Synchrontests mithilfe der Technologie zur Analyse von Motorschaltkreisen, Teil 2

In der Juni-Ausgabe 2022 von Pumps & Systems wurde „The Advantages of Synchronous Motors“ veröffentlicht, ein Artikel über das erwartete Wachstum beim Einsatz von Synchronmotoren im Pumpenmarkt.

In der Novemberausgabe gab „Synchronous Motor Testing Using MCA Technology, Part 1“ einen kurzen Überblick über die Konstruktion und den Betrieb von Synchronmotoren, häufige Fehler und wie sie zur Anpassung des Leistungsfaktors des elektrischen Systems einer Anlage verwendet werden können. In Teil 2 wird erörtert, wie die Motorschaltkreisanalyse (MCA) verwendet werden kann, um den aktuellen Zustand dieser Motoren zu beurteilen und sich entwickelnde Probleme einfach und schnell zu erkennen, bevor sie problematisch werden.

Die Motorstromkreisanalyse (MCA) ist eine Motortestmethode, die sich schnell und einfach entwickelnde Fehler in den Spulen sowohl der Stator- als auch der Rotorwicklungen erkennt.

MCA verwendet eine Reihe von Niederspannungs-Wechselspannungen (AC) und Gleichspannungen (DC), die an die Stator- und Rotorspulen angelegt werden, um die kleinen Änderungen zu identifizieren, die in der Wicklungsisolierung auftreten, wenn sich die Isolierung zwischen den Leitern verschlechtert.

MCA kann Eingangsinspektionen an allen neuen und überholten Motoren in weniger als drei Minuten durchführen, indem Lagerpersonal mit minimaler Schulung eingesetzt wird.

Die allgemeinen Verfahren und Richtlinien für die Prüfung von Synchronmotoren sind dieselben wie für die Prüfung und Bewertung von dreiphasigen Käfigläufer-Wechselstrom-Induktionsmotoren. Bei festgestellten Fehlern sind jedoch noch einige zusätzliche Schritte und Messungen erforderlich. Diese zusätzlichen Schritte sind abhängig vom Motortyp und dem Ort des Fehlers. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollten alle Motoren im Neuzustand getestet werden, um eine Basislinie festzulegen.

Bei MCA Testing stehen mehrere Tests zur Verfügung, um die Prüfung und Fehlerbehebung von Synchronmotoren zu optimieren und zu rationalisieren. Diese Tests sind:

1. Statischer Test: Führt eine Reihe von AC- und DC-Tests durch, während sich die Welle in einer stationären Position befindet. Die Ergebnisse dieser Tests werden in einen proprietären Algorithmus eingegeben, um eine einzige Zahl zu liefern, die den Zustand des Motors definiert. Diese Zahl ist der Testwert statisch (TVS). Dreiphasenmotoren in gutem Zustand haben Symmetrie. Jegliche Veränderungen im Zustand der Stator- oder Rotorisolierung oder Risse in den Amortisseur-Wicklungen brechen diese Symmetrie und wirken sich im TVS aus.

2. Dynamischer Test: Erzeugt Rotor- und Statorsignaturen, während die Welle sanft und langsam manuell gedreht wird. Diese Signaturen werden automatisch analysiert, um den elektrischen Zustand der Rotor- und Statorkreise in einem von drei Zuständen (gut, abgenutzt oder schlecht) zu bewerten. Statorfehler weisen auf sich entwickelnde Fehler in den Statorwicklungen hin, während Rotorfehler auf sich entwickelnde Fehler in den Amortisseurwicklungen oder Kurzschlüsse in den Rotorfeldspulen hinweisen.

3. Phasenvergleichstests: Führt eine Reihe von Tests bei fünf Frequenzen durch und verwendet die Testfrequenz, die den Zustand der Statorwicklungen am genauesten definiert. Die folgenden Variablen werden dann mit vorgegebenen Richtlinien verglichen, um den Zustand der gesamten Statorwicklungen zu bewerten.

