Při posuzování kvality motoru existují dva hlavní parametry: měření odporu cívky motoru a měření izolačního odporu cívky a pláště. Dnes se budeme podrobně zabývat tím, proč a jak testujeme motory, se zaměřením na třífázové asynchronní motory. Diagnostika motorů elektrických pohonů napájených z frekvenčních měničů je v současné době důležitá. Tento článek popisuje možnosti využití diagnostických metod při sledování kondice elektrických pohonů v rámci prediktivní a proaktivní údržby. Využití asynchronních motorů jako součást elektrických pohonů v průmyslu je v dnešní době široké, v mnoha případech jsou motory nasazovány společně s frekvenčními měniči, kde tato zařízení nahrazují dříve široce používané stejnosměrné regulované pohony. Aby uvedená zařízení spolehlivě a dlouhodobě fungovala, je třeba přistupovat k diagnostice elektrických pohonů multiparametricky s využitím diagnostických metod, jako je především elektrodiagnostika, vibrodiagnostika, termodiagnostika nebo tribodiagnostika.
Účely a projekty testování třífázového asynchronního motoru
Zkouška třífázového asynchronního motoru se dělí na dva druhy: kontrolní zkoušky a typové zkoušky.
- Kontrolní zkouška má prověřit kvalitu hotových výrobků a opravených motorů výrobce motoru. Asynchronní motor po generální opravě je obvykle pouze pro revizní zkoušku.
- Typová zkouška je komplexní zkouška pro každý nový výrobek výrobce motoru podle normy, k ověření konstrukce, technických problémů v procesu, ke zjištění, zda nový výrobek splňuje příslušné normy.
Metoda kontroly a zkoušení třífázového asynchronního motoru
1. Kontrola vzhledu
Zkontrolujte, zda je vzhled úplný, zda je označení výstupního konce správné, zda jsou dotaženy šrouby a matice pro upevnění, zda je rotace rotoru pružná, zda hřídel motoru rozšiřuje radiální výchylku a jaké jsou vibrace. U motoru navíjecího rotoru je třeba zkontrolovat kvalitu montáže kartáče, držáku kartáče a sběrného kroužku a zda je kontakt mezi kartáčem a sběrným kroužkem dobrý. U uzavřeného motoru s vlastním chlazením ventilátorem je třeba zkontrolovat systém odvodu vzduchu.
2. Měření izolačního odporu
Izolační odpor se dělí na horký stav a studený stav. U opraveného motoru a motoru z výroby se měří pouze izolační odpor fáze vinutí vůči fázi a fáze vůči zemi ve studeném stavu (pokojová teplota). Izolační odpor vinutí rotoru by měl být měřen pro vinutý motor rotoru. U vícerychlostního vinutí motoru by se měl izolační odpor každého vinutí měřit jeden po druhém. U velkých motorů lze měřit izolační odpor a určit, zda je vinutí vlhké nebo ne. Obecně platí, že naměřený izolační odpor by neměl být příliš malý, alespoň 0,5 megaohmu. Tři naměřené hodnoty izolačního odporu vůči zemi by měly být ekvivalentní a tři hodnoty izolačního odporu mezi fázemi by měly být ekvivalentní.
Při měření motoru multimetrem je převod multimetru v souboru rezistoru MΩ. Jedno metrové pero na libovolné svorce U1, V1, W1, druhé stolní pero na plášti motoru, věnujte pozornost místu bez barvy. Když je naměřená hodnota odporu větší než 0,58 MΩ nebo neprochází, můžete posoudit, zda je izolace motoru normální. Když je naměřená záporná hodnota 0,58 MΩ, izolace není dobrá a není oficiálně používána. Měření izolace motoru multimetrem není nutně přesné. Pokud máte pocit, že hodnota izolačního odporu motoru je při každém měření jiná, ovlivňuje to váš úsudek. Použití multimetru k měření izolačního odporu vinutí není dostatečně přesné, ale určitý izolační odpor bez průrazu lze také zhruba změřit multimetrem. Použijte rozsah 200M digitálního multimetru (rozsah RX10K ručkového multimetru) k měření jedné fázového vinutí a dalších dvou fázových vinutí. Pokud je hodnota stejnosměrného odporu relativně nízká, dokazuje to, že izolační odpor vinutí je malý, může být vlhké a musí být před provozem vysušeno. Pokud je zobrazená hodnota odporu desítky nebo 0, dokazuje to, že došlo ke zkratu mezi vinutím a vinutím a mezi vinutím a šasi.
