電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種普遍使用的技術(shù)，可將來自主交流電源的恒定電壓轉(zhuǎn)換成用于控制電機(jī)扭矩和速度的可變電壓，非常適合用在驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備負(fù)載的電機(jī)中。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供了比簡單的在線電機(jī)更高的效率，以及具有簡單的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)所不具備的控制程度。這些因素可以節(jié)約能源成本、提高生產(chǎn)性能并延長電機(jī)壽命。

根據(jù)美國能源部(DOE)的數(shù)據(jù)，電機(jī)系統(tǒng)對(duì)幾乎所有工廠的運(yùn)行都至關(guān)重要，占到全部用電量的60%至70%。DOE還將變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)確定為可讓工廠實(shí)現(xiàn)顯著成本節(jié)約的來源。不足為奇的是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在許多行業(yè)和設(shè)施中都普遍使用。為了確保這些電機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間，執(zhí)行維護(hù)和故障排除成為了第一要?jiǎng)?wù)。

測試電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所面臨的挑戰(zhàn)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(也稱為變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)、變速驅(qū)動(dòng)器(VSD)或可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD))的故障排除和測試通常由專家使用包括示波器、萬用表或其他工具在內(nèi)的多種測試儀器來執(zhí)行。這些測試可能涉及使用古老的排除法進(jìn)行一定程度的試錯(cuò)。由于電機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，測試通常每年進(jìn)行一次，除非系統(tǒng)開始出現(xiàn)故障。考慮到設(shè)備通常缺乏工作歷史記錄或工作歷史記錄不完整，確定從哪里開始測試可能會(huì)存在問題。這包括記錄以前執(zhí)行的特定測試和測量、已完成的工作或單個(gè)組件的調(diào)整后狀況。測試技術(shù)的進(jìn)步消除了一些挑戰(zhàn)。更新的儀器如FlukeMotorDriveAnalyzer(MDA-510和MDA-550)旨在使電機(jī)驅(qū)動(dòng)器測試更高效、更富有洞察力，并能分步記錄整個(gè)過程。這些報(bào)告可以保存起來，并與隨后的測試結(jié)果進(jìn)行比較，以便更全面地了解電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的維護(hù)歷史。

更簡單的VFD故障排除方法

這些高級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析儀將儀表、手持式示波器和記錄儀的功能與熟練講師的指導(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)器專家編寫的分步說明來指導(dǎo)您完成基本測試。這種分解和簡化復(fù)雜測試的新方法使經(jīng)驗(yàn)豐富的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器專家能夠快速自信地工作，以獲得他們所需的詳細(xì)信息。它還為經(jīng)驗(yàn)不足的技術(shù)人員開辟了更快開始電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析的途徑。

通過在系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施一組標(biāo)準(zhǔn)測試和測量，可以找到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)故障的根本原因，或者執(zhí)行例行預(yù)防性維護(hù)檢查。從電源輸入端開始，在整個(gè)系統(tǒng)中采用不同的測量技術(shù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)完成關(guān)鍵測試，最后在輸出端結(jié)束。

以下是用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障排除的基本測試：

請(qǐng)注意，F(xiàn)lukeMotorDriveAnalyzer會(huì)引導(dǎo)您完成這些測試，并自動(dòng)進(jìn)行許多所需的計(jì)算，使您能夠?qū)Y(jié)果充滿信心。另外，您幾乎可以在任何測試點(diǎn)將數(shù)據(jù)保存到報(bào)告中，這樣您就能將文檔上傳到計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)(CMMS)中或者與同事或咨詢專家共享。

安全提示：在開始測試之前，請(qǐng)務(wù)必閱讀產(chǎn)品安全須知。請(qǐng)勿獨(dú)自工作，請(qǐng)遵守當(dāng)?shù)睾蛧野踩?guī)范。穿戴個(gè)人防護(hù)用品(經(jīng)認(rèn)可的橡膠手套、防護(hù)面罩和阻燃衣物等)，以防在危險(xiǎn)帶電導(dǎo)體外露時(shí)遭受電擊和電弧而受傷。

