Electrical Motor Diagnostics 2nd Edition , livre ebook

Success By Design - W. Penrose Howard

Découvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement

Je m'inscris

Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus

394 pages

English

Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus

A propos
Informations
Extrait

Description

Developed for electricians, mechanics, students and reliability managers, Electrical Motor Diagnostics is an essential working tool for the new and experienced Electrical Motor Diagnostics professional. The Second Edition provides the information, case studies, and materials necessary to interpret motor circuit analysis, motor current signature analysis, electrical signature analysis, and other standard testing technologies for AC/DC electric motors, transformers, machine tool motors, synchronous motors, and generators including pass/fail values. Information on the development of a motor management program and the SUCCESS by DESIGN Time to Failure Estimation methodology for any technology are covered in detail.

Sujets

Sciences et techniques

Informations

Publié par	Success By Design
Date de parution	09 décembre 2014
Nombre de lectures	0
EAN13	9780986347733
Langue	English
Poids de l'ouvrage	8 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,1700€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait

Electrical Motor Diagnostics 2nd Edition

All Rights Reserved.No part of this book may be reproduced in any form or by any electronic or mechanical means including information storage and retrieval systems – except in the case of brief quotations embodied in critical articles or reviews – without permission in writing from its publisher, SUCCESS by DESIGN Publishing.

Published By: SUCCESS by DESIGN Publishing Old Saybrook, CT 06475 Email: info@motordoc.com http://www.motordoc.com

This publication is designed to provide accurate and authoritative information in regard to the subject matter covered. It is sold with the understanding that the use of the information contained within this book does not imply or infer warranty or guaranties in any form.

ISBN: 097124507X ISBN13: 9780971245075

Table of Contents

Table of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Table of Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix Table of Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiii Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .xxvii Chapter 1:The Motor Diagnostics and Motor Health Study. . . . . 1 Electric Motor Repair Study, 1995 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 In Service Motor Testing, 1999 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Success by Design Best Practice Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Dealing with the State of the Motor Testing Industry . . . . . . . 7 Chapter 2: Basic Electricity and ElectroMagnetism . . . . . . . . . . . 9 Current,Voltage and Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 ElectroMagnetic Fields. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Alternating Current Electricity (Hz). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Chapter 2 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Chapter 3: Electric Motor Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 AC Induction Motor Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Wound Rotor Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

iii

Electrical Motor Diagnostics: 2nd Edition

Synchronous Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Direct Current Electric Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Machine Tool Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Traction Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Transformers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Chapter 3 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Chapter 4: Electrical Insulation Systems and Theory . . . . . . . . . 37 The Motor Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Insulation and Magnetic Field Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Winding Faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Traditional Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Insulation to Ground Testing (MegOhm Meters) . . . . . . . 46 Polarization Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Resistance Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Surge Comparison Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Modern LowVoltage Testing: Motor Circuit Analysis . . . . . . 47 Detection of Winding Contamination . . . . . . . . . . . . . . . 48 Overheated Windings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Winding Shorts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Additional Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Rotor Testing and Back Iron Effects on MCA . . . . . . . . . . 50 Armature and Commutator Contamination Detection . . . 51 Summary of MCA Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Development of Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Test Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Table of Contents

MCA Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Surge Testing Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Experiment Test Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Experiment 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Experiment 2a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Experiment 2b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Experiment 2c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Experiment Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Experiment 1 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Experiment 2a Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Experiment 2b Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Experiment 2c Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Experiment 3 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Chapter 4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Chapter 5: Common Electric Motor Testing . . . . . . . . . . . . . . . 69 Electrical Motor Diagnostics Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 ConditionBased Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Voltmeter Troubleshooting of an AC Motor . . . . . . . . . . . . . 73 The Power of a Volt Meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Checking Contacts with a Volt Meter . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Checking Fuses with a Volt Meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Ammeter Testing of an AC Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Analog Ammeters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Electrical Motor Diagnostics: 2nd Edition

