Przemysłowe metody identyfikacji niesprawności pracy napędów elektrycznych

Zapewnienie ciągłości pracy silników elektrycznych decyduje o wynikach produkcji zakładów przemysłowych. Napędy elektryczne znajdują zastosowanie w liniach technologicznych, maszynach, wózkach samojezdnych, agregatach hydraulicznych, sprężarkach, narzędziach ręcznych oraz wielu innych urządzeniach technologicznych i wspomagających produkcję. W wielu przypadkach przyczynami niesprawności są elementy niezwiązane bezpośrednio z ustrojem elektrycznym silnika, ale z nieprawidłową konfiguracją całego układu napędowego. W artykule przedstawiono krótkie omówienie metod diagnozy silników elektrycznych oraz typowe podejścia możliwe do zastosowania w przypadkach detekcji awarii.

Wśród niesprawności silników elektrycznych należy wyróżnić czynniki zagrażające bezpieczeństwu, życiu operatorów maszyn, jakości produktu oraz ciągłości produkcji. Nieprawidłowości występujące w fazie użytkowania zespołów napędowych można podzielić na elementy eksploatacyjne oraz proceduralne. Same awarie przyjmują charakter mechaniczny lub elektryczny. Służby utrzymania ruchu natrafiają jednak na trudności związane ze znalezieniem przyczyny na podstawie charakterystycznych objawów. Nie zawsze stanowi to proste zadanie. Pierwszą istotną przeszkodą jest określenie parametrów branych pod uwagę w fazie diagnozy. Drugą jest analiza danych, która powinna doprowadzić do jednoznacznych wniosków.

Przegląd metod diagnozy niesprawności silników elektrycznych

Istnieje wiele metod stosowanych do diagnostyki silników elektrycznych. Z drugiej strony diagnoza samego silnika jest rozwiązaniem połowicznym, ponieważ większość awarii jest bezpośrednim skutkiem nieprawidłowości pracy urządzeń napędzanych. Szczególnie istotne są: przeciążenia (powodujące zablokowanie elementów ruchomych napędu), rozosiowanie (prowadzące do zginania wałów wirników oraz degradacji łożysk) oraz niewyważenie elementów ruchomych.

Urządzenia rozruchowe, zabezpieczenia elektryczne oraz przetwornice częstotliwości poprawiły znacznie wskaźniki awaryjności samych silników. Doprowadziły jednocześnie do dominacji awarii o charakterze mechanicznym.
Wykaz dostępnych metod, zasad oraz parametrów oceny stanu maszyn elektrycznych zawiera zbiór norm IEC 60034-(1÷31). Wymagania proceduralne związane z odpowiednim oznakowaniem maszyn elektrycznych oraz ze zgodnością zabudowy z dokumentacją są pośrednio związane z awariami (występującymi zwłaszcza w fazach uruchomienia, remontów, obsługi lub wymian osprzętu), ale stanowią niezwykle ważny czynnik. Wymogi eksploatacyjne odnoszą się do kilku grup elementów [1]:

• przewodów zasilających – kontrola poprawności zasilania faz, identyfikacja zagięć, pęknięć, przetarć izolacji,
• obudowy silnika – kompletność, zabrudzenia, pęknięcia, wycieki środków smarnych, kompletność elementów złącznych korpusu, śrub łap lub kołnierza mocującego, kontrola uszczelnień wału silnika oraz drożności otworów przewietrzników,
• osprzętu (samego silnika oraz całego układu napędowego), w szczególności wyłączników ruchu układu napędowego,
• przetwornic częstotliwości, softstarterów, układów bezpośredniego rozruchu lub przełączników gwiazda-trójkąt,
• warunków smarowania ruchomych elementów napędzanych.

Kontrola wizualna urządzeń elektrycznych należy do najczęściej stosowanych metod identyfikacji niesprawności. Służy jednak do wykrycia widocznych wad, które stanowią raczej znaczne zaniedbania w procesie eksploatacji, a ich wynik jest zazwyczaj nieodwracalny.

Metody pomiarów stykowych oraz bezstykowych temperatury są także powszechne i nie wymagają szerszego opisu. Dostępność wielu narzędzi oraz wysoka skuteczność detekcji, nawet wczesnych źródeł awarii, stanowią o wysokim stopniu użyteczności metod diagnostyki termicznej.

Pomiar drgań napędów to kolejna metoda identyfikacji oraz monitoringu rozwoju nieprawidłowości pracy silników elektrycznych, która używana może być do wykrywania niesprawności o charakterze mechanicznym, jak i elektrycznym [5].

We wszystkich przypadkach jakość i trafność diagnozy [2] zależą od czynników planowania, które powinno obejmować:

• określenie mierzonych parametrów,
• ustalenie częstotliwości pomiarów,
• określenie ścieżki pomiarowej,
• ustalenie progów do oceny stanu.

Kolejnym elementem przydatnym w fazie oceny stanu układów napędowych są pomiary parametrów elektrycznych silników napędowych.

Integracja narzędzi diagnostycznych

Automatyzacja zakładów produkcyjnych otworzyła nowe możliwości w zakresie diagnozy silników elektrycznych oraz ogólnie pojętych układów napędowych. Zastosowanie systemów rozproszonych, z centralnym sterowaniem oraz bazami danych, prowadzi do uzyskania systemów, które możemy zaklasyfikować do typu Big Data. Duża liczba dostępnych parametrów nie ułatwia przebiegu procesu diagnozy. Dlatego automatyzacji podlegają także procedury diagnostyczne, co prowadzi do powstania zintegrowanych systemów diagnostycznych umożliwiających szybkie opracowanie modelu maszyny lub linii, progów alarmowych (m.in.: silników, łożysk, wirników, przekładni zębatych, przekładni pasowych, pomp oraz wielu innych urządzeń) [3-5]. Takie podejście nie ogranicza diagnozy i prognozy stanów jedynie do samego silnika elektrycznego. Rozszerza proces wnioskowania na cały układ napędowy oraz elementy napędzane.