要使用FlukeMotorDriveAnalyzer開始每個(gè)測試，只需根據(jù)圖表連接測試探針，然后按“下一步”。

驅(qū)動(dòng)器輸入測試中的分步式測量連接指導(dǎo)

1.驅(qū)動(dòng)器輸入

為了確定驅(qū)動(dòng)器的饋電電路是否存在可能影響電源接地的失真、干擾或噪聲，首先應(yīng)該對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源進(jìn)行分析。

測試

●將驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)稱額定電壓與實(shí)際供給電壓進(jìn)行比較，能夠快速查看數(shù)值是否處于可接受的限值范圍之內(nèi)。超出此范圍10%以上表示電源電壓存在問題。確定輸入電流是否處于最大額定范圍之內(nèi)，以及導(dǎo)線規(guī)格是否合適。將測得的頻率與指定頻率進(jìn)行比較。頻率差超過0.5Hz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，或查看同時(shí)顯示總諧波失真和單個(gè)諧波的諧波頻譜屏幕。例如，平頂波形可以指示連接到同一饋電電路的非線性負(fù)載。如果總諧波失真(THD)超過6%，則可能存在問題。

●檢查輸入端子上的電壓失衡，從而確保相位失衡不會(huì)過高(小于6%-8%)且相位旋轉(zhuǎn)正確。電壓失衡讀數(shù)偏高表明出現(xiàn)斷相。讀數(shù)超過2%可能導(dǎo)致電壓缺口，并引起驅(qū)動(dòng)器過載故障保護(hù)裝置跳閘或干擾其他設(shè)備。

●電流失衡測試。過度失衡可能表示驅(qū)動(dòng)器整流器存在問題。電流失衡讀數(shù)超過6%可能表示電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的逆變器存在問題，并且會(huì)造成問題。

2.直流總線

驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的交流-直流轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。為獲得最佳驅(qū)動(dòng)器性能，必須要保證電壓正確、充分濾波并保持低紋波水平。高波紋電壓可能說明電容器存在故障或所連接電機(jī)的規(guī)格不正確。FlukeMDA-500系列MotorDriveAnalyzer的記錄功能可在承受負(fù)載時(shí)的工作模式下對(duì)直流總線的性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查。還可以使用FlukeScopeMeter?TestTool或高級(jí)萬用表進(jìn)行此測試。

直流總線上的紋波

測試

●確定直流總線電壓是否與輸入線電壓的峰值成正比。除了可控整流器外，電壓應(yīng)約為RMS線電壓的1.31到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(如平頂)造成的。

●檢查線電壓峰值振幅是否有任何失真或誤差。這可能會(huì)導(dǎo)致過電壓或欠電壓錯(cuò)誤。直流電壓讀數(shù)與標(biāo)稱電壓相差+/-10%可能表示存在問題。

●確定交流紋波的峰值是否具有不同的重復(fù)水平。在交流-直流轉(zhuǎn)換后，直流總線上將保留一個(gè)微小的交流紋波分量。超過40V的紋波電壓可能是由電容器故障或驅(qū)動(dòng)器額定值對(duì)于所連接的電機(jī)或負(fù)載過小造成的。

驅(qū)動(dòng)器輸出端上的電壓和電流

3.驅(qū)動(dòng)器輸出

測試驅(qū)動(dòng)器輸出對(duì)于電機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，并且可以為驅(qū)動(dòng)器電路中的問題提供線索。

測試

●確定電壓和電流是否處于限值范圍內(nèi)。高輸出電流可能會(huì)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)以確保其處于電機(jī)的指定限值范圍內(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)定的電壓可能表明直流總線問題;不穩(wěn)定的頻率和穩(wěn)定的電壓可能表明開關(guān)(IGBT)問題。頻率和電壓都不穩(wěn)定表明速度控制電路可能存在問題。

