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電機(jī)作為工業(yè)控制中的核心動(dòng)力設(shè)備,其狀態(tài)的好壞直接影響生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行。根據(jù)統(tǒng)計(jì),電機(jī)最常見(jiàn)的故障往往出現(xiàn)在繞組線圈和軸承的損壞上,而這類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(jiān)測(cè),二是故障會(huì)逐漸擴(kuò)大和加速損壞。另外,當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),我們往往難以及時(shí)確認(rèn),必須要等到停機(jī)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(jī)的控制設(shè)備,在實(shí)際應(yīng)用中也可以為電機(jī)提供一定保護(hù)。普通變頻器可以對(duì)電機(jī)提供電子熱繼電器保護(hù),優(yōu)秀變頻器還可以提供電機(jī) PTC 或 KTY 熱敏電阻保護(hù)。但是基于溫度檢測(cè)的電機(jī)保護(hù)并不能提供電機(jī)健康狀態(tài)的完整信息,因此企業(yè)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)還是要進(jìn)行人工振動(dòng)檢測(cè)和定期的停工電機(jī)繞組電阻檢測(cè)。
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:在線繞組監(jiān)測(cè)、在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)和基于工況的負(fù)載輪廓線監(jiān)測(cè)三大功能。通過(guò)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的及時(shí)保護(hù),從而節(jié)省日常維護(hù)保養(yǎng)人力,減少設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間。
注:要了解更多基于工況的監(jiān)測(cè)功能請(qǐng)參考《 ISO13373 – 基于工況的機(jī)械監(jiān)測(cè)和診斷》,或者《VDMA24582 – 基于工況的監(jiān)測(cè)指南》
01 電機(jī)繞組檢測(cè)
電機(jī)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(kuò)大到多個(gè)繞組短路。此時(shí)電機(jī)三相繞組不平衡,負(fù)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實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)定子每相繞組的電阻和電感,CBM運(yùn)算中心以這些數(shù)據(jù)為輸入,并根據(jù)當(dāng)前溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)載等工況數(shù)據(jù),調(diào)取內(nèi)部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)與之相比較,如果超出合理范圍則觸發(fā)報(bào)警或警告。這樣就可以在相當(dāng)早的階段就預(yù)先知道電機(jī)繞組發(fā)生損壞,便于客戶預(yù)先做好維修計(jì)劃,在設(shè)備整體停機(jī)維護(hù)時(shí)一并處理。
這種在線電機(jī)繞組監(jiān)測(cè)功能幾乎沒(méi)有硬件開(kāi)銷,相比只有停機(jī)后才能實(shí)施的人工檢測(cè),效率也高得多。
02 電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)
除繞組損壞以外,電機(jī)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(xì)討論。軸承損壞有加速擴(kuò)大現(xiàn)象,所以務(wù)必在早期階段發(fā)現(xiàn)并迅速處理,這顯然只有在線監(jiān)測(cè)才能實(shí)現(xiàn)。軸承早期損壞會(huì)使電機(jī)振動(dòng)變大,因此可以通過(guò)振動(dòng)傳感器檢測(cè)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(zhuǎn)速、負(fù)載都相關(guān),所以CBM運(yùn)算中心將根據(jù)實(shí)際工況調(diào)取內(nèi)部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中的相關(guān)數(shù)據(jù),與當(dāng)前輸入的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,如果超出合理范圍則觸發(fā)報(bào)警或警告。
03 負(fù)載輪廓線監(jiān)測(cè)
通常特定負(fù)載有自己特定的轉(zhuǎn)矩 – 轉(zhuǎn)速特性曲線,負(fù)載輪廓線監(jiān)測(cè)功能可以隨時(shí)監(jiān)控運(yùn)行中出現(xiàn)的負(fù)載高于或低于基準(zhǔn)線的狀況,從而發(fā)現(xiàn)各種被動(dòng)負(fù)載的故障,比如管道積垢,風(fēng)機(jī)葉片研磨或斷裂,泵磨損,通風(fēng)系統(tǒng)中的濾網(wǎng)堵塞或泄漏,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦等,并及時(shí)發(fā)出報(bào)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(yù)先產(chǎn)生與電機(jī)和負(fù)載特性相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集。
產(chǎn)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集有兩種辦法:
一種是停機(jī)手動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式,要求變頻器停機(jī)以后,再啟動(dòng)”Baseline Run”功能,然后手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。
另一種是在線數(shù)據(jù)采集方式,在變頻器正常運(yùn)行時(shí),啟動(dòng)“Online Baseline”功能即可。