результатами проверок для получения более полного представления об истории обслуживания электропривода.

Более легкий способ выполнения диагностики ЧРП

Эти современные анализаторы электроприводов сочетают в себе функции измерительного прибора, портативного осциллографа и регистратора. На экране прибора отображаются подсказки, понятные диаграммы по настройке, а также пошаговые инструкции, написанные специалистами по работе с электроприводами, которые помогут вам провести основные проверки. Этот новый метод заключается в разделении на части и упрощении сложных проверок. Он позволяет опытным специалистам по работе с электроприводами работать быстрее и получать достоверную необходимую информацию. Кроме того, этот метод позволяет менее опытным техническим специалистам быстрее научиться выполнять процедуры анализа электроприводов.

Поиск первопричины неисправности системы электропривода или выполнение регулярных проверок в рамках профилактического технического обслуживания лучше всего выполнять с помощью набора стандартных тестов и измерений в ключевых точках системы. Проверки начинаются на входе питания, ключевые проверки с использованием различных методов измерения и критериев оценки выполняются по всей системе, и завершаются проверки на выходе.

Ниже приводятся основные проверки для диагностики электроприводов:

Обратите внимание, что выполнение этих проверок на анализаторах электроприводов Fluke осуществляется с пошаговыми инструкциям, кроме того, многие необходимые расчеты выполняются автоматически, поэтому вы можете быть уверены в полученных результатах. Вы также можете сохранять данные в отчете практически в любой момент проверки, что позволяет загрузить документацию в компьютеризированную систему управления техобслуживанием (CMMS) или отправить ее коллеге или эксперту-консультанту.

Примечание по технике безопасности:
Помните, что перед началом проверки всегда необходимо прочитать информацию по технике безопасности для конкретного прибора. Не работайте в одиночку и соблюдайте региональные и государственные правила техники безопасности. Используйте средства индивидуальной защиты (утвержденные резиновые перчатки, маски и огнестойкую одежду) для предотвращения поражения электрическим током и получения травмы в результате дугового разряда при работе с опасными проводниками под напряжением.

Для начала проверки с помощью анализатора электроприводов Fluke просто подключите измерительные датчики в соответствии со схемой, затем нажмите кнопку «Далее».

1. Вход привода

Анализ электропитания, поступающего на электропривод, является эффективным первым действием для определения наличия в питающей цепи искажений, помех или шумов, которые могут повлиять на заземление.

Проверки

Сравните номинальное напряжение привода с фактическим подаваемым напряжением, чтобы быстро определить, находятся ли значения в допустимых пределах. Если выход за пределы диапазона составляет более 10 %, это может говорить о наличии проблем с напряжением питания. Убедитесь, что входной ток находится в пределах максимально допустимого номинала, а проводники имеют подходящий размер.

• Сравните измеренное значение частоты с заданным значением. Разница, составляющая более 0,5 Гц, может привести к возникновению проблем.
• Убедитесь, что гармоническое искажение находится в пределах допустимого уровня. Визуально проверьте форму сигнала или просмотрите экран гармонического спектра, на котором показано как общее гармоническое искажение, так и отдельные гармоники. Например, формы сигнала с плоской вершиной могут свидетельствовать о нелинейной нагрузке, подключенной к той же питающей цепи. Если общее гармоническое искажение (THD) превышает 6 %, это говорит о наличии потенциальной проблемы.
• Проверьте асимметрию напряжения на входных клеммах, чтобы убедиться в том, что асимметрия фаз не слишком высокая (меньше 6–8 %), и что чередование фаз является правильным. Высокое значение асимметрии напряжения может указывать на обрыв фазы. Показание, превышающее 2 %, может привести к прерыванию напряжения и срабатыванию системы защиты привода от перегрузки или нарушить работу другого оборудования.
• Проверка асимметрии тока. Чрезмерная асимметрия может указывать на неисправность выпрямителя привода. Асимметрия тока более 6 % может указывать на неисправность преобразователя электропривода и привести к потенциальным проблемам.

2. Шина постоянного тока

Преобразование переменного тока в постоянный в приводе имеет огромное значение. Правильное напряжение и соответствующее сглаживание с низким уровнем пульсаций необходимо для обеспечения максимальной производительности привода. Высокий уровень пульсаций напряжения может быть признаком неисправности конденсаторов или некорректного определения размеров подключенного электродвигателя. Функцию записи анализатора электроприводов Fluke серии MDA-500 можно использовать для динамической проверки производительности шины постоянного тока в рабочем режиме с нагрузкой. В качестве альтернативы для выполнения данной проверки можно использовать измерительный прибор Fluke ScopeMeter® или усовершенствованный мультиметр.

Проверки

• Определите, является ли напряжение шины постоянного тока пропорциональным пиковому значению входного напряжения линии. За исключением управляемых выпрямителей, напряжение должно быть кратно 1,31–1,41 среднеквадратичного значения напряжения линии. Низкие показания напряжения постоянного тока могут привести к срабатыванию привода, что может быть вызвано низким входным напряжением сети или каким-либо искажением входного напряжения, например искажением плоской вершиной.
• Проверьте наличие любых искажений или ошибок в пиковой амплитуде напряжения линии. Это может привести к ошибке, связанной с повышенным или пониженным напряжением. Показание напряжения постоянного тока ±10 % от номинального напряжения может свидетельствовать о наличии неисправности.
• Определите, имеют ли пики пульсации переменного тока разный уровень повторений. После преобразования переменного тока в постоянный на шине постоянного тока будет оставаться небольшая составляющая пульсации переменного тока. Напряжения пульсации выше 40 В могут быть вызваны неисправностью конденсаторов или недостаточным номиналом привода для подключенного электродвигателя или нагрузки.