Čtěte také: Metody měření vlhkosti betonu
K měření izolace je zapotřebí megger nebo tester izolačního odporu. Pro motory s jmenovitým napětím pod 500V se k měření obecně používá 500V megaohmmetr; pro motory mezi 500-3000V použijte 1000V megaohmmetr; pro motory nad 3000V použijte 2500V megaohmmetr. U motorů pod 500 V by izolační odpor neměl být menší než 0,5 MΩ. Dále se u statických metod diagnostikuje především stav izolačního systému vinutí. Základním testem je kontrola izolačního stavu vinutí vůči železu a kontrola izolačního stavu mezi jednotlivými fázemi. Dalším parametrem hodnocení vinutí je hodnota polarizačního indexu (PI) a hodnota dielektrické absorpce (DAR, DA).
3. Stanovení stejnosměrného odporu vinutí motoru
Obvykle se provádí za studena. Jeho měřícím přístrojem je můstek, méně než 1Ω použijte dvouramenný můstek, více než 1Ω dostupný jednoramenný můstek. U třífázových motorů je nutné změřit, zda je odpor mezi třífázovými vinutími vyrovnaný. Když je vzájemná chyba mezi naměřenými hodnotami odporu 2 procenta, lze usoudit, že hodnota odporu motoru je normální. Když je chyba měření hodnoty odporu 2 procenta -10 procent, je třeba zvážit, zda je cívka motoru vyrobena v původní továrně, nebo cívka motoru shořela a cívku převinula v pozdější fázi a na úrovni personálu údržby náhradní cívky má odpor cívky vinutí chybu, a když chyba není velká, lze ji také normálně použít. Chyba mezi naměřenou hodnotou odporu každé fáze a poměrem průměrné hodnoty tří fází nesmí být větší než 5 % (Rmax-Rmin)/R průměrná hodnota ≤ 5 %, kde R průměrná hodnota = (Ru + Rv + Rw) / 3Ω. Pokud je rozdíl v hodnotě odporu příliš velký, znamená to, že došlo ke zkratu ve vinutí, přerušený obvod, špatné svařování nebo kontakt, nebo jsou závity vinutí špatné atd. Pokud je třífázový odpor mimo stanovený rozsah, znamená to, že drát vinutí je příliš tenký.
Nejprve pomocí multimetru změřte hodnotu stejnosměrného odporu každého vinutí motoru. U třífázových motorů zkontrolujte, zda jsou hodnoty odporu třífázových vinutí pokud možno vyvážené. Obecně chyba hodnoty odporu třífázových vinutí motorů s menším výkonem (pod 2,2 kW) nemůže překročit 5 Ω. Porovnání výkonu Chyba odporu třífázových vinutí velkých motorů nesmí překročit 2 ohmy. Třífázové motory mají různé odpory vinutí s různými úrovněmi výkonu (obecně v rozmezí od 1 do několika stovek Ω. Čím větší výkon, tím menší hodnota stejnosměrného odporu vinutí. Odpor jednofázového motoru je obecně mezi několika Ω a několika kΩ a má pouze hlavní vinutí a pomocné vinutí. Hlavní a pomocné vinutí jednofázového motoru, který se může otáčet vpřed a vzad, mají stejnou hodnotu stejnosměrného odporu a pomocné vinutí může běžet pouze v jednom směru. Hodnota odporu vinutí je o něco větší než hodnota odporu hlavního vinutí.
| Jmenovité napětí motoru | Doporučený megaohmmetr | Minimální izolační odpor |
|---|---|---|
| Pod 500V | 500V megaohmmetr | 0,5 MΩ |
| 500V - 3000V | 1000V megaohmmetr | N/A |
| Nad 3000V | 2500V megaohmmetr | N/A |
4. Zkouška odolnosti proti napětí
Poté, co je vinutí statoru motoru izolováno fází a fází, fází a zemí, může odolat určitému napětí bez poruchy. Když je jmenovité napětí vysokonapěťového motoru 2000-10000V, zkušební napětí je 2,5násobek jmenovitého napětí.