In dreiphasigen Motorsystemen sind die Spulen, aus denen jede Phase besteht, gleich, und im Neuzustand reagieren sie genau gleich auf die angelegten Niederspannungs-Wechselstrom-Testsignale. Das Wechselstromsignal beansprucht das gesamte Wicklungsisolationssystem. Entstehen Fehler in der Isolierung zwischen den Leitern, verändert sich die Reaktion der Spule. Unsymmetrien in den Testergebnissen der Spulen weisen auf sich entwickelnde Fehler in der Wicklungsisolierung hin. Es wurden detaillierte Grenzwerte und Richtlinien festgelegt, um sich entwickelnde Fehler im Wicklungsisolationssystem zu erkennen.

Widerstandsmessung (R):

Dies erfolgt mithilfe spezieller Kelvin-Clips, die genaue Widerstandsmessungen des zu prüfenden Stromkreises durchführen. Eine Widerstandsunsymmetrie weist im Allgemeinen auf lose Verbindungen oder unterbrochene Leiter im Stromkreis hin.

Induktivitätsmessung (L):

Dies gibt die Fähigkeit der einzelnen Spulen an, ein Magnetfeld zu speichern. Die Höhe der Induktivität hängt von der Geometrie der Spulen und der Anzahl der Windungen ab. Es gibt zwei Arten von Induktivitäten:

Selbstinduktivität: die Erzeugung einer Spannung (elektromagnetisches Feld [EMF]) in einer Spule oder einem Leiter, wenn sich der durch die Spule fließende Strom ändert. Das Magnetfeld in den Statorspulen ist größtenteils selbstinduktiv.

Gegeninduktivität: die Erzeugung eines Magnetfelds in einer Spule oder einem Stromkreis, das durch ein sich änderndes Magnetfeld eines separaten Stromkreises induziert wird. Um ein Magnetfeld zu induzieren, sind drei Bedingungen erforderlich: ein vorhandenes Magnetfeld, der Weg für den Stromfluss (Leiter) und die Relativbewegung

Während des Startvorgangs wird auf Gegeninduktivität zurückgegriffen, um ein Magnetfeld am Rotor zu erzeugen, wobei die Amortisseurwicklungen als Leiter dienen. Durch die Differenzgeschwindigkeiten zwischen dem Magnetfeld am Stator und der Welle entsteht eine Relativbewegung.

Beim MCA-Test wird ein rein sinusförmiges Niederspannungs-Wechselstromsignal in die Spulen eingespeist, die zwischen den Instrumentenleitungen angeschlossen sind. Das ist Selbstinduktivität.

In den Amortisseur-Wicklungen und den um die Polstücke gewickelten Spulen entsteht Gegeninduktivität. Die Anzahl der Amortisseur-Wicklungen, die sich unter den erregten Statorspulen oder den zu prüfenden Spulen befinden, kann je nach Rotorposition variieren und zu einer Unsymmetrie der Induktivität führen. Dies könnte aufgrund der Rotorposition während des Tests zu einer Unsymmetrie der Induktivität führen. Dies kann bei den anderen Messungen zu ungenauen Ergebnissen führen. Diese ungenauen Ergebnisse können jedoch mithilfe zusätzlicher, einfach durchzuführender Techniken leicht identifiziert und korrigiert werden. Die kleinen Änderungen, die in den frühen Stadien des Isolationsfehlers auftreten, haben keinen Einfluss auf die gesamten Induktivitätsmessungen.

Impedanzmessung (Z):

Der umfassende Widerstand gegen den Stromfluss in einem Wechselstromkreis; Für Gleichstromkreise gilt das Ohmsche Gesetz (Strom = Spannung/Widerstand). Durch die wechselnden Versorgungsspannungen erzeugte Blindströme wirken dem Gesamtstromfluss entgegen, sodass der Gesamtwiderstand zum Stromfluss in Wechselstromkreisen die Impedanz ist. Z wird durch den Gleichstromwiderstand der Leiter und etwaige kapazitive und induktive Reaktanzen im Messkreis sowie durch die Frequenz der angelegten Spannung beeinflusst.

