Elektrische Zustandsdiagnose an Antriebssträngen -
ein Schritt auf dem Weg zur multivariablen Diagnostik
Klaus M. Hempel
easyFairs Best PracticeDortmund, 24. Februar 2010
Diagnose und Service am kompletten Antriebstrang
Wir reparieren ELEKTROMOTOREN
Wir reparieren ELEKTROMOTOREN
• Instandsetzung von Elektromotoren bis 2,5 MW bis 10 kV, 15 t
• Überholung, Neuwicklung, mechanische Instandsetzung
• Getriebemotoren, Servomotoren
• Reparatur von EEx-geschützten Motoren
• www.hem-net.de
Wir schaffen WISSEN und ZUSTANDSWISSEN.
• Vorausschauende Instandhaltung, PreDictive Maintenance - PDM
• Installation von PDM-Systemen• Betrieb von PDM-Systemen als
Dienstleistung• Lieferung von Messtechnik
– Schwingungsmesssysteme• Schwingungsanalysen zur
Prävention und zur Schadensanalyse
• Thermographie• Technische IH-Beratung • Training und IH-Seminare
Wir halten ANLAGEN PRODUKTIV.
• Wartung, Überholung und Reparatur von Produktionsanlagen vor Ort
• Demontagen und Montagen von Antrieben
• Auswuchten vor Ort• Laserausrichtung• Krananlagen - Wartung, UVV-
Abnahme, Umbau, Reparatur
• www.hem-net.de
Wir bauen STEUERUNGEN und ANLAGEN.
Wir liefern ANTRIEBS-TECHNISCHE KOMPONENTEN.
• Elektromotoren – ABB– VEM– SIEMENS– und andere
• Gleichstrommotoren• Sonderantriebe • Elektrozylinder und Linearachsen• Servo- und Schrittmotoren• Frequenzumrichter
• www.hem-net.de
Wir geben Handwerkern richtiges WERKZEUG.
Wir geben Handwerkern richtiges WERKZEUG.
• Instandsetzung von Elektro-und Druckluftwerkzeugen
• Kompressoren• Bau, Wartung, Rep. von
Druckluftanlagen– Erzeugung– Aufbereitung
• Einfriergeräte• Gewindeschneidmaschinen für
den Rohrleitungsbau• Mietservice
• www.hem-net.de
Auf dem Weg zur multivariablen Diagnose
Der Elektromotor als elektro - mechanische Schnittstelle
– Wie kann man den elektrischen Teil des Motors überwachen?
Aufgabe:Anlagenverfügbarkeit
für die ProduktionWertschöpfung
Nutzenvorrat der Anlage erhalten
Strategien:IH nach AusfallPMPDM
N
t/a
NSoll
PM PM PM PM
Instandhaltungs-Strategien
Voraussagende Instandhaltung
Der Blick in die Zukunft: PDM - PreDictive Maintenance
• Vorausschauende Instandhaltung• Zustandswissenbasierte Instandhaltung• Zustandsorientierte Instandhaltung
zukunftsgerichtetes Wissen übererkennbar oder meßbar verschleißendeBauteile
Zustandsparameter bei Elektromotoren
• Schwingungen• Vibrationen• Isolationswert• elektrische Werte• Temperatur• visuelle Beobachtung• Fühlen, Hören, Riechen
• Isolations-Widerstand• PI - Wert und Graph• Wicklungswiderstand• Wicklungsinduktivität• Kapazität gegen Masse• Leitungswiderstände• Netz - Qualität• Stromsignal - Analyse
• Schwingungen• Vibrationen• Isolationswert• elektrische Werte• Temperatur• visuelle Beobachtung• Fühlen, Hören, Riechen
PdMA - Motoren - Messtechnik
MCEstatische Messungen
Standard Test
• Schneller Test (2 - 3 min) in Messrouten
• erfasst Basis-Werte• Trend-Parameter• Überblick über Motor-
Allgemeinzustand• Messung am Motor oder
im Schaltschrank
Unsymmetrische Widerstände oder Induktivitäten
• Errechnet aus den Widerständen je Phase in MilliOhm
• erfasst Vergrösserung von Übergangswiderständen in Motor und Zuleitung
• erfasst Windungsschlüsse
Visualisierung von Alarmen und Trends
Von anderen Verfahren nicht identifiziert:
Isolationsfehler als Hauptausfallursache
• Kriechströme gegen Erde• alte oder brüchige Isolation• Überhitzungsschäden• Kontaminierung durch
– Feuchtigkeit – aggressive Lösemittel, Öle,
...
• Prüfung durch– Isolationswert– Hochspannungs-prüfung– Stossspannungstest
Zustandsparameter: Isolationswiderstand
Iso-WertWicklung gegen Erde
PI-Wert: Abbildung des zeitlichen Verlaufs durch Quotienten
PI-Graph: Abbildung des zeitlichen Verlaufs als Bild
Isolationswert gegen Erde
• Angabe in MegaOhm• Gesamtüberblick über die
Qualität der Isolierung• muß für Trendbetrachtung
standardisiert werden• temperatur-kompensiert• Mess-Spannung abhängig
von Maschinenart und -Zustand
Polarisations-Index als Graph
• Quotient der Isolationswerte nach 10 min und nach 1 min
• Bewertet den Zustand der Isolierung, insbesondere Feuchtigkeit, Schmutz, Alterung
• 10 Minuten Mess-Dauer• Mess-Spannung unter
Nennspannung• Messung ohne jede Gefahr
für die Wicklung
Der Polarisations-Graph…
Zustandsinformation über eine Motor-Wicklung
… so individuell wie ein Fingerabdruck …
Jede Wicklung gibt ein Bild über …
…die Nutzungshistorie und Information...
