13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen Toepassingsadvies Waar u op moet letten en hoe u de beschikbaarheid van uw bedrijfsmiddelen verbetert Elektromotoren worden overal gebruikt in industriële omgevingen en ze worden steeds complexer en technischer, zodat het soms een uitdaging is om ze optimaal te laten blijven draaien. Het is belangrijk te onthouden dat de oorzaken van problemen met elektromotoren en aandrijvingen niet beperkt zijn tot een enkele expertise zowel mechanische als elektrische problemen kunnen tot motorstoringen leiden en gewapend met de juiste kennis, kan het het verschil betekenen tussen dure uitval en een betere beschikbaarheid van bedrijfsmiddelen. Een defecte isolatie van wikkelingen en slijtage van lagers zijn de twee meest voorkomende oorzaken van motorstoringen, maar deze omstandigheden zijn te wijten aan zeer uiteenlopende redenen. Dit artikel laat zien hoe de 13 meest voorkomende oorzaken van het defect raken van de isolatie van wikkelingen en van lagers van tevoren kunnen worden vastgesteld. Netvoedingskwaliteit 1. Transiënte spanning 2. Spanningsonbalans 3. Harmonische vervorming Frequentiegeregelde aandrijvingen 4. Reflecties op de pulsbreedtegemoduleerde uitgangssignalen van de aandrijving 5. Somstroom 6. Bedrijfsmatige overbelasting Aandrijving en uitgang van aandrijving Mechanisch 7. Uitlijnfouten 8. Onbalans van de as 9. Losheid van de as 10. Lagerslijtage Factoren als gevolg van een verkeerde installatie 11. Softfoot (losse voet) 12. Leidingbelasting 13. Asspanning Motor en aandrijflijn
Netvoedingskwaliteit 1 Transiënte spanning Transiënte spanningen kunnen worden veroorzaakt door verschillende bronnen binnen of buiten het bedrijf. Het in- of uitschakelen van naast elkaar opgestelde belastingen, condensatorbanken voor blindstroomcompensatie of zelfs weersomstandigheden ver weg, kunnen transiënte spanningen in verdeelinrichtingen veroorzaken. Deze transiënten, die in amplitude en frequentie variëren, kunnen leiden tot een verslechtering of defect van de isolatie van motorwikkelingen. Het vinden van de bron van deze transiënten kan lastig zijn, vanwege de onregelmatigheid van de gebeurtenissen en het feit dat de symptomen zich op verschillende manieren kunnen manifesteren. Een transiënt kan zich bijvoorbeeld voordoen op besturingskabels en niet noodzakelijkerwijs direct tot schade aan apparatuur leiden, maar mogelijkerwijs wel het bedrijf verstoren. Gevolg: een defecte isolatie van motorwikkelingen leidt tot een vroege motorstoring en ongeplande stilstandtijd Meet- en diagnose-instrument: Fluke 435-II driefasen-power Quality Analyzer 2 Spanningsonbalans L1 L2 L3 L3 L2 L1 Driefasige verdeelinrichtingen voeden vaak eenfasige belastingen. Onbalans in de impedantie of belastingverdeling kan bijdragen tot onbalans in alle drie fasen. Er kunnen mogelijk storingen in de bekabeling naar de motor, de aansluitingen op de motor en eventueel de wikkelingen zelf zijn. Deze onbalans kan leiden tot inwendige belastingen in elk van de fasecircuits van een driefasig voedingssysteem. Op het meest elementaire niveau moeten alle drie de spanningsfasen altijd even groot zijn. Gevolg: onbalans veroorzaakt overstroom in een of meer fasen waardoor de bedrijfstemperaturen oplopen, met als resultaat een defecte isolatie Meet- en diagnose-instrument: Fluke 435-II driefasen-power Quality Analyzer Prioriteit: middelhoog 2 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
