Διάγνωση βλαβών επαγωγικών ηλεκτροκινητήρων με ανάλυση ρεύματος και κραδασμών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και το θέμα της αφορά τη διάγνωση βλαβών επαγωγικών ηλεκτροκινητήρων με ανάλυση ρεύματος και κραδασμών. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η κατανόηση της λειτουργίας της μεθόδου καταγραφής του ρεύματος, καθώς και η ανάλυση και σύγκριση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν στους ίδιους ηλεκτροκινητήρες με τις μεθόδουςκαταγραφής ρεύματος και κραδασμών. Η καταγραφή και ανάλυση ρεύματος γίνεται με εφαρμογή της μεθόδου «MotorCurrentSignatureAnalysis» ή «ΜCSA». Η μέθοδος «ΜCSA» χρησιμοποιεί αισθητήρες οι οποίοι δεν διεισδύον στο εσωτερικό της μηχανής και η λειτουργία της βασίζεται στην ανάλυση του φάσματος του ρεύματος του στάτη (ρεύματος τροφοδοσίας) ενός ηλεκτροκινητήρα, με σκοπό να εντοπιστεί ένα σφάλμα εν τη γένεση του. Η ύπαρξη κάποιου σφάλματος προκαλεί την εμφάνιση αρμονικών συνιστωσών χαρακτηριστικών του συγκεκριμένου σφάλματος. Η καταγραφή των κραδασμών γίνεται με τη μελέτη του συνολικού επιπέδου κραδασμών της μηχανής και της ανάλυσης της κυματομορφής των κραδασμών στις διάφορες κατευθύνσεις. Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε 6 κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια περιληπτική αναφορά στις βασικές αρχές που διέπουν την κατασκευή και λειτουργία των επαγωγικών ηλεκτροκινητήρων, καθώς και στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την εκκίνησή τους. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται παρουσίαση της μεθόδου «MotorCurrentSignatureAnalysis» η οποία χρησιμοποιείται για τη διάγνωση βλαβών. Αναφέρονται οι λόγοι για τους οποίους είναι χρήσιμο ένα τέτοιο διαγνωστικό σύστημα, οι κανόνες που λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάλυση. Τέλος, γίνεται λεπτομερής καταγραφή συγκεκριμένων τύπων βλαβών και πως αυτές ανιχνεύονται με την ανάλυση ρεύματος. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναφορά στη μέθοδο της καταγραφής κραδασμών και την διάγνωση σφαλμάτων με αυτή. Επίσης, παρουσιάζεται η συμπτωματολογία συγκεκριμένων βλαβών που μπορεί να εμφανίσει ένας ηλεκτροκινητήρας και ο τρόπος που διαγιγνώσκονται με τη μελέτη των κραδασμών. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια εκτενής παρουσίαση του εξοπλισμού «DynamicMotorMonitorEXP3000»που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση ρεύματος, της διαδικασίας εγκατάστασης, επιλογής παραμέτρων και της διαδικασίας λήψης δεδομένων. Επίσης, παρουσιάζονται αναλυτικά οι μετρήσεις (τεστ) που εκτελεί το διαγνωστικό μηχάνημα και η επίδραση κάθε αποτελέσματος στη λειτουργία του κινητήρα. Το κεφάλαιο 5 αναφέρεται στις βιομηχανικές εφαρμογέςπου πραγματοποιήθηκαν. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στους χώρους του 301 Εργοστασίου Βάσεως, σε οκτώ (8) διαφορετικούς ηλεκτροκινητήρες με τη χρήση του εξοπλισμού «DynamicMotorMonitorEXP3000»της εταιρίας Baker, έγινε η ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, διαπιστώθηκε η κατάσταση λειτουργίας τους και έγινε διάγνωση συγκεκριμένων βλαβών. Συγχρόνως, καταγράφηκαν κραδασμοί με τη χρήση πολλικάναλου συστήματος καταγραφής δονήσεων και συναφών δεδομένων, σε τέσσερις (4) από τους παραπάνω ηλεκτροκινητήρες. Χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό περιβάλλον των προγραμμάτων LabViewκαι MATLAB, έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από τους δύο τύπους δεδομένων (ρεύματος και κραδασμών.) Στο κεφάλαιο 6 γίνεται μια ανασκόπηση της Διπλωματικής Εργασίας και συγκεντρώνονται συνολικά τα συμπεράσματα που προέκυψαν. Επίσης, γίνονται προτάσεις για περαιτέρω μελέτη.

This thesis developed in the Department of Mechanical Engineering of NTUA and the issue relates to the fault diagnosis of induction motors by analyzing current and vibration. The purpose of the thesis is to understand the functioning of the current method for recording, analyzing and comparing the results of measurements on the same motors between current and vibration method. The recording and analysis of power is called «Motor Current Signature Analysis» or "MCSA". The method "MCSA" uses sensors which do not penetrate inside the machine and its operation is based on spectrum analysis of stator current (power supply) an electric motor in order to detect an error in its genesis. The existence of an error causes the harmonic components characteristics of the error. The recording of vibrations made by studying the overall amplitude level and analysis of the waveform of vibration in different directions. The thesis is divided into 6 chapters. Chapter 1 gives a summary of the basic principles governing the construction and operation of inductive motors, and the method used to boot. In Chapter 2 is presented the method «Motor Current Signature Analysis» which is used for fault diagnosis, the reasons why it is such a useful diagnostic system, the rules are taken into account in the analysis. Finally, it has been a detailed recording of specific types of injuries and how they are detected by analyzing current. Chapter 3 refers to the method of recording vibrations and diagnoses faults with it. It also shows the symptoms of specific injuries that can display a motor and how they are diagnosed by studying the vibration. In Chapter 4 is a detailed presentation of the equipment «DynamicMotorMonitorEXP3000» used to analyze power, the installation process, selecting parameters and process data acquisition. Also it is presented detailed measurements (tests) that the diagnostic machine performs and the impact of any effect on engine operation. Chapter 5 refers to industrial applications. Specifically, measurements were made on the premises of 301 Factory Base. Using the equipment «Dynamic Motor Monitor EXP3000» of Baker Company, eight (8) different motors were tasted and diagnosed specific injuries. At the same time, vibrations were recorded using multi-channel log vibrations and associated data, in four (4) of the above motors. Using the computing environment programs Lab View and MATLAB, we compared the results obtained from both types of data (current and vibration.) Chapter 6 is an overview of the thesis and aggregates the conclusions and recommendations for further study.