●檢查驅(qū)動(dòng)器輸出時(shí)，重點(diǎn)是測量電壓頻率比(V/F)和電壓調(diào)制。當(dāng)V/F比率的測量值偏高時(shí)，電機(jī)可能過熱。當(dāng)V/F比率偏低時(shí)，所連接的電機(jī)可能無法在負(fù)載上提供所需的扭矩，導(dǎo)致無法充分地執(zhí)行預(yù)期的流程。

●使用相間測量檢查電壓調(diào)制。高電壓峰值可能會(huì)損壞電機(jī)繞組絕緣并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器跳閘。電壓峰值超過標(biāo)稱電壓50%以上會(huì)產(chǎn)生問題。

●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)間或陡度通過dV/dt讀數(shù)(電壓隨時(shí)間的變化率)來表示，此讀數(shù)應(yīng)與電機(jī)的指定絕緣值進(jìn)行比較。

●測試相位對(duì)直流的開關(guān)頻率。識(shí)別電子開關(guān)或接地是否存在潛在問題，信號(hào)上下浮動(dòng)時(shí)可能表明存在問題。

●測量電壓失衡情況，最好是在滿載條件下進(jìn)行。電壓失衡不應(yīng)超過2%。電壓失衡會(huì)造成電流失衡，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組過熱。失衡的原因可能包括驅(qū)動(dòng)器電路故障。如果一個(gè)相位出現(xiàn)故障，則被稱為“單相運(yùn)行”，這可能會(huì)使電機(jī)發(fā)熱，停機(jī)后無法啟動(dòng)，大幅降低效率，并且可能損壞電機(jī)和所連接的負(fù)載。

●測量電流失衡，對(duì)于三相電機(jī)，電流失衡不應(yīng)超過10%。電壓偏低時(shí)的較大失衡可能表明電機(jī)繞組短路或相位對(duì)地短路。失衡較大還可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器跳閘、電機(jī)溫度過高和繞組燒毀

4.電機(jī)輸入

為電機(jī)輸入端子供應(yīng)電壓至關(guān)重要，而合理地選擇驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)之間的布線同樣關(guān)鍵。錯(cuò)誤的布線選擇會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)由于電壓峰值過高而損壞。這些測試與上述驅(qū)動(dòng)器輸出測試基本相同。

測試

●檢查端子上的電流是否處于電機(jī)額定值范圍內(nèi)。電流過高情況會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱并且縮短定子絕緣的壽命，從而導(dǎo)致電機(jī)過早出現(xiàn)故障。

●電壓調(diào)制有助于識(shí)別可能損壞電機(jī)絕緣的對(duì)地高電壓峰值。

●電壓失衡會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命，并且可能是逆變器故障的征兆。這可能導(dǎo)致電壓缺口，并引起過載故障保護(hù)裝置跳閘。

●電流失衡可能表明電壓失衡或驅(qū)動(dòng)器整流器問題。

5.電機(jī)軸電壓

來自電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓脈沖會(huì)在電機(jī)定子至轉(zhuǎn)子間發(fā)生耦合，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸上出現(xiàn)電壓。當(dāng)這種轉(zhuǎn)子軸電壓超過軸承潤滑脂的絕緣電壓時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)電流(火花)，從而導(dǎo)致電機(jī)軸承座圈發(fā)生點(diǎn)蝕和槽蝕，這種損壞可能導(dǎo)電機(jī)過早出現(xiàn)故障。

測試

●測量電機(jī)機(jī)架和驅(qū)動(dòng)軸之間的電壓。例如，MDA-550為此目的提供了一款碳纖維刷探針。該測試可輕松檢測是否存在破壞性的閃絡(luò)電流，同時(shí)，脈沖振幅測量和事件計(jì)數(shù)功能則讓您能夠在發(fā)生故障之前采取措施。