3 Harmonische vervorming Eenvoudig gezegd, zijn harmonischen elke ongewenste extra bron van hoogfrequente wisselspanningen of -stromen die energie aan de motorwikkelingen levert. Deze extra energie wordt niet gebruikt om de as van de motor te laten draaien, maar circuleert in de wikkelingen en draagt uiteindelijk bij tot interne energieverliezen. Deze verliezen verdwijnen in de vorm van warmte, waardoor, na verloop van tijd, het isolatievermogen van de wikkelingen zal verslechteren. Een zekere mate van harmonische vervorming van de stroom is normaal in ieder willekeurig gedeelte van een systeem dat elektronische belastingen voedt. Om het onderzoek naar harmonische vervorming te beginnen, gebruikt u een Power Quality Analyzer om de stroomniveaus en de temperatuur bij transformatoren te bewaken, dit om er zeker van te zijn dat deze niet overbelast worden. Elke harmonische heeft een verschillend toelaatbaar vervormingsniveau, wat is vastgelegd in normen zoals IEEE 519-1992. Gevolg: een lager motorrendement met als resultaat extra kosten en hogere bedrijfstemperaturen Meet- en diagnose-instrument: Fluke 435-II driefasen-power Quality Analyzer Prioriteit: middelhoog Frequentiegeregelde aandrijvingen 4 Reflecties op de pulsbreedtegemoduleerde uitgangssignalen van de aandrijving Geregistreerde golfvorm Tolerantieomhullende Spanningsgolfvorm Frequentiegeregelde aandrijvingen gebruiken pulsbreedtemodulatie (PWM) om de uitgangsspanning en frequentie voor een motor te regelen. Reflecties worden gegenereerd wanneer er een verschil in impedantie is tussen de bron en de belasting. Impedantieverschillen kunnen optreden als gevolg van een verkeerde installatie, een verkeerde keuze van componenten of achteruitgang van de apparatuur na verloop van tijd. In het circuit van een motoraandrijving kan de piek van de reflectie zo hoog zijn als het spanningsniveau van de gelijkspanningsbus. Gevolg: een defecte isolatie van motorwikkelingen met als resultaat ongeplande stilstandtijd Meet- en diagnose-instrument: Fluke 190-204 ScopeMeter, 4-kanaals draagbare oscilloscoop met hoge samplesnelheid. 3 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
5 Somstroom du/dt = 3 kv/µs PE I = C.dU/dt = 10-9. 3,109 = 3 App C = 1 nf = 10-9 As/V Somstroom M Stroom door de rotor veroorzaakt door dv/dt Somstromen zijn voornamelijk zwerfstromen die in een systeem circuleren. De somstromen ontstaan ten gevolge van de signaalfrequentie, het spanningsniveau, de capaciteit en de inductantie in geleiders. Deze circulerende stromen kunnen hun weg vinden via aardingssystemen, wat leidt tot hinderlijke uitschakelingen of in sommige gevallen tot overmatige warmte in wikkelingen. Somstroom kan worden aangetroffen in de motorbekabeling en is de som van de stroom van de drie fasen op een willekeurig tijdstip. In een perfecte situatie zou de som van de drie stromen gelijk zijn aan nul. Met andere woorden, de retourstroom afkomstig van de aandrijving zou gelijk zijn aan de stroom naar de aandrijving. Somstroom kan ook worden opgevat als asymmetrische signalen in meerdere geleiders die capacitief stromen in de aardingsgeleider kunnen koppelen. Gevolg: mysterieuze uitschakeling van een circuit wegens de in de veiligheidsaarde vloeiende stroom Meet- en diagnose-instrument: Fluke 190-204 ScopeMeter, geïsoleerde draagbare 4-kanaals oscilloscoop met grote bandbreedte (10 khz) en stroomtang (Fluke i400s of soortgelijk). Prioriteit: laag 6 Bedrijfsmatige overbelasting Motor Belasting Een motor raakt onder extreme belasting overbelast. De primaire symptomen die horen bij overbelasting van een motor zijn een buitensporige stroomopname, onvoldoende koppel en oververhitting. Overmatige warmte van een motor is een hoofdoorzaak van motorstoringen. Bij een overbelaste motor kunnen individuele componenten zoals lagers, motorwikkelingen en andere componenten goed werken, maar de motor blijft steeds warmer worden. Daarom is het zinvol om het storingzoeken te beginnen door de motor op overbelasting te controleren. Omdat 30% van de motorstoringen te wijten is aan overbelasting, is het belangrijk om te begrijpen hoe overbelasting van een motor kan worden gemeten en geïdentificeerd. Gevolg: voortijdige slijtage van elektrische en mechanische componenten van een motor met als resultaat een permanente storing Meet- en diagnose-instrument: Fluke 289 digitale multimeter 4 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
