工程师必知的电机驱动效率和性能五个关键测试点

电动机系统对几乎所有电厂的运行至关重要，占所有电力的60％至70％。DOE还将变频驱动器（VFD）识别为能够为工厂节省大量成本的来源。毫不奇怪，电机驱动器通常用于许多行业和设施中。为确保这些电机系统的正常运行时间，维护和故障排除是首要任务。

测试电机驱动器的挑战

故障和测试电机驱动器，也称为变频器（VFD），变速驱动器（VSD）或可调速驱动器（ASD），通常由使用多种测试仪器的专家执行，包括示波器，数字万用表或其他测试工具。使用古老的消除过程，这种测试可能涉及一定程度的反复试验。由于电机系统的复杂性，除非系统开始出现故障，否则每年都会进行测试。考虑到设备通常缺乏或不完整的工作历史，确定开始测试的位置可能会有问题。这包括先前执行的特定测试和测量的记录，完成的工作或单个组件的左侧条件。测试技术的进步消除了一些挑战。较新的仪器，如Fluke电机驱动分析仪MDA-510和MDA-550旨在使电机驱动测试更加高效和富有洞察力，并具有在整个过程中记录每个步骤的过程的能力。可以存储这些报告并与后续测试进行比较，以更全面地了解电机驱动器维护历史。

解决VFD问题的简便方法

这些先进的电机驱动分析仪将仪表，手持式示波器和记录仪的功能与熟练的讲师指导相结合，采用屏幕提示，清晰的设置图和电机驱动专家编写的逐步说明，指导您完成必要的测试。这种分解和简化复杂测试的新方法使经验丰富的电机驱动专家能够快速，自信地工作，以获得他们所需的细节。它还为经验不足的技术人员提供了更快的路径来启动电机驱动分析。

找到电机驱动系统故障的根本原因或执行例行的预防性维护检查最好在系统内的关键点进行一系列标准测试和测量。从功率输入开始，在整个系统中完成具有不同测量技术和评估标准的关键测试，结束于输出。

以下是电机驱动器故障排除的基本测试：

（请注意，Fluke电机驱动分析仪将指导您完成这些测试并自动执行许多所需的计算，以便您对结果充满信心。此外，您可以在几乎任何测试点将数据保存到报告中，以便您可以上载文档到计算机化维护管理系统（CMMS）或与同事或咨询专家共享。

安全注意事项：在开始测试之前，请务必阅读产品安全信息。不要单独工作，并遵守当地和国家的安全法规。使用个人防护设备（认可的橡胶手套，面部防护和防火服），以防止暴露危险带电导体时的冲击和电弧爆炸伤害。

驱动输入逐步引导测量连接

1.驱动输入

分析进入电机驱动器的功率是确定驱动器的馈线电路是否存在可能影响电源接地的失真，干扰或噪声的最佳步骤。

测试

将变频器的额定额定电压与实际供电电压进行比较，以快速查看值是否在可接受的范围内。超出范围超过10％可能表明电源电压问题。确定输入电流是否在最大额定值范围内，并且导体的尺寸合适。

比较测量频率与指定频率。超过0.5Hz的差异可能会导致问题。检查谐波失真是否在可接受的范围内。目视检查波形形状，或查看谐波频谱屏幕，其中显示总谐波失真和单个谐波。例如，平顶波形可以指示连接到同一馈线电路的非线性负载。如果总谐波失真（THD）超过6％，则存在潜在问题。检查输入端子的电压不平衡，确保相位不平衡不要太高（小于6％到8％），并确保相位旋转正确。高压不平衡读数可指示相故障。超过2％的读数可能导致电压陷波并导致驱动器过载故障保护跳闸或干扰其他设备。测试电流不平衡。过度的不平衡可能表示驱动整流器问题。电流驱动器的逆变器内的电流不平衡读数超过6％可能会出现问题。

