Viisi keskeistä mittausta moottorikäytön tehokkuuden ja suorituskyvyn ymmärtämiseen

Yhdysvaltojen energiaviraston (DOE) mukaan moottorijärjestelmät ovat oleellisen tärkeitä lähes kaikkien tuotantolaitosten toiminnassa ja niiden osuus sähkön kokonaiskulutuksesta onkin 60–70 %. Energiaviraston mukaan taajuusmuuttajilla voidaan saada aikaan merkittäviä kustannussäästöjä tehtaissa. Ei siis ole yllättävää, että moottorikäyttöjä käytetään laajalti monilla teollisuudenaloilla ja monissa laitoksissa. Näiden moottorijärjestelmien pysyminen käyttökunnossa on varmistettava ylläpito- ja vianhakutoimin.

Moottorikäyttöjen testaamisen haasteet

Moottorikäyttöjen, joita kutsutaan myös taajuusmuuttajiksi ja säädettäviksi moottorikäytöiksi, vianhakua ja testausta on usein tekemässä useita asiantuntijoita, jotka käyttävät useita mittauslaitteita, kuten oskilloskooppeja, digitaalisia yleismittareita tai muita mittauslaitteita. Usein testaukset tehdään etsimällä ongelmia yrityksen ja erehdyksen kautta vanhalla kunnon eliminointitaktiikalla. Moottorijärjestelmien monimutkaisuuden takia testaukset tehdään kerran vuodessa, paitsi jos järjestelmään tulee toimintahäiriöitä. Testauksen aloituspaikan määrittäminen voi olla ongelmallista, jos laitteistolle tehtyjä toimenpiteitä ei ole kirjattu minnekään tai loki on puutteellinen. Työhistoriasta kuuluisi ilmetä aiemmin tehdyt testit ja mittaukset, tehdyt toimenpiteet tai yksittäisten osien as-left-tilat. Testaustekniikan kehitysaskeleet ovat poistaneet joitakin haasteita. Uudemmat laitteet, kuten Fluken Motor Drive Analyzer -analysaattorit MDA-510 ja MDA-550, on suunniteltu tekemään moottorikäyttöjen testaamisesta entistä tehokkaampaa ja antamaan laajemman kuvan toiminnasta. Niiden avulla jokainen työvaihe voidaan myös dokumentoida. Nämä raportit voi tallentaa ja niitä voi vertailla myöhempiin testeihin. Näin saadaan kattavampi käsitys moottorikäytön huoltohistoriasta.

Helpompi tapa tehdä taajuusmuuttajien vianhaku

Näissä edistyneissä moottorikäyttöjen analysaattoreissa on mittarin, kädessä pidettävän oskilloskoopin ja tallentimen kaikki ominaisuudet sekä pätevä ohjaus. Näyttöön tulevat kehotteet, selkeät kaaviot ja vaiheittaiset ohjeet ovat moottorikäyttöjen asiantuntijoiden laatimia, ja niiden avulla käyttäjän on helppo suorittaa olennaiset testit. Osiin pilkotut monimutkaiset testit ovat yksinkertaisempia suorittaa, ja se helpottaa kokeneenkin moottorikäyttöasiantuntijan työskentelyä, kun tarvittavat tiedot voidaan näin saada nopeasti ja luotettavasti. Näin aloittelevatkin asentajat pääsevät moottorikäyttöjen analysoinnissa nopeasti alkuun.

Moottorikäyttöjärjestelmän toimintahäiriön syyn löytäminen tai ennakoivan kunnossapidon rutiinitoimien tekeminen onnistuu parhaiten tekemällä vakiotestit ja -mittaukset järjestelmän keskeisissä kohdissa. Keskeiset testit eri mittaustekniikoilla ja arviointikriteereillä tehdään virransyötöstä alkaen läpi koko järjestelmän aina lähtöön asti.