Čtěte také: Metody měření vlhkosti betonu
5. Zkouška meziotáčkové izolace
Zvyšte napájecí napětí na 130 % jmenovitého napětí, nechte motor běžet 5 minut naprázdno, nemělo by dojít ke zkratu. Účelem je posoudit izolační výkon mezi závity. Velmi důležitým testem je rázová zkouška vinutí, resp. test strmou vlnou. Tímto jsme schopni odhalit mezizávitové zkraty. Tam, kde nemůžeme rozpojit uzel motoru (hvězdu motoru např. u VN motoru), jsme testem schopni zjistit i mezifázové zkraty. Tato metoda spočívá v porovnání vln odezvy mezi jednotlivými fázemi.
6. Stanovení napětí naprázdno rotoru
Při měření napětí naprázdno rotoru je rotor nehybný, vinutí rotoru je přerušeno, startovací reostat je odpojen, jmenovité napětí je přivedeno na vinutí statoru, napětí mezi vedeními je měřeno mezi rotorovými kolektorovými kroužky, jmenovité napětí je vyšší než 500V, napětí přivedené na statorové vinutí lze přiměřeně omezit.
7. Zkouška naprázdno
Zkouška naprázdno spočívá v přivedení třífázového symetrického napětí na vinutí statoru motoru a nechání motoru běžet bez zatížení. Účelem je určit proud naprázdno a ztrátu naprázdno a oddělit spotřebu železa a mechanické ztráty (včetně spotřeby tření větrem) ze ztráty naprázdno. Během testu naprázdno by měl být motor pozorován, naslouchán, zda se nevyskytuje abnormální zvuk, zda není jádro přehřáté, zda je nárůst teploty ložiska a provoz normální, a u motoru s drátěným rotorem kartáč je třeba zkontrolovat jiskru a přehřátí. U opraveného asynchronního motoru při zkoušce naprázdno obvykle změřte pouze proud naprázdno, abyste ověřili kvalitu opraveného motoru. Pouze pokud je to nutné pro zkoušku bez zátěže.
8. Zkouška zkratu (zkouška blokování)
Motor se zasekne bez otáčení, pomocí regulátoru napětí z nulové hodnoty postupně zvyšujte napětí tak, aby proud statorového vinutí dosáhl jmenovité hodnoty. Napětí přivedené na statorové vinutí v tomto okamžiku se nazývá zkratové napětí Spojené království. Další metoda nazývaná metoda měření pevného napětí, to znamená, že se rotor nepohybuje, na pevné vinutí plus konstantní napětí, obecně mezi 95-100 V. Měřený proud se nazývá zkratový proud Ik. Hodnotu Ik mezi (1-1,4) IN lze považovat za kvalifikovaný (výkon malého motoru je také malý Ik). Pokud je naměřený zkratový proud příliš malý, může to být proto, že počet sériových závitů je příliš malý a svodový odpor je malý, potom je proud motoru naprázdno velký, startovací proud je velký, ztráta je velká, účiník a účinnost nejsou kvalifikovány, nárůst teploty je vyšší a výstupní výkon je snížen. Pokud je zkratový proud nesymetrický ve třech fázích, znamená to zkrat vinutí statoru, špatné zapojení nebo přerušení obvodu vinutí rotoru a další jevy.
9. Test překročení rychlosti
Ve stavu bez zatížení by motor měl být schopen odolat 1,2násobku zkoušky překročení jmenovitých otáček po dobu 2 minut, k posouzení mechanické pevnosti rotující části. Ke zvýšení rychlosti se používají dva způsoby:
Čtěte také: Komplexní průvodce měřením vibrací
- Zvyšte frekvenci napájení testovaného motoru.