Mechanisch 7 Uitlijnfouten Hoekafwijking Parallelle afwijking Van een uitlijnfout is sprake wanneer de aandrijfas van de motor niet correct is uitgelijnd met de belasting, of wanneer de component waarmee de motor aan de belasting is gekoppeld verkeerd is uitgelijnd. Veel professionals denken dat een flexibele koppeling uitlijnfouten voorkomt en compenseert, maar een flexibele koppeling beschermt alleen de koppeling zelf tegen een verkeerde uitlijning. Zelfs met een flexibele koppeling zal een verkeerd uitgelijnde as negatieve cyclische krachten langs de as en in de motor sturen, wat leidt tot overmatige slijtage aan de motor en een toename van de zichtbare mechanische belasting. Bovendien kunnen uitlijnfouten trillingen opwekken in zowel de belasting als de aandrijfas van de motor. Er zijn enkele types uitlijnfouten: Hoekafwijking: de hartlijnen van de assen raken elkaar maar zijn niet parallel Parallelle afwijking: de hartlijnen van de assen zijn parallel maar niet concentrisch Samengestelde afwijking: een combinatie van parallelle en hoekafwijking. (Opmerking: bijna elke uitlijnfout is een samengestelde uitlijnfout, maar praktijkmensen spreken bij uitlijnfouten over de twee afzonderlijke types, omdat het makkelijker is om een uitlijnfout te corrigeren wanneer de hoekafwijking en de parallelle afwijking afzonderlijk worden aangepakt.) Gevolg: voortijdige slijtage van mechanische aandrijfcomponenten met als resultaat voortijdige storingen Meet- en diagnose-instrument: Fluke 830 laserasuitlijnsysteem 8 Onbalans van de as De grote piek van 124 VdB bij 1x het VdB toerental wordt veroorzaakt door de onbalans 140 De andere pieken worden veroorzaakt 130 120 door verschillende verschijnselen in de machine 110 100 90 80 70 60 0 1 2 3 4 5 6 Volgordes Onbalans is een toestand van roterende apparatuur waarbij het centrum van de massa zich niet in het centrum van de rotatie bevindt. Met andere woorden, er is ergens op de rotor een 'zware plek'. Hoewel onbalans in een motor nooit helemaal kan worden geëlimineerd, kunt u wel vaststellen wanneer de onbalans buiten het normale bereik ligt en actie ondernemen om het probleem te verhelpen. Onbalans kan worden veroorzaakt door tal van factoren, waaronder: Vuilophoping Ontbrekende balanceergewichten Fabricageverschillen Ongelijke massa in motorwikkelingen en andere slijtage-gerelateerde factoren. Een trillingsmeter of trillingsanalyzer kan u helpen bepalen of een roterende machine in balans is of niet. Gevolg: voortijdige slijtage van mechanische aandrijfcomponenten met als resultaat voortijdige storingen Meet- en diagnose-instrument: Fluke 810 trillingsmeter 5 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
9 Losheid van de as Van losheid is sprake als er te veel speling is tussen onderdelen. Losheid kan op verschillende plaatsen voorkomen: 'Roterende losheid' wordt veroorzaakt door een te grote speling tussen roterende en vaste delen van de machine, zoals in een lager. 