Keskeiset testit moottorikäyttöjen vianhaussa:

Fluke Motor Drive Analyzer -analysaattoreissa testit ovat ohjattuja toimintoja ja monet tarvittavista laskelmista automatisoituja, joten tulokset ovat luotettavia. Lisäksi voit tallentaa tietoja raporttiin lähes kaikissa testauskohdissa. Tämän dokumentaation voit ladata tietokoneella käytettävään kunnossapidon hallintajärjestelmään (CMMS) tai jakaa kollegalle tai asiantuntijalle.

Turvallisuushuomautus: Muista aina lukea tuotteen turvallisuusohjeet ennen testauksen aloittamista. Älä työskentele yksin ja noudata paikallisia ja maan turvallisuusvaatimuksia. Käytä henkilökohtaisia suojavarusteita (hyväksytyt kumihanskat, kasvosuojus ja tulenkestävät vaatteet) estämään sähköiskujen ja valokaarien aiheuttamat vammat tilanteissa, joissa on paljaita jännitteellisiä johtimia.

Aloita jokainen mittaus Fluke Motor Drive Analyzer -analysaattorilla kytkemällä mittapäät kaavion mukaisesti ja painamalla sitten Next (Seuraava) -painiketta.

• Vertaa mitattua taajuutta määritysten mukaiseen taajuuteen. Yli 0,5 Hz:n ero voi aiheuttaa ongelmia.
• Tarkista, onko harmoninen särö hyväksyttävällä tasolla. Tarkista aaltomuoto silmämääräisesti, tai tarkastele harmonista spektrinäyttöä, jossa näkyvät sekä harmoninen kokonaissärö että yksittäiset harmoniset yliaallot. Tasalakiset aaltomuodot voivat viitata samaan syöttöpiiriin kytkettyyn epälineaariseen kuormaan. Jos harmoninen kokonaissärö (THD) on yli 6 %, piirissä on mahdollinen ongelma.
• Tarkista jännite-epäsymmetria tuloliittimissä ja varmista, että vaihe-epäsymmetria ei ole liian korkea (alle 6–8 %) ja että vaihejärjestys on oikea. Suuri jännite-epäsymmetria voi viitata vaiheen katkeamiseen. Yli 2 %:n lukema voi aiheuttaa jännitteessä nopeita kuoppia ja laukaista moottorikäytön ylivirtasuojan tai häiritä muita laitteita.
• Testaa virran epäsymmetrian varalta. Ylen suuri epäsymmetria voi viitata tasasuuntaajan ongelmiin. Yli 6 %:n virran epäsymmetria voi olla merkki moottorikäytön taajuusmuuttajan ongelmista ja siitä voi seurata hankaluuksia.

• Määritä, onko DC-väylän jännite verrannollinen syöttöverkon jännitehuippuun. Ohjattuja tasasuuntaajia lukuun ottamatta jännitteen pitäisi olla noin 1,31–1,41-kertainen RMS-verkkojännitteeseen verrattuna. Pieni DC-jännitelukema voi laukaista moottorikäytön, minkä syynä voi olla alhainen syöttöjännite tai syöttöjännitteen häiriöt, kuten jännitehuippujen leikkautuminen.
• Tarkista verkkojännite häiriöiden ja huippuamplitudin virheiden varalta, mikä voi aiheuttaa yli- tai alijännitevirheen. Nimellisjännitettä 10 % pienempi tai suurempi DC-jännitelukema voi olla merkki ongelmasta.
• Määritä, toistuvatko AC-aaltoisuuden huiput eri taajuudella. AC–DC-muunnon jälkeen DC-väylään jää jonkin verran AC-aaltoisuutta. Yli 40 V:n aaltoisuusjännitteitä voivat aiheuttaa kondensaattorien toimintahäiriöt tai kytkettyyn moottoriin ja kuormaan nähden luokitukseltaan liian pieni moottorikäyttö.

