電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種普遍使用的技術(shù)，可將來(lái)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(jiǎn)單的在線電機(jī)更高的效率，以及具有簡(jiǎn)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(zhǎng)電機(jī)壽命。
根據(jù)美國(guó)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(lái)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(cè)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(cè)試通常由專家使用包括示波器、萬(wàn)用表或其他工具在內(nèi)的多種測(cè)試儀器來(lái)執(zhí)行。這些測(cè)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(cè)試通常每年進(jìn)行一次，除非系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)故障?？紤]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(kāi)始測(cè)試可能會(huì)存在問(wèn)題。這包括記錄以前執(zhí)行的特定測(cè)試和測(cè)量、已完成的工作或單個(gè)組件的調(diào)整后狀況。測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步消除了一些挑戰(zhàn)。更新的儀器如 Fluke Motor Drive Analyzer(MDA-510 和 MDA-550)旨在使電機(jī)驅(qū)動(dòng)器測(cè)試更高效、更富有洞察力，并能分步記錄整個(gè)過(guò)程。這些報(bào)告可以保存起來(lái)，并與隨后的測(cè)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(jiǎn)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(shuō)明來(lái)指導(dǎo)您完成基本測(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)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(kāi)辟了更快開(kāi)始電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析的途徑。
通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施一組標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和測(cè)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(kāi)始，在整個(gè)系統(tǒng)中采用不同的測(cè)量技術(shù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)完成關(guān)鍵測(cè)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(cè)試：
請(qǐng)注意，F(xiàn)luke Motor Drive Analyzer 會(huì)引導(dǎo)您完成這些測(cè)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(cè)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(kāi)始測(cè)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?guó)家安全規(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 Fluke Motor Drive Analyzer 開(kāi)始每個(gè)測(cè)試，只需根據(jù)圖表連接測(cè)試探針，然后按“下一步”。
驅(qū)動(dòng)器輸入測(cè)試中的分步式測(cè)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(cè)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(wèn)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(cè)得的頻率與指定頻率進(jìn)行比較。頻率差超過(guò) 0.5 Hz 可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)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(guò) 6%，則可能存在問(wèn)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(guò)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(guò) 2% 可能導(dǎo)致電壓缺口，并引起驅(qū)動(dòng)器過(guò)載故障保護(hù)裝置跳閘或干擾其他設(shè)備。
● 電流失衡測(cè)試。過(guò)度失衡可能表示驅(qū)動(dòng)器整流器存在問(wèn)題。電流失衡讀數(shù)超過(guò) 6% 可能表示電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的逆變器存在問(wèn)題，并且會(huì)造成問(wèn)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(shuō)明電容器存在故障或所連接電機(jī)的規(guī)格不正確。Fluke MDA-500 系列 Motor Drive Analyzer 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 Fluke ScopeMeter? Test Tool 或高級(jí)萬(wàn)用表進(jìn)行此測(cè)試。
直流總線上的紋波
測(cè)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(guò)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(wèn)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(guò) 40 V 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(guò)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(cè)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(wèn)題提供線索。
測(cè)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(guò)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(wèn)題;不穩(wěn)定的頻率和穩(wěn)定的電壓可能表明開(kāi)關(guān) (IGBT) 問(wèn)題。頻率和電壓都不穩(wěn)定表明速度控制電路可能存在問(wèn)題。
● 檢查驅(qū)動(dòng)器輸出時(shí)，重點(diǎn)是測(cè)量電壓頻率比 (V/F) 和電壓調(diào)制。當(dāng) V/F 比率的測(cè)量值偏高時(shí)，電機(jī)可能過(guò)熱。當(dāng) V/F 比率偏低時(shí)，所連接的電機(jī)可能無(wú)法在負(fù)載上提供所需的扭矩，導(dǎo)致無(wú)法充分地執(zhí)行預(yù)期的流程。
● 使用相間測(cè)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(guò)標(biāo)稱電壓 50% 以上會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
● 檢查驅(qū)動(dòng)器讀數(shù)指示的開(kāi)關(guān)脈沖的陡度。脈沖的上升時(shí)間或陡度通過(guò) dV/dt 讀數(shù)(電壓隨時(shí)間的變化率)來(lái)表示，此讀數(shù)應(yīng)與電機(jī)的指定絕緣值進(jìn)行比較。
● 測(cè)試相位對(duì)直流的開(kāi)關(guān)頻率。識(shí)別電子開(kāi)關(guān)或接地是否存在潛在問(wèn)題，信號(hào)上下浮動(dòng)時(shí)可能表明存在問(wèn)題。
● 測(cè)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(guò) 2%。電壓失衡會(huì)造成電流失衡，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組過(guò)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(wú)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(cè)量電流失衡，對(duì)于三相電機(jī)，電流失衡不應(yīng)超過(guò) 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(guò)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(guò)高而損壞。這些測(cè)試與上述驅(qū)動(dòng)器輸出測(cè)試基本相同。
測(cè)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(guò)高情況會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱并且縮短定子絕緣的壽命，從而導(dǎo)致電機(jī)過(guò)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(guò)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(wèn)題。
5.電機(jī)軸電壓
來(lái)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(guò)軸承潤(rùn)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(guò)早出現(xiàn)故障。
測(cè)試
● 測(cè)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(cè)試可輕松檢測(cè)是否存在破壞性的閃絡(luò)電流，同時(shí)，脈沖振幅測(cè)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。
（轉(zhuǎn)載）
