動的電気モーター監視を使用した機械的問題の特定

動的電気モーターテストは、モーターが稼働している必要があり、一般にモーターが自然環境にあることを前提としているため、オンラインテストと呼ばれることがよくあります。動的テストには、電圧プローブと変流器の接続が含まれます。動的テスト機器の接続は、安全、迅速、そして邪魔になりません。データが取得され、結果が要約形式で表示されます。収集されたデータは、ユーザーが入力したネームプレート情報と比較され、合格/不合格の形式で表示され、現在のテストデータとトレンドログの両方が連続する各テストの後に表示されます。

モーターテストの必要性

すべての信頼性技術者は、モーターの故障に関連するコストがあらゆる事業運営に壊滅的な打撃を与える可能性があることを知っています。モーターが過度の熱またはストレスを発生させる条件で動作していることを確認することは、モーターの動作を変更し、その絶縁を監視するための技術者へのガイドです。モーターが故障の差し迫った危険にさらされていることを知っていると、技術者は、壊滅的な故障のためにモーターに指示を与えるのではなく、都合の良いときに修理をスケジュールする時間を確保できます。効率と収益性を向上させながら、予定外のダウンタイムを削減することは、すべての信頼性技術者の共通の目標です。動的モーターのテストと監視は、電気モーターと関連機器の安全で継続的な運用を担当する人々の能力を支援および向上させる比較的新しい概念です。

動的テストからわかること

モーターは、入力電力品質、モーター、および駆動負荷を含む完全なシステムの一部です。多くのモーターの問題は、入力電力品質の低下によって引き起こされます。さらに多くの問題は、負荷および負荷関連の問題に起因する可能性があります。

最先端の動的モーターテスト機器は、電気的な問題を機械的な問題から分離し、電力関連の問題領域を定義することができます。優れたテスト機器は、電圧レベル、不均衡、高調波成分など、入力電力に関する膨大な量の情報を提供します。少量の電圧の不均衡は、はるかに大量の電流の不均衡をもたらし、モーター内の損失を増加させます。高調波歪みはまた、主に非正弦波の正弦波による過熱を引き起こすエネルギーの浪費をもたらします。これらの問題は、モーターのパフォーマンスとその負荷を処理する能力に直接影響します。全体として、電力品質の低下は、固定子と回転子内の熱が高くなり、効率が低下し、最終的にはモーターの早期故障につながることを示しています。モーターの寿命を維持するには、電力品質を監視し、必要な調整を行うことが不可欠です。

電力状態に加えて、動的テストはモーターの動作に関する広範な情報を提供し、潜在的な機械的問題領域の証拠を提供します。テスト機器は、電流レベルと不均衡、負荷レベル、およびトルク関連の情報を追跡します。このデータを電力品質情報と組み合わせることで、機器は潜在的な問題領域を示すディレーティング要因を予測できます。

トルクとトルクリップルは、モーターの状態を一貫して正確に診断するために必要なパズルのもう1つのピースを追加します。トルクリップルは、取得期間中の最大トルクを平均トルクで割ったものとして定義されます。トルクリップル自体は、定常状態の平均トルクを取り巻くトルクバンドがどれだけ小さいかを示す尺度です。トルクリップルは、電源状態や電流レベルに依存しません。被駆動負荷がどのように機能しているかを視覚的に確認でき、ローター応力の指標になります。

動的テストでは、ローターバーの問題を高い精度で特定でき、トレンドログにより、時間の経過に伴う問題の追跡が容易で予測可能になります。ローターバーとケージの欠陥により、効率が低下し、熱が高くなり、モーターが早期に故障します。

効率の測定と追跡は非常に難しい作業です。モーターの動作効率は、フィールドアプリケーションでは簡単に測定できません。多くの規格には、一般的に実験室環境でのみ満たすことができる多くの要件があります。これらの規格は通常、良好な動作電圧条件下でのモーターの機能の適切な説明を保証することに重点を置いています。ただし、現場では、モーターの切り離しや飽和運転用の電圧レベルの調整などの要件の余地はほとんどありません。特定のモーターの機能に関する質問は、現場での特定の条件下での動作効率と比較した場合、二次的な重要性があることがわかります。このような環境の結果、真の効率を得るのは非現実的です。

ただし、運用効率は、エネルギーを意識した管理にとって非常に重要です。フィールド環境での動作効率の真の測定の要件は、十分で非現実的です（モーターのシャフトにトルクトランスデューサーを取り付け、モーター端子でモーターへの入力電力を測定する場合など）。真の効率測定の代わりに、効率推定はエネルギー管理のための唯一の現場に優しいアプローチになります。動作効率の測定と動作効率の推定の違いは、前者は直接測定によって真の動作効率を見つけようとするのに対し、後者はユーザーフレンドリーを大幅に向上させるためのわずかな不正確さを受け入れることです。

ケーススタディ

制御された実験室での実験では、振動解析と動的データが新しい5馬力の460ボルトモーターで取得されました。モーターが分解され、ドライブエンドベアリングの外輪が意図的に損傷しました（図1）。

図1

モーターを組み立て直し、新しいデータを収集しました。取得したデータには、振動解析で使用する一般的な式を適用し、振動スペクトルとトルクスペクトルの両方に結果を掲載しました。

結果として得られた計算では、外輪の欠陥は、振動スペクトルではモーター速度に関連し、トルクスペクトルでは基本周波数の2倍に関連する側波帯を伴う107 Hzで現れるはずであると結論付けました（図2および3）。側波帯を伴う外輪の欠陥は、振動スペクトルよりも動的に取得されたデータではるかに簡単に特定できました。

図2.振動スペクトル

図3.復調されたトルクスペクトル

ローターバーの問題

別の実験室で管理された研究では、小さな動力計で全負荷の下で動作する1馬力のモーターが、動的テスターで徹底的にテストされました。次に、結果を保存して分析しました。ローターを取り外し、1つのローターバーに5/8インチの穴を開けて、完全に切断しました。モーターは同じ条件下で組み立てられ、再テストされました。ここでも、結果が保存され、元のデータと比較されました（図4および5）。

図4

図5

壊れたローターバーは、現在のシグネチャ分析で、困難や集中的な診断なしに明確に定義されました。

キャビテーション

ノースカロライナ州の大規模な発電所で、整備士は3つの15,000馬力ポンプのうちの1つが他の2つよりも低い流量レベルを発生させたことに気づきました。電気技師がポンプに障害があると主張している間、整備士はモーターを非難しました。動的電気データが取得され、分析されました。図6は、結果として生じるトルクリップルを示しています。

図6

1つのポンプはトルクリップルの大きな変動を示しましたが、正常に動作していた2つのポンプのトルク特性は小さかった。この試験の結果、ダイバーがピットに送られ、一方のエンドベルのボルトが錆びて、ポンプに水を向けていたフルートが脱落したことがわかりました。この状況により、ポンプはポンプの外側に水を循環させ、キャビテーションを発生させました。他のポンプのボルトも交換が必要であり、近い将来故障する可能性があります。修理に必要なダウンタイムは施設に数百万ドルの費用がかかりましたが、修理後の生産性の向上はそれらの費用を簡単に補いました。

結論として、今日利用可能な動的モーターテストと最先端の機器は、世界中の信頼性技術者にとって急速に選択されるツールになりつつあります。テクノロジーは非常に若く、新しいイノベーションによってその機能と視野が継続的に拡大しています。