- Pomocí pomocného motoru k tažení testovaného motoru, nebo lze rotor vyjmout samostatně pro test překročení rychlosti. Po zkoušce překročení rychlosti by měl být rotor zkontrolován na škodlivé deformace.
10. Zátěžový test
Zátěžový test má určit ztrátu každé části motoru, tj. spotřebu mědi statoru, spotřebu mědi (hliníku) rotoru, spotřebu železa, mechanickou spotřebu (včetně spotřeby tření větrem) a další ztráty.
11. Test nárůstu teploty
Test nárůstu teploty motoru je důležitou položkou v typovém testu, protože výstupní výkon většiny motorů je omezen na nárůst teploty a nárůst teploty se obecně měří dvěma druhy: odporovou metodou a metodou teploměru.
Multiparametrická diagnostika motorů
Abychom mohli komplexně zhodnotit stav motoru, je třeba jej hodnotit z hlediska kondice vinutí a jeho izolačních vlastností, které testujeme většinou v odpojeném statickém stavu, ale rovněž z hlediska provozních (dynamických) metod diagnostiky za provozu. Mezi tyto metody patří především vibrodiagnostika, elektrodiagnostika, termodiagnostika a tribodiagnostika. Výhodou popsaných metod bývá provedení dynamické elektrodiagnostiky a vibrodiagnostiky současně a vzájemné porovnání a vyhodnocení výsledků naměření i s ostatními provozními daty. Tyto analýzy kladou vysoké nároky na kvalifikaci a zkušenosti diagnostiků.
1. Vibrodiagnostika
Pomocí vibrodiagnostiky lze vyčíst především stav ložisek, vyvážení rotoru, geometrické nesymetrie magnetického pole, ustavení elektrického motoru vůči poháněnému zařízení a mnoho dalších závad. Těmito metodami lze odhalit především mechanické závady, třeba závady poškození ložisek, nevývahu rotoru, rezonanci, špatné ustavení, ale také závady, které jsou způsobeny deformací magnetického pole. K těmto závadám se řadí například excentrická vzduchová mezera, volné a zkratované statorové plechy, nesymetrie napájení, vadný rotor nebo nejčastěji zkřížený a deformovaný elektromotor vlivem špatného vypodložení patek motoru či kroutícího se rámu. Důležitým projevem na vibrace u elektrických motorů jsou také vlivy kapacitních proudů na ložiska, které se projevují ve spektrech zrychlení a přechodové děje při změně otáček a zatížení elektropohonu.
2. Elektrodiagnostika
Aplikací metod dynamické elektrodiagnostiky lze zjistit z analýzy statorového proudu stav rotorové klece a tyčí, nesymetrii napájecího proudu a napětí, moment na hřídeli, výkon, účiník apod. Nedílnou součástí elektrodiagnostiky je také měření hřídelových napětí a proudů, ložiskových napětí, vyrovnávacích a kapacitních proudů v PE vodičích a v ekvipotenciálním pospojování strojního zařízení. Měření ohmických odporů jednotlivých fází. Porovnáním naměřených ohmických odporů lze zjistit, zda v obvodu vinutí nejsou přechodové odpory, případně zda se nevyskytuje nějaký vodivostní problém na jednotlivých fázích. Měření závislosti unikajících proudů na napětí (step test) zjišťuje odchylku od lineární závislosti unikajícího proudu na napětí, nebo při dlouhodobějším testování změnu strmosti této křivky. Součástí tohoto testu bývá i kontrola elektrické pevnosti vinutí, která může být provedena i samostatně. Tento test je nejvíce vypovídající z hlediska stárnutí izolace. U vysokonapěťových elektrických motorů aplikujeme navíc AC (střídavé) testy měření závislosti tg delta, kapacity a unikajících proudů na napětí.
