13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen

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
Aandrijving en
uitgang van aandrijving
4.Reflecties op de pulsbreedtegemoduleerde uitgangssignalen van de aandrijving
5.Somstroom
6.Bedrijfsmatige overbelasting
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
Prioriteit: hoog
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.
Prioriteit: hoog
3 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
5 Somstroom
I = C.dU/dt = 10-9 . 3,109 = 3 App
dU/dt = 3 kV/µs
Somstroom
C = 1 nF = 10-9 As/V
M
PE
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
Prioriteit: hoog
4 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
Mechanisch
7 Uitlijnfouten
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.)
Hoekafwijking
Parallelle afwijking
Gevolg: voortijdige slijtage van mechanische aandrijfcomponenten met
als resultaat voortijdige storingen
Meet- en diagnose-instrument: Fluke 830 laserasuitlijnsysteem
Prioriteit: hoog
8 Onbalans van de as
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:
De grote piek van 124 VdB bij 1x het
toerental wordt veroorzaakt door de onbalans
VdB
140
De andere pieken worden veroorzaakt
door verschillende verschijnselen
in de machine
130
120
110
100
90
80
70
60
0
1
2
3
4
5
6
Volgordes
•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
Prioriteit: hoog
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
Prioriteit: hoog
10 Lagerslijtage
Lagerloopring
Beschadiging
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
Prioriteit: hoog
6 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
Factoren als gevolg van een verkeerde installatie
11 Softfoot (losse voet)
Door de machine
Parallel-softfoot
Hoek-softfoot
Door de fundatie
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
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
7 Fluke Corporation 13 veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen
13 Asspanning
Stator
Rotor
Asstromen
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
Aarde
Meet- en diagnose-instrument: Fluke-190-204 ScopeMeter,
geïsoleerde draagbare 4-kanaals oscilloscoop, met AEGIS-probe voor
koolborstels voor het meten van de asspanning.
Prioriteit: hoog
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: [email protected]
Web: www.fluke.nl
Fluke Belgium N.V.
Kortrijksesteenweg 1095
B9051 Gent
Belgium
Tel: +32 2402 2100
Fax: +32 2402 2101
E-mail: [email protected]
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