五大測試要點以了解電動機驅動器的效率和性能

電機驅動器是一種普遍使用的技術，可將來自主交流電源的恒定電壓轉換成用于控制電機扭矩和速度的可變電壓，非常適合用在驅動機械設備負載的電機中。電機驅動器提供了比簡單的在線電機更高的效率，以及具有簡單的直接驅動電機所不具備的控制程度。這些因素可以節約能源成本、提高生產性能并延長電機壽命。

根據美國能源部（DOE）的數據，電機系統對幾乎所有工廠的運行都至關重要，占到全部用電量的 60% 至 70%。DOE 還將變頻驅動器（VFD）確定為可讓工廠實現顯著成本節約的來源。不足為奇的是，電機驅動器在許多行業和設施中都普遍使用。為了確保這些電機系統的正常運行時間，執行維護和故障排除成為了第一要務。

測試電機驅動器所面臨的挑戰

電機驅動器（也稱為變頻驅動器（VFD）、變速驅動器（VSD）或可調速驅動器（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的多種測試儀器來執行。這些測試可能涉及使用古老的排除法進行一定程度的試錯。由于電機系統的復雜性，測試通常每年進行一次，除非系統開始出現故障?？紤]到設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存在問題。這包括記錄以前執行的特定測試和測量、已完成的工作或單個組件的調整后狀況。測試技術的進步消除了一些挑戰。更新的儀器如 Fluke Motor Drive Analyzer（MDA-510 和 MDA-550）旨在使電機驅動器測試更高效、更富有洞察力，并能分步記錄整個過程。這些報告可以保存起來，并與隨后的測試結果進行比較，以便更全面地了解電機驅動器的維護歷史。

更簡單的 VFD 故障排除方法

這些高級電機驅動器分析儀將儀表、手持式示波器和記錄儀的功能與熟練講師的指導相結合，采用屏幕提示、清晰的設置圖和電機驅動器專家編寫的分步說明來指導您完成基本測試。這種分解和簡化復雜測試的新方法使經驗豐富的電機驅動器專家能夠快速自信地工作，以獲得他們所需的詳細信息。它還為經驗不足的技術人員開辟了更快開始電機驅動器分析的途徑。

通過在系統內的關鍵點實施一組標準測試和測量，可以找到電機驅動器系統故障的根本原因，或者執行例行預防性維護檢查。從電源輸入端開始，在整個系統中采用不同的測量技術和評估標準完成關鍵測試，最后在輸出端結束。

以下是用于電機驅動器故障排除的基本測試：

請注意，Fluke Motor Drive Analyzer 會引導您完成這些測試，并自動進行許多所需的計算，使您能夠對結果充滿信心。另外，您幾乎可以在任何測試點將數據保存到報告中，這樣您就能將文檔上傳到計算機化維護管理系統（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，請務必閱讀產品安全須知。請勿獨自工作，請遵守當地和國家安全規范。穿戴個人防護用品（經認可的橡膠手套、防護面罩和阻燃衣物等），以防在危險帶電導體外露時遭受電擊和電弧而受傷。

要使用 Fluke Motor Drive Analyzer 開始每個測試，只需根據圖表連接測試探針，然后按“下一步”。

1.驅動器輸入

為了確定驅動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，首先應該對電機驅動器的電源進行分析。

測試

將驅動器的標稱額定電壓與實際供給電壓進行比較，能夠快速查看數值是否處于可接受的限值范圍之內。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，以及導線規格是否合適。

將測得的頻率與指定頻率進行比較。頻率差超過 0.5 Hz 可能會導致問題。

檢查諧波失真是否在可接受的范圍內。目視檢查波形形狀，或查看同時顯示總諧波失真和單個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過高（小于 6% - 8%）且相位旋轉正確。電壓失衡讀數偏高表明出現斷相。讀數超過 2% 可能導致電壓缺口，并引起驅動器過載故障保護裝置跳閘或干擾其他設備。