'Niet-roterende losheid' komt voor tussen twee normaliter vaste delen, zoals een voet en een fundatie, of een lagerhuis en een machine. Net als bij alle andere trillingsbronnen, is het belangrijk om te weten hoe losheid kan worden geïdentificeerd en het probleem kan worden verholpen om geldverlies te voorkomen. Een trillingsmeter of trillingsanalyzer kan helpen bepalen of een roterende machine last heeft van losheid. Gevolg: versnelde slijtage van roterende componenten met als resultaat mechanische defecten Meet- en diagnose-instrument: Fluke 810 trillingsmeter 10 Lagerslijtage Beschadiging Lagerloopring Een defect lager loopt zwaarder, geeft meer warmte af en werkt minder efficiënt vanwege een mechanisch probleem of een probleem met de smering of door slijtage. Een defect lager kan verschillende oorzaken hebben: Een zwaardere belasting dan de ontwerpbelasting Onvoldoende of onjuiste smering Ineffectieve lagerafdichting Verkeerde asuitlijning Verkeerde passing Normale slijtage Geïnduceerde asspanningen Zodra een lager defect begint te raken, creëert het ook een cascadeeffect dat het optreden van motorstoringen versnelt. 13% van de motorstoringen is te wijten aan defecte lagers, en ruim 60% van de mechanische defecten in een installatie wordt veroorzaakt door slijtage van lagers, dus het is belangrijk te leren hoe dit potentiële probleem kan worden opgespoord en verholpen. Gevolg: versnelde slijtage van roterende componenten met als resultaat defecte lagers Meet- en diagnose-instrument: Fluke 810 trillingsmeter 6 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
Factoren als gevolg van een verkeerde installatie 11 Softfoot (losse voet) Door de machine Parallel-softfoot Door de fundatie Hoek-softfoot Softfoot (losse voet) heeft betrekking op een toestand waarbij de montagevoeten van een motor of aangedreven component niet gelijk zijn, of waarbij het montagevlak waarop de montagevoeten rusten niet vlak is. Deze toestand kan tot een frustrerende situatie leiden waarin het aanhalen van de bouten aan de voeten feitelijk nieuwe belastingen en uitlijnfouten introduceert. Softfoot komt vaak tot uiting tussen twee diagonaal aangebrachte bevestigingsbouten, vergelijkbaar met de manier waarop een ongelijke stoel of tafel in diagonale richting neigt te wiebelen. Er zijn twee soorten softfoot: Parallel-softfoot parallel-softfoot treedt op wanneer een van de montagevoeten zich hoger bevindt dan de overige drie Hoek-softfoot hoek-softfoot treedt op wanneer een van de montagevoeten niet parallel of 'normaal' is ten opzichte van het montagevlak. In beide gevallen kan softfoot worden veroorzaakt door een onregelmatigheid in de montagevoeten van de machine óf in de fundatie waarop de voeten rusten. In elk geval moet elke softfootconditie worden ontdekt en verholpen alvorens een goede asuitlijning mogelijk is. Met een hoogwaardig laseruitlijnsysteem kunt u gewoonlijk bepalen of er al dan niet sprake is van een softfoot-probleem bij een bepaalde roterende machine. Gevolg: verkeerde uitlijning van mechanische aandrijfcomponenten Meet- en diagnose-instrument: Fluke 830 laserasuitlijnsysteem Prioriteit: middelhoog 12 Leidingbelasting 7 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen Leidingbelasting heeft betrekking op de situatie waarin nieuwe mechanische spanningen, belastingen en krachten die op de rest van de apparatuur en infrastructuur inwerken, worden teruggeleid naar de motor en aandrijving met als gevolg een verkeerde uitlijning. Het meest voorkomende voorbeeld hiervan zijn eenvoudige motor-pompcombinaties waarbij door iets kracht op de leidingen wordt uitgeoefend, zoals: Een verschuiving in de fundatie Een nieuw geïnstalleerde klep of andere component Een voorwerp dat tegen een leiding slaat, een leiding verbuigt of gewoon tegen een leiding drukt Gebroken of ontbrekende ophangelementen of wandbevestigingselementen van leidingen Hierdoor kunnen hoekkrachten of excentrische krachten op de pomp worden uitgeoefend, waardoor de motor-pompas verkeerd uitgelijnd raakt. Daarom is het belangrijk om de uitlijning van de machine vaker dan alleen op het ogenblik van de installatie te controleren een nauwkeurige uitlijning is een tijdelijke toestand die in de loop van de tijd kan veranderen. Gevolg: verkeerde asuitlijning en daaropvolgende mechanische spanningen op roterende componenten, met als resultaat voortijdige storingen. Meet- en diagnose-instrument: Fluke 830 laserasuitlijnsysteem Prioriteit: laag