Dynamická diagnostika elektrického motoru je také jedním z důležitých segmentů diagnostiky, při které zjišťujeme chování motoru za provozu. Zde můžeme měřit například napájecí proudy, které jsou velmi důležité třeba pro nastavení ochran motoru, kdy vyhodnocujeme záběrný proud a ustálený proud při běžném provozu. Dále lze z naměřených dat zjistit například rozběhový čas, který je potřeba k roztočení pohonu na jmenovité otáčky. Tyto údaje jsou velmi důležité pro správné nastavení ochran motorů. Dalším faktorem, který můžeme vyčíst z analýzy proudů, je symetrie napájecích proudů. Ta může být ovlivněna přechodovými odpory v jednotlivých fázích, rozdílem napájecího napětí ve fázích, ale také třeba i začínajícím mezizávitovým zkratem ve vinutí. Dále z analýzy proudu můžeme vyčíst stav rotorové klece motoru pomocí analýzy postranního pásma napájecího proudu. Nedílnou součástí elektrodiagnostiky je také měření hřídelových napětí a proudů, ložiskových napětí, proudů tekoucích přes spojku, v PE vodičích, ve stínění kabelů a také proudů v ekvipotenciálním pospojováním zařízení. Tyto proudy je pak nutné hodnotit jak spektrálně, tak i v časovém průběhu z důvodu naměřených krátkých vysokofrekvenčních výbojů, které jsou právě velmi často detekovány v PE vodičích a mohou se vyskytovat jen po velmi krátkou dobu, řádově i milisekundy. Z naměřených hodnot lze pak sestavit proudové mapy, které slouží k určení zdroje průsaku a uniku proudů.
3. Termodiagnostika
Významné místo v multiparametrické diagnostice má také termodiagnostika. Její využití při analýze stavu elektrického motoru má také nezastupitelné místo zejména při kontrole účinnosti chlazení motoru, dále pak u sledování teplot ložisek a spojek, a především při kontrole eklektických spojů a jejich oteplení z důvodu přechodových odporů nebo kontrole oteplení jednotlivých vodičů.
4. Tribodiagnostika
Pro správný provoz motoru je velmi důležité znát kondici mazání ložisek, což spadá do tribodiagnostiky. Pomocí jejích metod lze například zjistit, zda nedošlo k záměně a smíchání nestejnorodých mazacích prostředků, zda plastické mazivo nebo olej není degradován například průchodem elektrického proudu přes ložisko, nebo kontaminován jinou látkou.
Další diagnostické metody
Existuje ještě celá řada diagnostických metod, které lze uplatnit při diagnostice elektrických pohonů. Jako příklad lze kromě termodiagnostiky a tribodiagnostiky uvést analýzu rozptylových polí elektrického motoru, různá rozměrová a optická měření a v neposlední řadě také analýzu poškozených částí motoru ke zjištění prvotních příčin havárie či závady. Tyto rozbory se mohou týkat například poškozených a havarovaných ložisek, analýz poškozených vinutí apod. K dalším metodám je možné zařadit i měření koncentrace ozónu uvnitř elektrického motoru, který vzniká výbojovou činností u vysokonapěťových strojů. V některých případech je nutné provést i měření torzních kmitů na hřídeli, a to zvláště tam, kde hrozí torzní rozkmitání rotorové soustavy, případně pulzující krouticí moment. Dalším oborem uplatňujícím se při diagnostice elektromotorů je měření a analýza hluku.
Důležitost komplexní diagnostiky a údržby
Jak je vidět z výše uvedeného, diagnostika relativně jednoduchého elektrického pohonu je velmi rozsáhlá a může být i náročná. Základem všech prováděných měření je správná volba diagnostických metod, nastavení hodnoticích parametrů a hlavně opakované měření v rámci on/off-line monitorování zařízení. Aby měla veškerá diagnostika smysl, nestačí jen provádět měření a monitorovat, ale z naměřených dat je vždy nutné učinit správné závěry, navrhnout opatření v rámci údržby strojů. Důležité je i vedení záznamů o historii oprav a poruch, kde tyto záznamy mohou pomoci jak při návrhu opatření, tak při nasazení moderních inteligentních systémů. Z naměřených trendů lze pak správně načasovat možnosti opravy, případně nějakého servisního zásahu, ať už je servisní zásah prováděn vlastními silami, nebo odborným servisním pracovištěm.
tags: #mereni #izolacniho #odporu #trifazoveho #asynchronniho #motoru