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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 kmh@hem-net.de

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