13 Asspanning Stator Rotor Asstromen Aarde Als de spanningen van de motoras hoger zijn dan het isolerende vermogen van het lagervet, vindt er vonkoverslag naar het buitenste lager plaats, wat tot put- en groefvorming in de lagerringen leidt. De eerste tekenen van dit probleem zullen lawaai en oververhitting zijn, als de lagers hun oorspronkelijke vorm verliezen en er stukjes metaal met het vet vermengd worden waardoor de wrijving van het lager groter wordt. Hierdoor kunnen lagers na enkele maanden gebruik onherstelbaar beschadigd raken. Het defect raken van lagers is een duur probleem, zowel qua motorreparaties als qua uitval, dus dit te helpen voorkomen door de asspanning en de lagerstroom te meten, is een belangrijke diagnosestap. Asspanning is alleen aanwezig terwijl de motor bekrachtigd is en draait. Met een meetprobe voor koolborstels kunt u de asspanning meten terwijl de motor draait. Gevolg: vonkoverslag tussen lageroppervlakken maakt putjes en groeven met als resultaat overmatige of trillingen en eventueel defecte lagers Meet- en diagnose-instrument: Fluke-190-204 ScopeMeter, geïsoleerde draagbare 4-kanaals oscilloscoop, met AEGIS-probe voor koolborstels voor het meten van de asspanning. Vier strategieën voor succes Motorregelsystemen worden gebruikt in kritische processen in fabrieken. Defecte apparatuur kan uitmonden in grote financiële verliezen, zowel door mogelijke vervanging van de motor of onderdelen als door stilstand van het systeem dat door de motor wordt aangedreven. Het voorzien van onderhoudsmonteurs en technici van de juiste kennis, het aanbrengen van prioriteiten in de werkzaamheden en het beheren van preventief onderhoud voor het bewaken van apparatuur en het opsporen van intermitterende, ongrijpbare problemen kan, in sommige gevallen, storingen als gevolg van normale bedrijfsbelastingen van het systeem voorkomen en de algehele uitvalkosten verminderen. Er zijn vier belangrijke strategieën die u kunt volgen voor het herstellen of voorkomen van voortijdige defecten in motoraandrijvingen en roterende componenten: 1. Documenteer de bedrijfstoestand, de machinespecificaties en de tolerantiebereiken voor het prestatievermogen. 2. Registreer en documenteer kritische meetwaarden zowel tijdens de installatie als voor en na onderhoud alsmede routinematig. 3. Leg een referentiearchief van meetwaarden aan om trendanalyse te vergemakkelijken en toestandsveranderingen te identificeren. 4. Plot afzonderlijke metingen om een basistrend vast te stellen. Elke verandering van meer dan +/- 10% tot 20% in de trendlijn (of elk ander percentage dat is vastgesteld op basis van uw systeemprestaties of prioriteit) moet worden onderzocht op de oorzaak daarvan, om te begrijpen waarom het probleem zich voordoet. Fluke. Keeping your world up and running. Fluke Nederland B.V. Postbus 1337 5602 BH Eindhoven Tel: (040) 267 51 00 Fax: (040) 267 51 11 E-mail: info@fluke.nl Web: www.fluke.nl Fluke Belgium N.V. Kortrijksesteenweg 1095 B9051 Gent Belgium Tel: +32 2402 2100 Fax: +32 2402 2101 E-mail: info@fluke.be Web: www.fluke.be 2015 Fluke Corporation. Alle rechten voorbehouden. Gedrukt in Nederland 02/2015. Wijzigingen zonder voorafgaande kennisgeving voorbehouden. Pub_ID: 13372-dut 6004135A_EN Wijziging van dit document is niet toegestaan zonder schriftelijke toestemming van Fluke Corporation. 8 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen