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電機作為工業(yè)控制中的核心動(dòng)力設備,其狀態(tài)的好壞直接影響生產(chǎn)運營(yíng)的正常進(jìn)行。根據統計,電機最常見(jiàn)的故障往往出現在繞組線(xiàn)圈和軸承的損壞上,而這類(lèi)故障都有共同的特點(diǎn),一是初期故障不明顯,難以及時(shí)監測,二是故障會(huì )逐漸擴大和加速損壞。另外,當電機出現故障時(shí),我們往往難以及時(shí)確認,必須要等到停機時(shí)才能進(jìn)行檢修,非常不方便。
眾所周知,變頻器作為電機的控制設備,在實(shí)際應用中也可以為電機提供一定保護。普通變頻器可以對電機提供電子熱繼電器保護,優(yōu)秀變頻器還可以提供電機 PTC 或 KTY 熱敏電阻保護。但是基于溫度檢測的電機保護并不能提供電機健康狀態(tài)的完整信息,因此企業(yè)對關(guān)鍵設備的驅動(dòng)電機還是要進(jìn)行人工振動(dòng)檢測和定期的停工電機繞組電阻檢測。
丹佛斯變頻器CBM功能是 Condition-Based-Monitoring的縮寫(xiě),目前在丹佛斯FC102/FC202/FC302系列變頻器中已經(jīng)集成了此功能,主要包括:在線(xiàn)繞組監測、在線(xiàn)振動(dòng)監測和基于工況的負載輪廓線(xiàn)監測三大功能。通過(guò)對電機的實(shí)時(shí)運行狀況進(jìn)行在線(xiàn)監測和報警,以實(shí)現對電機的及時(shí)保護,從而節省日常維護保養人力,減少設備故障停機時(shí)間。
注:要了解更多基于工況的監測功能請參考《 ISO13373 – 基于工況的機械監測和診斷》,或者《VDMA24582 – 基于工況的監測指南》
01 電機繞組檢測
電機繞組損壞是逐漸發(fā)生的,一般總是先從單圈繞組短路開(kāi)始,然后擴大到多個(gè)繞組短路。此時(shí)電機三相繞組不平衡,負載較重時(shí)容易發(fā)生過(guò)電流故障,最后發(fā)展到繞組與定子外殼發(fā)生短路故障的程度。
丹佛斯變頻器優(yōu)異的矢量控制算法可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測電機定子每相繞組的電阻和電感,CBM運算中心以這些數據為輸入,并根據當前溫度、轉速、負載等工況數據,調取內部基礎數據集中的數據與之相比較,如果超出合理范圍則觸發(fā)報警或警告。這樣就可以在相當早的階段就預先知道電機繞組發(fā)生損壞,便于客戶(hù)預先做好維修計劃,在設備整體停機維護時(shí)一并處理。
這種在線(xiàn)電機繞組監測功能幾乎沒(méi)有硬件開(kāi)銷(xiāo),相比只有停機后才能實(shí)施的人工檢測,效率也高得多。
02 電機振動(dòng)監測
除繞組損壞以外,電機另外一個(gè)典型故障是軸承損壞。軸承異常損壞的成因很多,這里不詳細討論。軸承損壞有加速擴大現象,所以務(wù)必在早期階段發(fā)現并迅速處理,這顯然只有在線(xiàn)監測才能實(shí)現。軸承早期損壞會(huì )使電機振動(dòng)變大,因此可以通過(guò)振動(dòng)傳感器檢測到軸承異常。
丹佛斯變頻器富余的模擬量輸入口可以用作振動(dòng)傳感器的輸入接口。同樣,振動(dòng)與轉速、負載都相關(guān),所以CBM運算中心將根據實(shí)際工況調取內部基礎數據集中的相關(guān)數據,與當前輸入的振動(dòng)數據進(jìn)行比較,如果超出合理范圍則觸發(fā)報警或警告。
03 負載輪廓線(xiàn)監測
通常特定負載有自己特定的轉矩 – 轉速特性曲線(xiàn),負載輪廓線(xiàn)監測功能可以隨時(shí)監控運行中出現的負載高于或低于基準線(xiàn)的狀況,從而發(fā)現各種被動(dòng)負載的故障,比如管道積垢,風(fēng)機葉片研磨或斷裂,泵磨損,通風(fēng)系統中的濾網(wǎng)堵塞或泄漏,設備運轉摩擦等,并及時(shí)發(fā)出報警。
04 丹佛斯CBM功能的使用
使用丹佛斯CBM功能時(shí)最重要的一步是預先產(chǎn)生與電機和負載特性相關(guān)的基礎數據集。
產(chǎn)生基礎數據集有兩種辦法:
一種是停機手動(dòng)數據采集方式,要求變頻器停機以后,再啟動(dòng)”Baseline Run”功能,然后手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。
另一種是在線(xiàn)數據采集方式,在變頻器正常運行時(shí),啟動(dòng)“Online Baseline”功能即可。