3. Выход привода

Проверка на выходе привода имеет огромное значение для обеспечения правильной работы электродвигателя и может помочь в решении проблем, возникающих в цепях привода.

Проверки

Убедитесь, что напряжение и ток находятся в соответствующих пределах. Из-за высокого выходного тока электродвигатель может перегреваться, что сокращает срок службы изоляции статора.

• Убедитесь, что отношение напряжения к частоте (В/Гц) находится в пределах установленного диапазона для электродвигателя. При высоком отношении электродвигатель может перегреться, при низком отношении произойдет снижение крутящего момента электродвигателя. Стабильное значение частоты и нестабильное значение напряжения могут указывать на неисправность шины постоянного тока; нестабильное значение частоты и стабильное значение напряжения могут свидетельствовать о проблемах переключения (БТИЗ).
• Нестабильные значения частоты и напряжения свидетельствуют о потенциальных проблемах с цепями регулировки скорости.
• Проверьте выходную мощность привода, обращая внимание на отношение напряжения к частоте (Н/Ч) и на модуляцию напряжения. При высоком соотношении напряжения/частоты электродвигатель может перегреться. При низким отношении Н/Ч подключенный электродвигатель может не обеспечивать крутящий момент под нагрузкой, необходимый для эффективного выполнения заданного процесса.
• Проверьте модуляцию напряжения, используя измерения между фазами. Высокие пики напряжения могут повредить изоляцию обмотки электродвигателя и привести к срабатыванию привода. Пики напряжения выше 50 % от номинального напряжения свидетельствуют о наличии неисправности.
• Проверьте скорость нарастания импульсов переключения, отображенную в показаниях для привода. Время или скорость нарастания импульсов указывается в виде значений dV/dt (скорость изменения напряжения со временем), которые необходимо сравнить с указанной изоляцией электродвигателя.
• Проверьте частоту переключения для фазы постоянного тока. Проверьте наличие потенциальных неисправностей электронного переключателя или заземления — об этих неисправностях может свидетельствовать сигнал, плавающий вверх и вниз.
• Измерьте асимметрию напряжения, желательно при полной нагрузке. Асимметрия не должна превышать 2 %. Асимметрия напряжения приводит к асимметрии тока, которая может привести к избыточному нагреву обмотки электродвигателя. Одной из причин возникновения асимметрии может быть неисправность цепей привода. Неисправность одной из фаз называется «обрывом фазы», в результате которого электродвигатель может нагреваться, не запускаться после остановки, кроме того, это может привести к значительному снижению эффективности, а также повреждению электродвигателя и подключенной нагрузки.
• Измерьте асимметрию токов: она не должна превышать 10 % для трехфазных электродвигателей. Большая асимметрия при низком напряжении может указывать на наличие короткого замыкания на обмотках электродвигателя или короткого замыкания фаз на землю. Большая асимметрия может также привести к срабатыванию привода, высоким температурам электродвигателя и обгоранию обмоток.

4. Вход электродвигателя

Напряжение, подаваемое на входные клеммы электродвигателя, является ключевым показателем, кроме того, огромное значение имеет выбор кабеля, соединяющего привод с электродвигателем. Неправильный выбор кабелей может привести к повреждению привода и электродвигателя из-за чрезмерного отраженного пикового напряжения. Эти проверки в значительной мере аналогичны проверкам на выходе привода, описанным выше.

Проверки

• Убедитесь, что ток на клеммах находится в пределах номинала электродвигателя. Превышение тока может стать причиной нагревания электродвигателя и снизить срок службы изоляции статора, что может привести к преждевременному отказу электродвигателя.
• Модуляция напряжения помогает определить высокие пики напряжения на землю, которые могут повредить изоляцию электродвигателя.
• Асимметрия тока, которая может значительно повлиять на срок службы электродвигателя и может быть признаком наличия неисправности преобразователя. Это может привести к прерыванию напряжения и стать причиной срабатывания системы защиты от перегрузки.
• Асимметрия тока может указывать на асимметрию напряжения или на неисправности выпрямителя привода.

5. Напряжение на концах вала электродвигателя

Импульсы напряжения от электропривода могут замыкаться от статора электродвигателя к ротору, что приводит к появлению напряжения на валу ротора. Когда напряжение на валу ротора превышает изоляционную способность смазки подшипника, могут возникнуть токи искрового разряда (искрение), что приведет к образованию питтинговой коррозии и канавок на обойме подшипника электродвигателя, из-за чего электродвигатель может преждевременно выйти из строя.

Проверка

Измерьте напряжение между «массой» электродвигателя и валом привода. Например, модель MDA-550 для этой цели оснащена датчиком с щеткой из углеродного волокна. Эта проверка позволяет легко обнаружить наличие разрушительных токов искрового разряда, в то время как показания амплитуды импульса и счетчик событий позволяют принять необходимые меры до возникновения неисправности.