دوره آنالیز فرکانسی جریان MCSA

موتورهای ولتاژ پایین، فرکانس ثابت بطور کلی دارای آلارم های کاهش ایزولاسیون نیستند. بطور معمول مشکلات تخریب عایقی سیم پیچ های استاتور ولتاژ پایین، نمیتواند توسط اندازه گیری های آنلاین اندازه گیری شود و اولین نشانه های مشکل زمانی بروز خواهد کرد که عیب گسترش پیدا کرده باشد. این مفهوم که موتور دچار عیب باید کار کند تا کاملا از کار بیافتد، در فرآیندهای تولید مدرن جایگانی ندارد، لذا تشخیص زودتر عیب میتواند مفید باشد.

خرابی های مرتبط به سیم پیچ استاتور، می تواند به ۵ دسته تقسیم شود:

1. اتصال حلقه به حلقه
2. اتصال کویل به کویل
3. اتصال خط به خط
4. اتصال خط به گراند
5. مدار باز

در بین ۵ حالت خرابی فوق، اتصال حلقه به حلقه اکثرا چالش برانگیر اعلام می شود و سایر آنها از عواقب عیوب حلقه ها هستند.
هدف استفاده از MCSA، شناسایی اجزاء جریانی در سیم پیچ استاتور است که تابعی از حلقه های اتصال کوتاه شده باشد و مرتبط به سایر عیوب مکانیکی نباشد. رابطه زیر بخوبی میتواند این عیب را آشکار نماید:

Fst=F{(n/p)(1-s)±k}

• در این رابطه K اعدد فرد است.
• عدد n یک عدد از ۱ به بالا است.
• p زوج قطب و s لغزش است.
• f1 فرکانس خط و عیب مذکور سبب ایجاد فرکانس fsc می گردد.
  با توجه به روابط بالا، این عیب، ساید باندهای دور اطرف فرکانس خط ایجاد می کند. (فرکانس دور در طیف دمود).

دلایل اتصال کوتاه در سیم پیچ استاتور موتور های القایی سه فاز بزرگ SCIM

۱- اضافه ولتاژ لحظه ای بدلیل صاعقه و …، سبب اضافه ولتاژ لحظه ای روی موتور و در نتیجه شکست ایزولاسیون و اتصال کوتاه در موتور می شود. این عامل سبب اتصال کوتاه بین حلقه ها و عبور جریان زیاد و درنتیجه از بین رفتن ایزولاسیون با بدنه می شود.
۲- استارت های مستقیم DOL و …، سبب جابجایی مکانیکی کلاف ها در انتهای ناحیه سیم پیچ می شود و درنتیجه، استارت های متوالی خارج از شرایط طراحی، میتواند منجر به سایش ایزولاسیون بین حلقه ای و درنتیجه وقوع اتصال کوتاه شود.

مرجع: راهنمای VMI و کتاب ویلیام تامسون

صلاحیت های لازم برای مهندسی که میخواهد MCSA کار کند:

(برگرفته از کتاب ویلیام تامسون William T. Thomson)

• توانایی درک صحیح مفاهیم کارکرد موتور القایی ۳ فاز در شرایط کاری عادی و استفاده صحیح از معادلات پایه که برای تست MCSA لازم است.
• درک ساختار پایه موتور های القایی سه فاز بزرگ SCIM
• درک پیامدهای استارت مستقیم DOL ، نمودار گشتاور در برابر سرعت موتورهای القایی سه فاز و بارهای مکانیکی و چگونگی محاسبه آنها. بعنوان مثال زمان راه اندازی موتوری که یک بارمکانیکی نظیر یک کمپرسور یا پمپ را راه اندازی می کند. عدم توجه به این نکات در هر یک از شکل های زیر،  میتواند سبب  شکستگی در میله های روتور شود:
  ** با توجه به قابلیت های درنظر گرفته شده در طراحی موتور، تعداد زیاد استارت مستقیم DOL که جریان های راه اندازی بالایی را در پی دارد. بعنوان مثال زمانیکه کاربر تاخیر زمانی پیشنهادی سازنده OEM را در بین استارت های متوالی رعایت نکند.
  ** مناسب نبودن بار و سرعت و کافی نبودن گشتاور برای تمام شرایط راه اندازی و درنتیجه عدم تطابق مشخصات کاری با منحنی سرعت- گشتاور.

