동적 전기 모터 모니터링을 사용하여 기계적 문제 식별

동적 전기 모터 테스트는 모터가 작동해야 하고 일반적으로 모터가 자연 환경에 있다고 가정하기 때문에 종종 온라인 테스트라고 합니다. 동적 테스트에는 전압 프로브와 변류기의 연결이 포함됩니다. 동적 테스트 장비를 연결하는 것은 안전하고 빠르며 방해가 되지 않습니다. 데이터가 수집되고 결과가 요약 형식으로 표시됩니다. 수집된 데이터는 사용자가 입력한 명판 정보와 비교되며 각 연속 테스트 후에 표시되는 현재 테스트 데이터 및 추세 로그와 함께 합격/불합격 형식으로 표시됩니다.

모터 테스트의 필요성

모든 신뢰성 기술자는 모터 고장과 관련된 비용이 모든 비즈니스 운영에 치명적일 수 있다는 것을 알고 있습니다. 모터가 과도한 열이나 스트레스를 생성하는 조건에서 작동하고 있다는 사실을 발견하면 기술자가 모터 작동을 변경하고 절연을 모니터링하는 지침이 됩니다. 모터가 임박한 고장 위험에 있다는 것을 알면 기술자는 치명적인 고장으로 인해 모터가 지시하는 대신 편리한 시간에 수리 일정을 잡을 수 있습니다. 효율성과 수익성을 높이는 동시에 계획되지 않은 가동 중지 시간을 줄이는 것은 모든 신뢰성 기술자의 공통 목표입니다. 동적 모터 테스트 및 모니터링은 전기 모터 및 관련 장비의 안전하고 지속적인 작동을 담당하는 사람의 능력을 지원하고 발전시키는 비교적 새로운 개념입니다.

동적 테스트가 알려 주는 것

모터는 들어오는 전력 품질, 모터 및 구동 부하를 포함하는 완전한 시스템의 한 부분입니다. 많은 모터 문제는 인입 전력 품질이 좋지 않아 발생하며 더 많은 문제는 부하 및 부하 관련 문제에 기인할 수 있습니다.

최첨단 동적 모터 테스트 장비는 전기적 문제와 기계적 문제를 분리하고 전력 관련 문제 영역을 정의할 수 있습니다. 우수한 테스트 장비는 전압 레벨, 불균형 및 고조파 함량을 포함하여 들어오는 전력에 관한 엄청난 양의 정보를 제공합니다. 작은 양의 전압 불균형은 훨씬 더 많은 양의 전류 불균형을 초래하고 모터 내 손실을 증가시킵니다. 고조파 왜곡은 또한 주로 비정현파 사인파로 인해 과열을 일으키는 에너지 낭비를 초래합니다. 이러한 문제는 모터의 성능과 부하를 처리하는 능력에 직접적인 영향을 미칩니다. 전반적으로 열악한 전력 품질은 고정자와 회전자 내에서 더 높은 열로 나타나 효율성을 감소시키고 결국 조기 모터 고장을 초래합니다. 모터 수명을 유지하려면 전력 품질을 모니터링하고 필요한 조정을 해야 합니다.

전원 상태 외에도 동적 테스트는 모터 동작에 대한 광범위한 정보를 제공하고 잠재적인 기계적 문제 영역에 대한 증거를 제공합니다. 테스트 장비는 전류 레벨과 불균형, 부하 레벨 및 토크 관련 정보를 추적합니다. 이 데이터를 전력 품질 정보와 결합하여 장비는 잠재적인 문제 영역을 나타내는 경감 요인을 예측할 수 있습니다.

토크 및 토크 리플은 모터 상태의 일관되고 정확한 진단에 필요한 또 다른 퍼즐 조각을 추가합니다. 토크 리플은 획득 기간 동안 최대 토크를 평균 토크로 나눈 값으로 정의됩니다. 토크 리플 자체는 정상 상태 평균 토크를 둘러싸는 토크 밴드가 얼마나 작은지를 측정한 것입니다. 토크 리플은 전원 상태 및 전류 레벨과 무관합니다. 구동 부하의 성능을 시각적으로 보여주며 로터 응력의 지표입니다.

동적 테스트는 높은 정확도로 로터 바 문제를 식별할 수 있으며 추세 로그를 통해 시간 경과에 따른 문제를 쉽고 예측 가능하게 추적할 수 있습니다. 로터 바 및 케이지 결함으로 인해 효율성이 떨어지고 더 높은 열이 발생하여 조기 모터 고장이 발생합니다.