2.直流母线

将驱动器内的AC转换为DC至关重要。为获得最佳驱动性能，需要具有正确的电压和足够的平滑以及低纹波。高纹波电压可能是电容器故障或连接电机尺寸不正确的指示。Fluke MDA-500系列电机驱动分析仪的记录功能可用于在施加负载时动态检查直流母线性能。

测试

直流母线上的纹波

确定直流母线电压是否与输入线电压的峰值成比例。除可控整流器外，电压应约为RMS线电压的1.31至1.41倍。低直流电压读数会使驱动器跳闸，这可能是由低输入电源电压或输入电压失真引起的，例如平顶。检查线电压峰值幅度是否有任何失真或误差。这可能导致过压或欠压错误。从标称电压读取+/- 10％的DC电压可能表示存在问题。确定AC纹波的峰值是否具有不同的重复级别。在AC-DC转换之后，DC总线上会留下轻微的AC纹波分量。高于40V的纹波电压可能是由于电容器故障或驱动器额定值对连接的电机或负载而言太小。

驱动器输出上的电压和电流

3.驱动输出

测试驱动器输出对于正确的电机操作至关重要，并且可以提供驱动电路内问题的线索。

测试

确定电压和电流是否在限制范围内。高输出电流可能使电流变热，从而降低定子的绝缘寿命。检查电压/频率比（V / Hz），确保其处于电机的规定范围内。高比率可能会使电机过热; 低比率会使电机失去扭矩。稳定的频率和不稳定的电压可能指向直流母线问题; 不稳定的频率和稳定的电压可以指示开关（IGBT）问题。不稳定的频率和电压表明速度控制电路存在潜在问题。检查驱动器的输出，同时关注电压与频率比（V / F）和电压调制。当经历高V / F比测量时，电机可能会过热。在低V / F比的情况下，连接的电动机可能无法在负载处提供所需的扭矩以充分运行预期的过程。使用相间测量检查电压调制。高压峰值会损坏电机绕组绝缘并导致驱动器跳闸。高于50％标称电压的电压峰值是有问题的。检查驱动器读数指示的开关脉冲的陡度。脉冲的上升时间或陡度由dV / dt读数（电压随时间变化的速率）表示，并应与电机规定的绝缘值进行比较。用相位到DC测试开关频率。确定电子开关或接地是否存在潜在问题，可在信号上下浮动时指示。测量电压不平衡，最好是满负荷。不平衡不应超过2％。电压不平衡会导致电流不平衡，从而导致电机绕组过热。不平衡的原因可能包括错误的驱动电路。如果一个阶段显示故障，则称为“单相”，这可能使电机运行热，不能在停止后启动，失去显着的效率并可能损坏电机和连接的负载。测量电流不平衡，三相电机不应超过10％。电压较低时，较大的不平衡可能导致电机绕组短路或相短路接地。大的不平衡也会导致驱动器跳闸，电机温度过高和绕组烧坏。

4.电机输入

电机输入端子提供的电压是关键，从驱动器到电机的电缆选择至关重要。布线选择错误可能会因反射电压峰值过高而导致驱动器和电机损坏。这些测试大多与上面的驱动输出相同。

测试

检查端子上的电流是否在电机额定值范围内。过电流条件会导致电机发热并降低定子绝缘的寿命，从而导致电机早期故障。电压调制有助于识别可能损坏电机绝缘的高压接地峰值。电压不平衡会严重影响电机的使用寿命，并可能表示逆变器故障。这可能导致电压陷波并导致过载故障保护跳闸。电流不平衡可能指向电压不平衡或驱动整流器问题。

5.电机轴电压

来自电动机驱动器的电压脉冲可以从电动机的定子耦合到其转子，从而在转子轴上产生电压。当转子轴电压超过轴承润滑脂的绝缘能力时，可能会发生闪络电流（火花），导致电机轴承座圈出现点蚀和凹槽，可能导致电机过早失效。

测试

测量电机底盘和驱动轴之间的电压。例如，MDA-550为此提供了碳纤维刷探针。该测试可以轻松检测到破坏性闪络电流的存在，而脉冲幅度和事件计数将使您能够在故障发生之前采取措施。