Digital Ammeters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Load Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Current Unbalance Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Other Current Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 DC Resistance Testing of AC Machines . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Selecting the Right Measurement Tool . . . . . . . . . . . . . . . 81 Considerations When Using an Ohm Meter . . . . . . . . . . . 85 Troubleshooting Motors with Ohm Meters . . . . . . . . . . . 87 Classical Insulation Resistance Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 The Basic Insulation Resistance Test . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Utilizing HiPot Testing for Insulation to Ground Stress Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Evaluating Motor Condition with Low Voltage Advanced Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Motor Circuit Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Surge Comparison Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Comparison of the ‘Big Three’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Introduction to Electrical Signature Analysis . . . . . . . . . . . . 105 MultiTechnology Approach to CBM . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Major Components and Failure Modes. . . . . . . . . . . . . . 113 Common Approaches to MultiTechnology . . . . . . . . . . 117 Application Opportunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Chapter 5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Chapter 6:Time to Failure Estimation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 The Tools for TTFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Table of Contents

vii

The Severity Modifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Understanding Series and Parallel Availability . . . . . . . . . . . 125 Time To Failure Estimation with MCA . . . . . . . . . . . . . . . 129 Electric Motor Winding Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Insulation Breakdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Stages of Winding Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Introduction to Motor Circuit Analysis (MCA) . . . . . . . . 134 Trending Fault Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 AC Rotating Machine Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Time to Failure Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Nuisance Tripping Situations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Winding Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Winding Shorts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Test Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Chapter 6 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Chapter 7: Motor Circuit Analysis Testing AC Machines. . . . . . 145 Fault Detected Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Data Collection and Test Result Issues . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Rotor Test Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Synchronous Machine Testing with MCA. . . . . . . . . . . . . . 150 Most Common Synchronous Motor Faults . . . . . . . . . . . 152 Basic Steps for the Analysis of Synchronous Machines with MCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Generator Analysis with MCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Evaluating Generators with MCA . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

viii

Electrical Motor Diagnostics: 2nd Edition

MCA Instrumentation:The ALLTEST PRO 31 . . . . . . . . 156 Analysis of PinHole Shorts (VFDRelated Motor Failure) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 AC Machine Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Case 1: New Motor Phase Unbalance. . . . . . . . . . . . . . . 159 Case 2: Casting Void 200 HP Motor . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Case 3: ID Fan Motor Rebuild Defect . . . . . . . . . . . . . . 164 Case 4: Cable Faults. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Case 5: Evaluation of an 8000 HP Synchronous Motor . . 167 Case 6: AC Traction Motor – Good . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Case 7: Spindle Motor – Good. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Case 8: Brushless DC Servo – CoiltoCoil Short . . . . . . 169 Case 9: 100 Horsepower, 1800 RPM with Dirty Windings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Case 10: Servo Motor – TurntoTurn Fault . . . . . . . . . . 171 Case 11: Rotor Position Related Unbalance . . . . . . . . . . 171 Case 12: Motor Tested from MCC – Shorted Windings . . 172 Case 13: Brand New 300 Horsepower Motor with Shorted Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Case 14: 3000 Horsepower with Fractured Rotor Bar . . . 174 Case 15: New 50 Horsepower, 2pole Motor Combined Faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Case 16: 300 HP, 2300 Volt, 3600 RPM Broken Rotor Bars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Case 17: 1000 HP, 3600 RPM – Special Signature on Good Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Table of Contents

Case 18: 700 HP, 3600 RPM, Broken Rotor Bars and Cracked Shaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Chapter 7 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Chapter 8: Motor Circuit Analysis Testing DC Motors . . . . . . . 181 The Commutator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Brush and Commutator Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Seating,Tensioning and Cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Basics of DC Machines for MCA Testing . . . . . . . . . . . . . . 186 Common DC Motor Electrical Faults . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Armature Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Series Motor Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Shunt Motor Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Compound Motor Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 General DC MCA Testing Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Chapter 8 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Chapter 9: Electrical Signature Analysis Theory . . . . . . . . . . . . 195 Alternating Current Induction Motors . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Induction Motor Troubleshooting Procedure . . . . . . . . . 197 Induction Motor Troubleshooting Analysis Overview . . . 198 Power Quality and Electrical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . 199 Rotor Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 AC Motor and Stator Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Driven Equipment Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Belts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Gear Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207