電流失衡測試。過度失衡可能表示驅動器整流器存在問題。電流失衡讀數超過 6% 可能表示電機驅動器的逆變器存在問題，并且會造成問題。

2.直流總線

驅動器內部的交流-直流轉換至關重要。為獲得最佳驅動器性能，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的規格不正確。Fluke MDA-500 系列 Motor Drive Analyzer 的記錄功能可在承受負載時的工作模式下對直流總線的性能進行動態檢查。還可以使用 Fluke ScopeMeter? Test Tool 或高級萬用表進行此測試。

測試

驅動器直流總線直流電平 1

直流總線上的紋波

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，電壓應約為 RMS 線電壓的 1.31 到 1.41 倍。低直流電壓讀數會使驅動器跳閘，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。這可能會導致過電壓或欠電壓錯誤。直流電壓讀數與標稱電壓相差 +/-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水平。在交流-直流轉換后，直流總線上將保留一個微小的交流紋波分量。超過 40 V 的紋波電壓可能是由電容器故障或驅動器額定值對于所連接的電機或負載過小造成的。

3.驅動器輸出

測試驅動器輸出對于電機的正常運行至關重要，并且可以為驅動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。高輸出電流可能會使電流變熱，從而降低定子的絕緣壽命。

檢查電壓/頻率比（V/Hz）以確保其處于電機的指定限值范圍內。高比率可能會使電機過熱；低比率會使電機失去扭矩。穩定的頻率和不穩定的電壓可能表明直流總線問題；不穩定的頻率和穩定的電壓可能表明開關（IGBT）問題。頻率和電壓都不穩定表明速度控制電路可能存在問題。

檢查驅動器輸出時，重點是測量電壓頻率比（V/F）和電壓調制。當 V/F 比率的測量值偏高時，電機可能過熱。當 V/F 比率偏低時，所連接的電機可能無法在負載上提供所需的扭矩，導致無法充分地執行預期的流程。

使用相間測量檢查電壓調制。高電壓峰值可能會損壞電機繞組絕緣并導致驅動器跳閘。電壓峰值超過標稱電壓 50% 以上會產生問題。

檢查驅動器讀數指示的開關脈沖的陡度。脈沖的上升時間或陡度通過 dV/dt 讀數（電壓隨時間的變化率）來表示，此讀數應與電機的指定絕緣值進行比較。

測試相位對直流的開關頻率。識別電子開關或接地是否存在潛在問題，信號上下浮動時可能表明存在問題。

測量電壓失衡情況，最好是在滿載條件下進行。電壓失衡不應超過 2%。電壓失衡會造成電流失衡，從而導致電機繞組過熱。失衡的原因可能包括驅動器電路故障。如果一個相位出現故障，則被稱為“單相運行”，這可能會使電機發熱，停機后無法啟動，大幅降低效率，并且可能損壞電機和所連接的負載。

測量電流失衡，對于三相電機，電流失衡不應超過 10%。電壓偏低時的較大失衡可能表明電機繞組短路或相位對地短路。失衡較大還可能會導致驅動器跳閘、電機溫度過高和繞組燒毀

4.電機輸入

為電機輸入端子供應電壓至關重要，而合理地選擇驅動器與電機之間的布線同樣關鍵。錯誤的布線選擇會導致驅動器和電機由于電壓峰值過高而損壞。這些測試與上述驅動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額定值范圍內。電流過高情況會導致電機過熱并且縮短定子絕緣的壽命，從而導致電機過早出現故障。

電壓調制有助于識別可能損壞電機絕緣的對地高電壓峰值。

電壓失衡會嚴重影響電機的使用壽命，并且可能是逆變器故障的征兆。這可能導致電壓缺口，并引起過載故障保護裝置跳閘。

電流失衡可能表明電壓失衡或驅動器整流器問題。

MDA 工程師

5.電機軸電壓

來自電機驅動器的電壓脈沖會在電機定子至轉子間發生耦合，從而導致轉子軸上出現電壓。當這種轉子軸電壓超過軸承潤滑脂的絕緣電壓時，可能會出現閃絡電流（火花），從而導致電機軸承座圈發生點蝕和槽蝕，這種損壞可能導電機過早出現故障。

測試

測量電機機架和驅動軸之間的電壓。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電流，同時，脈沖振幅測量和事件計數功能則讓您能夠在發生故障之前采取措施。