موتور القایی سه فاز، بدلیل ترکیب ۳ پدیده ی اساسی گشتاور و توان را برای شفت خروجی تولید می کند. این پدیده ها عبارتند از:

1. ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار توسط سیم پیچ سه فازی که از ولتاژ تغذیه سه فاز تغذیه می شود (مفهوم میدان مغناطیسی دوار تسلا)
2. نیروی الکتریکی محرک(emf) که در یک سیم پیچ قرارداده شده در یک متغییر ایجاد می شود، که در اینجا میدان مغناطیسی دوار است (قانون القای الکترومغناس فارادی)
3. به سیم پیچ حامل جریان در میدان مغناطیسی، یک نیرو وارد می شود. (آزمایش های فارادی و اورستد)

آنالیز اثرات الکتریکی روشی بسیار دقیق و کامل، برای پایش وضعیت هر چه بهتر تجهیزات دوار است. یکی از مهمترین تکنیک های آنلاین این روش، آنالیز اثر جریان می باشد. این تکنیک برای موتورهای حساس و یا موتورهایی که امکان دسترسی به آنها وجود ندارد، بسیار مفید می باشد.

چه عیوبی توسط این روش قابل تشخیص هستند؟

• عیوب استاتور نظیر: ناهم مرکزی، بروز قطعی و یا اتصال کوتاه در حلقه سیم پیچهای استاتور، سافت فوت یا مشکل پایه ی موتور.
• عیوب روتور نظیر: ناهم مرکزی، شکستگی و لقی میله های روتور و یا ترک در حلقه های انتهائی روتور.
• عیوب الکتریکی نظیر: قطعی فاز، اشکال در اتصال زمین
• عیوب مکانیکی نظیر: خمیدگی شافت و عیوب بلبرینگ

عیوب در مراحل اولیه ظاهرا هیچ مشکلی ایجاد نمی کنند اما مشکلات زیر را برای سیستم در پی خواهند داشت:

• نابالانسی در ولتاژها و جریانهای خط
• افزایش گشتاور ضربه ای
• کاهش میانگین گشتاور
• افزایش تلفات و کاهش بازدهی
• حرارت زیاد و غیر نرمال

سازندگان و شاپ های تعمیرات موتور باید از MCSA بعنوان یک ابزار تست مفید برای بازرسی های کنترل کیفی و تضمین کیفیت جهت ارزیابی شرایط کاری سیم پیچ قفسه و خارج از مرکزی فاصله هوایی در شرایط بار کامل، استفاده کنند. البته تا زمانیکه توافقی رسمی برای این کار وجود نداشته باشد، چنین آزمایش هایی انجام نخواهد شد. (برگرفته از کتاب ویلیام تامسون William T. Thomson)

نوشتار زیر از کتاب ویلیام تامسون William T. Thomson انتخاب شده است:

Current Signature Analysis for Condition Monitoring of Cage Induction Motors: Industrial Application and Case Histories, First Edition
Author(s): William T. Thomson Ian Culbert
First published:17 December 2016

جهت امکان مطالعه بیشتر، لیست رفرنس های استفاده شده نیز در پایان متن بیان شده است.

تاریخچه توسعه آنالیز اثر جریان موتورهای القایی- MCSA:

در اواخر دهه ۱۹۷۰ تا اوسط دهه ۱۹۸۰، تحقیق و توسعه بنیادی و جدیدی بطور همزمان در آمریکا، انگلستان و اروپا در خصوص مطالعه ی جریان(و طیف) بعنوان تابعی از خرابی های سیم پیچ قفسه در موتورهای القایی انجام شد.
در آمریکا این کار توسط Kliman گزارش شد.(۴۳ و ۴۴)
در انگلستان و اروپا نیز تحقیقات مختلفی درباره این موضوع توسط Williamson 45، و VAS 46 و Deleroi 47 و Hargis 48 و Tavner 49 و Filipetti 50 و Thomson 34 انجام شد.
Thomson در سال ۱۹۸۲ درخصوص عیب یابی توسط MCSA در مورد مقدار غیرقابل قبول Airgap کاری در موتورهای HV القایی بزرگ در نیروگاه و سکوهای نفتی فراساحلی تحقیقاتی انجام داد و به عنوان اولین نمونه گزارش صنعتی توانست مشکل خارج از مرکزی Airgap را در سال ۱۹۸۲ گزارش دهد.

با پیشرفت پردازش سیگنال در اواخر دهه ۱۹۷۰، امکان تولید طیف دقیق جریانی دقیق از جریان الکتریکی موتور و بدین ترتیب عیب یابی علائم جریان نشانگر شکست سیم پیچ قفسه یا ایرگپ غیرطبیعی بین روتور و استاتور فراهم شد. هر دوی این مشکلات میتوانند منتج به خرابی و آسیب هسته و سیم پیچ استاتور شوند.
آنالایزرهای طیف و ابزارهای تجاری MCSA میتوانند طیف جریان مرتبط به شکستگی قفسه یا خارج از مرکزی غیرنرمال را استخراج نمایند و بطور وسیع نیز در صنعت استفاده شوند.

درک این نکته مهم است که MCSA نمیتواند بین میله های روتور شکسته و حلقه ی پایانی شکسته را تمییز دهد و بطور مشخص نمیتوان محل شکست سیم پیچ قفسه که در آن میله های روتور شکسته است را مشخص نمود. که البته در صنعت نیز به این تشخیص نیاز نمی باشد.