Phasenwinkel (Fi):

Die Zeitverzögerung zwischen dem Strom und dem angelegten Wechselstromsignal. Wenn sich die Isolierung um die Wicklungsleiter verschlechtert, sind kleine Änderungen von L oder C zu gering, um das Gesamt-L (Induktivität), C (Kapazität) oder Z (Impedanz) im Stromkreis zu beeinflussen, wirken sich jedoch auf die Zeitverzögerung zwischen den aus Spannungs- und Stromwellenformen. Schwankungen des Fi zwischen den Phasen sind ein frühes Anzeichen für einen sich entwickelnden Wicklungskurzschluss.

Aktueller Frequenzgang (I/F):

Kapazität und Induktivität speichern eine elektrische Ladung bzw. ein magnetisches Feld. Der I/F misst die Fähigkeit einer Spule, ein Magnetfeld oder eine elektrische Ladung zu speichern. Wenn die Spulen, die die Pole und Phasen in den Statorwicklungen bilden, im gleichen Zustand sind, speichern sie die gleiche elektrische Ladung und das gleiche Magnetfeld. Selbst kleine Änderungen an einer Spule L oder C beeinflussen die Fähigkeit der Spule, ein Magnetfeld oder eine elektrische Ladung zu speichern. Das I/F berechnet das Verhältnis der Stromänderung gegenüber dem Anfangsstrom durch Verdoppelung der Frequenz des angelegten Signals. Schwankungen in der Fähigkeit einer Spule, entweder eine elektrische Ladung oder ein Magnetfeld zu speichern, sind frühe Indikatoren für die Entwicklung eines Isolationsdurchschlags zwischen Leitern im Wicklungssystem.

Bei der Erdungswandisolierung handelt es sich um eine Isolierung, die den stromführenden Teil des Motors vom Rahmen oder anderen freiliegenden Teilen des Motors trennt.

Isolationswiderstand gegen Erde (IRG) – Megaohm:

Dies misst den schwächsten Teil des GWI. Dieser Test stellt sicher, dass es keine Schwachstellen im GWI gibt, die dazu führen würden, dass die an die Wicklung angelegte Spannung den Motorrahmen oder andere Teile des Motors mit Strom versorgt. Dies ist eine Sicherheitsmessung und gibt keinen Aufschluss über den Gesamtzustand des GWI.

Verlustfaktor (DF) und Kapazität gegen Erde (CTG):

In Kombination mit IRG liefern DF und CTG einen besseren Hinweis auf den Gesamtzustand des Bodenwanddämmsystems. DF ist das Verhältnis von Widerstandsstrom zu kapazitivem Strom. Wenn sich ein dielektrisches Material verschlechtert oder verunreinigt wird, erhöht sich der DF, was auf eine Änderung des Gesamtzustands der Bodenwandisolierung hinweist. Die CTG-Messung sollte während der gesamten Lebensdauer des Motors konstant bleiben. Durch Verunreinigungen erhöht sich der CTG, während der thermische Abbau des Isoliermaterials zu einem Abfall des CTG führt.

Alle neuen Motoren sollten einem MCA-Statik-, Dynamik- und Phasenvergleichstest unterzogen werden. Die Ergebnisse dieser Tests werden zum Vergleich zukünftiger Tests gespeichert.

Führen Sie vor der Installation eines Motors einen statischen Test durch und vergleichen Sie ihn mit seinem statischen Referenzwert (RVS). Wenn der aktuelle TVS weniger als 3 % des RVS beträgt, hat sich der Zustand des Motors nicht geändert. Installieren Sie den Motor und führen Sie einen neuen statischen Test über die Steuerung oder eine lokale Trennung durch. Alle zukünftigen MCA-Tests können mit einem dreiminütigen Test vom Motor Control Center (MCC) oder einer lokalen Trennung durchgeführt werden.

Wenn dieser Wert innerhalb von 3 % des RVS liegt, befindet sich der Motor im gleichen Zustand. Alle statischen Tests, die mehr als 3 % des RVS ausmachen, deuten darauf hin, dass Fehler entweder im Rotor oder im Stator aufgetreten sind. Anschließend kann ein einfacher dynamischer Test durchgeführt werden, um den Fehler am Rotor oder Stator einzugrenzen.

William Kruger kam 2004 als technischer Manager zu ALL-TEST Pro. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter alltestpro.com.