• Tarkista moottorikäytön lähdöstä sekä jännite-taajuussuhde (V/F) että jännitemodulaatio. Kun mitataan korkea V/F-suhde, moottori saattaa ylikuumentua. Kun V/F-suhde on matala, kytketty moottori ei välttämättä pysty tuottamaan kuormitukseen tarvittavaa vääntömomenttia eikä suorittamaan aiottua prosessia.
• Etsi jännitemodulaatiota mittaamalla vaiheiden välit. Suuret jännitehuiput voivat vahingoittaa moottorin käämityksen eristeitä ja laukaista moottorikäytön. Yli 50 %:n nimellisjännitteen jännitehuiput ovat ongelmallisia.
• Tarkista moottorikäytön lukeman osoittama kytkentäimpulssien jyrkkyys. Pulssien nousuaika tai jyrkkyys ilmoitetaan dV/dt-lukemana (jännitteen muutosarvo ajanjakson aikana), jota verrataan moottorin ilmoitettuun eristykseen.
• Testaa vaiheen ja DC-jännitteen välinen kytkentätaajuus. Tutki, onko sähkökytkennässä tai maadoituksessa mahdollisia ongelmia, joista voi olla merkkinä signaalin kelluminen.
• Mittaa jännitteen epäsymmetria, mieluiten täydellä kuormituksella. Epäsymmetrian ei pitäisi olla yli 2 %. Jännite-epäsymmetria aiheuttaa virran epäsymmetriaa, mikä voi kuumentaa moottorin käämityksiä liikaa. Epäsymmetrian syynä voi olla muun muassa moottorikäyttöpiirien toimintahäiriö. Jos vaiheessa on virhe, sitä kutsutaan yksivaiheiseksi toiminnaksi, mikä voi ylikuumentaa moottorin. Tällöin moottori voi myös jättää käynnistymättä sammutuksen jälkeen tai menettää merkittävästi tehoja. Yksivaiheinen toiminta voi myös vahingoittaa moottoria ja siihen kytkettyä kuormaa.
• Mittaa virran epäsymmetria. Kolmivaihemoottoreissa se ei saa olla yli 10 %. Suuri epäsymmetria alhaisilla jännitteillä voi viitata moottorin käämitysten oikosulkuun tai vaiheiden oikosulkuun suojamaahan. Suuret epäsymmetriat voivat myös laukaista moottorikäytön, nostaa moottorin lämpötilaa ja polttaa käämejä.

5. Moottorin akselijännite

Moottorikäytön jännitepulssit voivat siirtyä moottorin staattorista sen roottoriin aiheuttaen jännitettä roottorin akseliin. Jos roottorin akselijännite ylittää laakerin voiteluaineen eristyskapasiteetin, se voi aiheuttaa ylilyöntijännitteitä (kipinöintiä), joiden seurauksena moottorin laakerin kehä syöpyy ja siihen muodostuu kovertumia. Näiden vaurioiden seurauksena moottori voi rikkoutua ennenaikaisesti.

Testi

• Mittaa moottorin alustan ja käyttöakselin välinen jännite. Esimerkiksi MDA-550-laitteessa on hiilikuituharjamittapää tähän tarkoitukseen. Testin avulla on helppo havaita vahingolliset ylilyöntijännitteet, ja pulssin amplitudin ja tapahtumalukeman ansiosta pystyt ryhtymään toimiin jo ennen toimintahäiriöitä.

Haluatko lisätietoja?

Täytä lyhyt esittelypyyntölomakkeemme, niin otamme sinuun yhteyttä, jotta voimme sopia ajan laite-esittelyä varten. Saat käytännön laite-esittelyn työpaikallasi, ja keskitymme tarvitsemiisi mittauksiin. Opit, kuinka helppokäyttöisiä laitteemme ovat, ja saat koulutusta ja neuvoja sekä laitteen että siihen liittyvien lisävarusteiden käyttöön. Jos sitten päätät ostaa laitteen, voit olla varma, että se sopii käyttötarkoitukseesi ja saat siitä kaiken irti!