… was jetzt zu tun ist, um …
…Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit zu erhalten
Zustandsparameter: Wicklungskapazität
Kapazität Wicklung gegen Erde
Abbildung von Verschmutzung durch Anstieg der Kapazität
MCEstatische Messungen
E maxdynamische Messungen
PDMA - Motoren-Messtechnik Offline oder Online
Dynamischen Motor - Analyse Prüfmethoden und Parameter
• Leistungsanalyse– Spannungs- und Strom-
Daten– Leistungsaufnahme und
Wirkungsgrad– Impedanzwinkel und
Asymmetrien• Motorstrom-Analyse
– MCSA– Asymmetrien– Anlaufstrom
E maxdynamische Messungen
Eigenschaften der Dynamischen Motor-Analyse
• Prüfung unter Spannung und Belastung• ohne Betriebsunterbrechung• realistische Einschätzung, keine „Laborwerte“• Prüfung von Schaltschrank aus möglich• Trendextrapolation möglich• Zugang zur Maschine unter Spannung erforderlich• Wandler zur Anpassung an Strom oder Mittelspg.• Motor-Stromsignal- und Netz-Analyse als High-End• Last oder Teillast für MCSA
MCSA ( Motor Current Signature Analysis)
• Am laufenden Motor durchgeführt
• mit Strom-Zangen• zeigt Rotor-Anomalien• Last erforderlich
(Rauschabstand)
Vibration Analysis als Vergleich zur MCSA
• Stator -Probleme– loses Blechpaket,...
• Rotor -Probleme– Rotor -Stabprobleme
bei RBPF• exzentr. Luftspalt• Ursachenanalyse• Alte Regel: 2- 3 verschiedene
Parameter als Indikatoren• d.h.: als Ergänzung zur MCSA
Advanced Spectral Analysis für mechanische Vibrationen
Der Peak bei 29 Hz entspricht der
Wellendrehzahl. Anstiege hier deuten auf
Veränderungen in Unwucht, Ausrichtung ...
hin.
Demodulationsspektrum
Überblick über Fehlerbereiche
Netz-Analyse bei Frequenzumrichter -gespeisten Antrieben
Auf der Suche nach Lagerströmen:
Schadensbild vor und nach der Reparatur
Vergleich der Lagerüberrollfrequenzen des Außenringes vor (hinten) und danach (vorne)
Diagramm der Netzharmonischen
Mess-Ergebnis / Untersuchungs-Ergebnis: Betrachtung der Strom-Harmonischen
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Voltage & Current % of Fundamental
Harmonic Number
Voltage and Current Harmonics -- Zementmuehle 4 ZM 4 04/22/2005 11:13:14 AM
I 1I 2I 3
Netz-Analyse
• THD– Total Harmonic Distortion– empfohlen <5%
• Crest Factor– Verhältnis von Scheitelwert
zu Mittelwert (RMS)– Idealwert für Sinusförm. Spg.
1.414
• Spannungs-Asymmetrie– Sollwert <1%
Strategien:� IH nach Ausfall� PM� PDM� PAM
N
t/a
NSoll
Instandhaltungs-Strategien: Werterhöhung durch Instandhaltung
Pro-Aktive Instandhaltung
>100 %
Grundsätzliche Aufgabe
• Kontinuierliche Überwachung von Strom- undSpannungsspektren
• Analyse von elektrischen Antriebe unter Zuhilfenahme eines Online-Schwingungsmessgerätes – Commtest VBonline– mit 3 Strom- und 3 Spannungswandlern.
• Als Ergänzung zu markteingeführten Systemen zur Diagnose mechanischer Schwingungen
• Integration der Diagnose vielfältiger Parameter auf einer Geräteplattform
MultiVariable MotorDiagnose MVMD
MultiVariable MotorDiagnose MVMD
Kunde+
HTD
Beispiel: Läuferstabunterbrechung
• Vielzahl zu überwachender Anlagenparameter zusammenfassen– Mechanische Parameter : Schwingungen– Elektrische Parameter: Spannungs- und Strom-FFT– Netzqualität überwachen– Temperaturen ( Lager, Wicklung etc.)– Alle IH-relevanten Anlagenparameter
• auf Basis 0-10V, 4-20 mA,…• Übernahme auf eine Auswerte-Plattform• Übergreifende Interpretation der Zustandsdaten• Fernzugriff und Ferndiagnose• Einsteuerung in eine wissensbasierte IH• Finales Ziel: Maschinenverfügbarkeit - langfristig
MultiVariable MotorDiagnose MVMD
• Vielzahl zu überwachender Anlagenparameter Übernahme auf eine Auswerte-Plattform
• Übergreifende Interpretation der Zustandsdaten• Fernzugriff und Ferndiagnose
• Einsteuerung in eine wissensbasierte IH
• Finales Ziel: Maschinenverfügbarkeit - langfristig
MultiVariable MotorDiagnose MVMD
HEMPEL Technische Diagnostik GmbH
Siemensring 29D- 47877 Willich
Tel. 02154-4989-0Klaus Hempel 02154-4989-50
Fax 02154-4989-11e-m@il [email protected]
Mehr Informationen zu diesem Thema finden Sie unter :www.hem-net.de
Besuchen Sie uns: Stand B 09 hier und www.hem-net.de