工程師必知的電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率和性能五個(gè)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)

電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)幾乎所有電廠的運(yùn)行至關(guān)重要，占所有電力的60％至70％。DOE還將變頻驅(qū)動(dòng)器（VFD）識(shí)別為能夠?yàn)楣S節(jié)省大量成本的來源。毫不奇怪，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常用于許多行業(yè)和設(shè)施中。為確保這些電機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間，維護(hù)和故障排除是首要任務(wù)。

測(cè)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的挑戰(zhàn)

故障和測(cè)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，也稱為變頻器（VFD），變速驅(qū)動(dòng)器（VSD）或可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器（ASD），通常由使用多種測(cè)試儀器的專家執(zhí)行，包括示波器，數(shù)字萬用表或其他測(cè)試工具。使用古老的消除過程，這種測(cè)試可能涉及一定程度的反復(fù)試驗(yàn)。由于電機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，除非系統(tǒng)開始出現(xiàn)故障，否則每年都會(huì)進(jìn)行測(cè)試?？紤]到設(shè)備通常缺乏或不完整的工作歷史，確定開始測(cè)試的位置可能會(huì)有問題。這包括先前執(zhí)行的特定測(cè)試和測(cè)量的記錄，完成的工作或單個(gè)組件的左側(cè)條件。測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步消除了一些挑戰(zhàn)。較新的儀器，如Fluke電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀MDA-510和MDA-550旨在使電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試更加高效和富有洞察力，并具有在整個(gè)過程中記錄每個(gè)步驟的過程的能力?？梢源鎯?chǔ)這些報(bào)告并與后續(xù)測(cè)試進(jìn)行比較，以更全面地了解電機(jī)驅(qū)動(dòng)器維護(hù)歷史。

解決VFD問題的簡(jiǎn)便方法

這些先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀將儀表，手持式示波器和記錄儀的功能與熟練的講師指導(dǎo)相結(jié)合，采用屏幕提示，清晰的設(shè)置圖和電機(jī)驅(qū)動(dòng)專家編寫的逐步說明，指導(dǎo)您完成必要的測(cè)試。這種分解和簡(jiǎn)化復(fù)雜測(cè)試的新方法使經(jīng)驗(yàn)豐富的電機(jī)驅(qū)動(dòng)專家能夠快速，自信地工作，以獲得他們所需的細(xì)節(jié)。它還為經(jīng)驗(yàn)不足的技術(shù)人員提供了更快的路徑來啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析。

找到電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的根本原因或執(zhí)行例行的預(yù)防性維護(hù)檢查最好在系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行一系列標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和測(cè)量。從功率輸入開始，在整個(gè)系統(tǒng)中完成具有不同測(cè)量技術(shù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵測(cè)試，結(jié)束于輸出。

以下是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障排除的基本測(cè)試：

（請(qǐng)注意，F(xiàn)luke電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀將指導(dǎo)您完成這些測(cè)試并自動(dòng)執(zhí)行許多所需的計(jì)算，以便您對(duì)結(jié)果充滿信心。此外，您可以在幾乎任何測(cè)試點(diǎn)將數(shù)據(jù)保存到報(bào)告中，以便您可以上載文檔到計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)（CMMS）或與同事或咨詢專家共享。

安全注意事項(xiàng)：在開始測(cè)試之前，請(qǐng)務(wù)必閱讀產(chǎn)品安全信息。不要單獨(dú)工作，并遵守當(dāng)?shù)睾蛧?guó)家的安全法規(guī)。使用個(gè)人防護(hù)設(shè)備（認(rèn)可的橡膠手套，面部防護(hù)和防火服），以防止暴露危險(xiǎn)帶電導(dǎo)體時(shí)的沖擊和電弧爆炸傷害。

驅(qū)動(dòng)輸入逐步引導(dǎo)測(cè)量連接

1.驅(qū)動(dòng)輸入

分析進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功率是確定驅(qū)動(dòng)器的饋線電路是否存在可能影響電源接地的失真，干擾或噪聲的最佳步驟。

測(cè)試

將變頻器的額定額定電壓與實(shí)際供電電壓進(jìn)行比較，以快速查看值是否在可接受的范圍內(nèi)。超出范圍超過10％可能表明電源電壓?jiǎn)栴}。確定輸入電流是否在最大額定值范圍內(nèi)，并且導(dǎo)體的尺寸合適。

比較測(cè)量頻率與指定頻率。超過0.5Hz的差異可能會(huì)導(dǎo)致問題。檢查諧波失真是否在可接受的范圍內(nèi)。目視檢查波形形狀，或查看諧波頻譜屏幕，其中顯示總諧波失真和單個(gè)諧波。例如，平頂波形可以指示連接到同一饋線電路的非線性負(fù)載。如果總諧波失真（THD）超過6％，則存在潛在問題。檢查輸入端子的電壓不平衡，確保相位不平衡不要太高（小于6％到8％），并確保相位旋轉(zhuǎn)正確。高壓不平衡讀數(shù)可指示相故障。超過2％的讀數(shù)可能導(dǎo)致電壓陷波并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器過載故障保護(hù)跳閘或干擾其他設(shè)備。測(cè)試電流不平衡。過度的不平衡可能表示驅(qū)動(dòng)整流器問題。電流驅(qū)動(dòng)器的逆變器內(nèi)的電流不平衡讀數(shù)超過6％可能會(huì)出現(xiàn)問題。

2.直流母線

將驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的AC轉(zhuǎn)換為DC至關(guān)重要。為獲得最佳驅(qū)動(dòng)性能，需要具有正確的電壓和足夠的平滑以及低紋波。高紋波電壓可能是電容器故障或連接電機(jī)尺寸不正確的指示。Fluke MDA-500系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀的記錄功能可用于在施加負(fù)載時(shí)動(dòng)態(tài)檢查直流母線性能。