효율성을 측정하고 추적하는 것은 매우 어려운 작업입니다. 모터의 작동 효율은 현장 애플리케이션에서 쉽게 측정할 수 없습니다. 많은 표준에는 일반적으로 실험실 환경에서만 충족될 수 있는 여러 요구 사항이 있습니다. 또한 이러한 표준은 일반적으로 양호한 작동 전압 조건에서 모터의 기능에 대한 적절한 설명을 보장하는 데 중점을 둡니다. 그러나 현장에서는 모터를 분리하거나 포화 작동을 위한 전압 레벨을 조정하는 것과 같은 요구 사항을 위한 여지가 거의 없습니다. 특정 모터의 성능에 관한 질문은 현장의 주어진 조건에서 작동 효율과 비교할 때 중요하다는 점에서 부차적인 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 환경의 결과는 진정한 효율성을 얻기가 비현실적이라는 것입니다.

그러나 운영 효율성은 에너지에 민감한 관리에 매우 중요합니다. 현장 환경에서 작동 효율성을 실제로 측정하기 위한 요구 사항은 충분하고 비현실적입니다(예:모터 샤프트에 토크 변환기를 설치하고 모터 단자에서 모터에 대한 입력 전력을 자주 높은 전압 수준에서 측정). 진정한 효율성 측정 대신 효율성 평가는 에너지 관리를 위한 유일한 현장 친화적인 접근 방식이 됩니다. 운영 효율성 측정과 운영 효율성 추정의 차이점은 전자는 직접 측정을 통해 진정한 운영 효율성을 찾으려고 시도하는 반면 후자는 사용자 친화성을 크게 향상시키기 위해 약간의 부정확성을 수용한다는 것입니다.

사례 연구

통제된 실험실 실험에서 새로운 5마력, 460볼트 모터에 대한 진동 분석 및 동적 데이터가 수집되었습니다. 모터가 분해되어 드라이브 엔드 베어링의 외부 레이스가 의도적으로 손상되었습니다(그림 1).

그림 1

모터를 재조립하고 새로운 데이터를 수집했습니다. 획득한 데이터는 진동해석에 사용되는 공통공식을 적용하였으며, 그 결과를 진동스펙트럼과 토크스펙트럼 모두에 게시하였다.

결과 계산에 따르면 외부 레이스 결함은 진동 스펙트럼에서 모터 속도와 관련된 측파대와 토크 스펙트럼에서 기본 주파수의 두 배인 107Hz에서 나타나야 한다고 결론지었습니다(그림 2 및 3). 측면 밴드가 있는 외부 레이스 결함은 진동 스펙트럼보다 동적으로 수집된 데이터에서 훨씬 쉽게 판별할 수 있습니다.

그림 2. 진동 스펙트럼

그림 3. 복조된 토크 스펙트럼

로터 바 문제

다른 실험실 통제 연구에서 소형 동력계의 전체 부하에서 작동하는 1마력 모터가 동적 테스터로 철저하게 테스트되었습니다. 그런 다음 결과를 저장하고 분석했습니다. 로터를 제거하고 로터 바 하나에 5/8인치 구멍을 뚫어 완전히 절단했습니다. 모터는 동일한 조건에서 조립되고 다시 테스트되었습니다. 다시 결과를 저장한 다음 원본 데이터와 비교했습니다(그림 4 및 5).

그림 4

그림 5

현재의 시그니처 분석에서 파손된 로터 바는 어려움이나 집중적인 진단 없이 명확하게 정의되었습니다.

캐비테이션

노스캐롤라이나의 한 대형 발전소에서 정비사는 15,000마력의 펌프 3개 중 하나가 다른 2개보다 낮은 유량 수준을 발생시키는 것을 발견했습니다. 정비공은 모터를 탓했고 전기 기술자는 펌프에 결함이 있다고 주장했습니다. 동적 전기 데이터를 수집하고 분석했습니다. 그림 6은 결과적인 토크 리플을 보여줍니다.

그림 6

한 펌프는 토크 리플의 큰 변화를 보인 반면, 정상적으로 작동하고 있던 두 펌프는 토크 시그니처가 더 작았습니다. 이 테스트의 결과, 잠수부는 구덩이로 보내졌고 한쪽 엔드 벨의 볼트가 녹슬어서 펌프로 물을 보내는 플루트가 떨어지는 것을 발견했습니다. 이 상황으로 인해 펌프가 펌프 외부로 물을 순환시키고 캐비테이션이 생성되었습니다. 다른 펌프의 볼트도 교체가 필요했으며 가까운 장래에 고장이 났을 것입니다. 수리를 위해 필요한 가동 중지 시간으로 인해 시설에 수백만 달러의 비용이 들었지만 수리 후 증가된 생산성은 그 비용을 쉽게 보상했습니다.

결론적으로 오늘날 사용 가능한 동적 모터 테스트 및 최첨단 장비는 전 세계적으로 신뢰성 기술자가 선택하는 도구가 빠르게 자리잡고 있습니다. 이 기술은 매우 젊고 새로운 혁신이 지속적으로 기능과 지평을 확장하고 있습니다.