測(cè)試

直流母線上的紋波

確定直流母線電壓是否與輸入線電壓的峰值成比例。除可控整流器外，電壓應(yīng)約為RMS線電壓的1.31至1.41倍。低直流電壓讀數(shù)會(huì)使驅(qū)動(dòng)器跳閘，這可能是由低輸入電源電壓或輸入電壓失真引起的，例如平頂。檢查線電壓峰值幅度是否有任何失真或誤差。這可能導(dǎo)致過壓或欠壓錯(cuò)誤。從標(biāo)稱電壓讀取+/- 10％的DC電壓可能表示存在問題。確定AC紋波的峰值是否具有不同的重復(fù)級(jí)別。在AC-DC轉(zhuǎn)換之后，DC總線上會(huì)留下輕微的AC紋波分量。高于40V的紋波電壓可能是由于電容器故障或驅(qū)動(dòng)器額定值對(duì)連接的電機(jī)或負(fù)載而言太小。

驅(qū)動(dòng)器輸出上的電壓和電流

3.驅(qū)動(dòng)輸出

測(cè)試驅(qū)動(dòng)器輸出對(duì)于正確的電機(jī)操作至關(guān)重要，并且可以提供驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)問題的線索。

測(cè)試

確定電壓和電流是否在限制范圍內(nèi)。高輸出電流可能使電流變熱，從而降低定子的絕緣壽命。檢查電壓/頻率比（V / Hz），確保其處于電機(jī)的規(guī)定范圍內(nèi)。高比率可能會(huì)使電機(jī)過熱; 低比率會(huì)使電機(jī)失去扭矩。穩(wěn)定的頻率和不穩(wěn)定的電壓可能指向直流母線問題; 不穩(wěn)定的頻率和穩(wěn)定的電壓可以指示開關(guān)（IGBT）問題。不穩(wěn)定的頻率和電壓表明速度控制電路存在潛在問題。檢查驅(qū)動(dòng)器的輸出，同時(shí)關(guān)注電壓與頻率比（V / F）和電壓調(diào)制。當(dāng)經(jīng)歷高V / F比測(cè)量時(shí)，電機(jī)可能會(huì)過熱。在低V / F比的情況下，連接的電動(dòng)機(jī)可能無法在負(fù)載處提供所需的扭矩以充分運(yùn)行預(yù)期的過程。使用相間測(cè)量檢查電壓調(diào)制。高壓峰值會(huì)損壞電機(jī)繞組絕緣并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器跳閘。高于50％標(biāo)稱電壓的電壓峰值是有問題的。檢查驅(qū)動(dòng)器讀數(shù)指示的開關(guān)脈沖的陡度。脈沖的上升時(shí)間或陡度由dV / dt讀數(shù)（電壓隨時(shí)間變化的速率）表示，并應(yīng)與電機(jī)規(guī)定的絕緣值進(jìn)行比較。用相位到DC測(cè)試開關(guān)頻率。確定電子開關(guān)或接地是否存在潛在問題，可在信號(hào)上下浮動(dòng)時(shí)指示。測(cè)量電壓不平衡，最好是滿負(fù)荷。不平衡不應(yīng)超過2％。電壓不平衡會(huì)導(dǎo)致電流不平衡，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組過熱。不平衡的原因可能包括錯(cuò)誤的驅(qū)動(dòng)電路。如果一個(gè)階段顯示故障，則稱為“單相”，這可能使電機(jī)運(yùn)行熱，不能在停止后啟動(dòng)，失去顯著的效率并可能損壞電機(jī)和連接的負(fù)載。測(cè)量電流不平衡，三相電機(jī)不應(yīng)超過10％。電壓較低時(shí)，較大的不平衡可能導(dǎo)致電機(jī)繞組短路或相短路接地。大的不平衡也會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器跳閘，電機(jī)溫度過高和繞組燒壞。

4.電機(jī)輸入

電機(jī)輸入端子提供的電壓是關(guān)鍵，從驅(qū)動(dòng)器到電機(jī)的電纜選擇至關(guān)重要。布線選擇錯(cuò)誤可能會(huì)因反射電壓峰值過高而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)損壞。這些測(cè)試大多與上面的驅(qū)動(dòng)輸出相同。

測(cè)試

檢查端子上的電流是否在電機(jī)額定值范圍內(nèi)。過電流條件會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱并降低定子絕緣的壽命，從而導(dǎo)致電機(jī)早期故障。電壓調(diào)制有助于識(shí)別可能損壞電機(jī)絕緣的高壓接地峰值。電壓不平衡會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命，并可能表示逆變器故障。這可能導(dǎo)致電壓陷波并導(dǎo)致過載故障保護(hù)跳閘。電流不平衡可能指向電壓不平衡或驅(qū)動(dòng)整流器問題。

5.電機(jī)軸電壓

來自電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓脈沖可以從電動(dòng)機(jī)的定子耦合到其轉(zhuǎn)子，從而在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸電壓超過軸承潤(rùn)滑脂的絕緣能力時(shí)，可能會(huì)發(fā)生閃絡(luò)電流（火花），導(dǎo)致電機(jī)軸承座圈出現(xiàn)點(diǎn)蝕和凹槽，可能導(dǎo)致電機(jī)過早失效。

測(cè)試

測(cè)量電機(jī)底盤和驅(qū)動(dòng)軸之間的電壓。例如，MDA-550為此提供了碳纖維刷探針。該測(cè)試可以輕松檢測(cè)到破壞性閃絡(luò)電流的存在，而脈沖幅度和事件計(jì)數(shù)將使您能夠在故障發(fā)生之前采取措施。