F438-II電機分析儀-如何構建水下樂(lè )園俱樂(lè )部

2020年9月22日 | 電機、傳動(dòng)裝置、泵、壓縮機

Point Defiance 動(dòng)物園和水族館位于美國華盛頓州的塔科馬市，其使命是實(shí)踐和促進(jìn)*野生動(dòng)植物的有效保護。這些努力首先從內部開(kāi)始。他們在維護程序中增加了電能質(zhì)量測試和電機分析，包括其水族館、海洋哺乳動(dòng)物系統、泵站，以及任何安裝有水泵或電機的地方。了解Fluke 438-II電能質(zhì)量分析儀和電機分析儀如何幫助他們減少水和能源消耗量，并有效延長(cháng)其水泵的預期壽命。他們在保護環(huán)境的同時(shí)，也節約了費用。

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2020年6月12日 | 電機、傳動(dòng)裝置、泵、壓縮機

電機驅動(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(dòng)機械設備負載的電機中。電機驅動(dòng)器提供了比簡(jiǎn)單的在線(xiàn)電機更高的效率，以及具有簡(jiǎn)單的直接驅動(dòng)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(chǎn)性能并延長(cháng)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(chǎng)的運行都至關(guān)重要，占到全部用電量的 60% 至 70%。DOE 還將變頻驅動(dòng)器 (VFD) 確定為可讓工廠(chǎng)實(shí)現顯著(zhù)成本節約的來(lái)源。不足為奇的是，電機驅動(dòng)器在許多行業(yè)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(shí)間，執行維護和故障排除成為了第1要務(wù)。

測試電機驅動(dòng)器所面臨的挑戰

電機驅動(dòng)器（也稱(chēng)為變頻驅動(dòng)器 (VFD)、變速驅動(dòng)器 (VSD) 或可調速驅動(dòng)器 (ASD)）的故障排除和測試通常由專(zhuān)家使用包括示波器、萬(wàn)用表或其他工具在內的多種測試儀器來(lái)執行。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。由于電機系統的復雜性，測試通常每年進(jìn)行一次，除非系統開(kāi)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(kāi)始測試可能會(huì )存在問(wèn)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(gè)組件的調整后狀況。測試技術(shù)的進(jìn)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(dòng)器測試更高效、更富有洞察力，并能分步記錄整個(gè)過(guò)程。這些報告可以保存起來(lái)，并與隨后的測試結果進(jìn)行比較，以便更全面地了解電機驅動(dòng)器的維護歷史。

更簡(jiǎn)單的 VFD 故障排除方法

這些高級電機驅動(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相結合，采用屏幕提示、清晰的設置圖和電機驅動(dòng)器專(zhuān)家編寫(xiě)的分步說(shuō)明來(lái)指導您完成基本測試。這種分解和簡(jiǎn)化復雜測試的新方法使經(jīng)驗豐富的電機驅動(dòng)器專(zhuān)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(jīng)驗不足的技術(shù)人員開(kāi)辟了更快開(kāi)始電機驅動(dòng)器分析的途徑。

通過(guò)在系統內的關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施一組標準測試和測量，可以找到電機驅動(dòng)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(kāi)始，在整個(gè)系統中采用不同的測量技術(shù)和評估標準完成關(guān)鍵測試，后在輸出端結束。

以下是用于電機驅動(dòng)器故障排除的基本測試：

請注意，Fluke Motor Drive Analyzer 會(huì )引導您完成這些測試，并自動(dòng)進(jìn)行許多所需的計算，使您能夠對結果充滿(mǎn)信心。另外，您幾乎可以在任何測試點(diǎn)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(xún)專(zhuān)家共享。

安全提示：在開(kāi)始測試之前，請務(wù)必閱讀產(chǎn)品安全須知。請勿獨自工作，請遵守當地和g家安全規范。穿戴個(gè)人防護用品（經(jīng)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(shí)遭受電擊和電弧而受傷。

要使用 Fluke Motor Drive Analyzer 開(kāi)始每個(gè)測試，只需根據圖表連接測試探針，然后按“下一步”。

驅動(dòng)器輸入測試中的分步式測量連接指導

1.驅動(dòng)器輸入

為了確定驅動(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，首先應該對電機驅動(dòng)器的電源進(jìn)行分析。

測試

將驅動(dòng)器的標稱(chēng)額定電壓與實(shí)際供給電壓進(jìn)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(wèn)題。確定輸入電流是否處于大額定范圍之內，以及導線(xiàn)規格是否合適。

• 將測得的頻率與頻率進(jìn)行比較。頻率差超過(guò) 0.5 Hz 可能會(huì )導致問(wèn)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(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(xiàn)性負載。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%）且相位旋轉正確。電壓失衡讀數偏高表明出現斷相。讀數超過(guò) 2% 可能導致電壓缺口，并引起驅動(dòng)器過(guò)載故障保護裝置跳閘或干擾其他設備。
• 電流失衡測試。過(guò)度失衡可能表示驅動(dòng)器整流器存在問(wèn)題。電流失衡讀數超過(guò) 6% 可能表示電機驅動(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(xiàn)

驅動(dòng)器內部的交流-直流轉換至關(guān)重要。為獲得z佳驅動(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(shí)的工作模式下對直流總線(xiàn)的性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查。還可以使用 Fluke ScopeMeter® Test Tool 或高級萬(wàn)用表進(jìn)行此測試。

測試

直流總線(xiàn)上的紋波

• 確定直流總線(xiàn)電壓是否與輸入線(xiàn)電壓的峰值成正比。除了可控整流器外，電壓應約為 RMS 線(xiàn)電壓的 1.31 到 1.41 倍。低直流電壓讀數會(huì )使驅動(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(xiàn)電壓峰值振幅是否有任何失真或誤差。這可能會(huì )導致過(guò)電壓或欠電壓錯誤。直流電壓讀數與標稱(chēng)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水平。在交流-直流轉換后，直流總線(xiàn)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動(dòng)器額定值對于所連接的電機或負載過(guò)小造成的。

驅動(dòng)器輸出端上的電壓和電流

3.驅動(dòng)器輸出

測試驅動(dòng)器輸出對于電機的正常運行至關(guān)重要，并且可以為驅動(dòng)器電路中的問(wèn)題提供線(xiàn)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(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) 以確保其處于電機的限值范圍內。高比率可能會(huì )使電機過(guò)熱；低比率會(huì )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(xiàn)問(wèn)題；不穩定的頻率和穩定的電壓可能表明開(kāi)關(guān) (IGBT) 問(wèn)題。頻率和電壓都不穩定表明速度控制電路可能存在問(wèn)題。

• 檢查驅動(dòng)器輸出時(shí)，重點(diǎn)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(shí)，電機可能過(guò)熱。當 V/F 比率偏低時(shí)，所連接的電機可能無(wú)法在負載上提供所需的扭矩，導致無(wú)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(huì )損壞電機繞組絕緣并導致驅動(dòng)器跳閘。電壓峰值超過(guò)標稱(chēng)電壓 50% 以上會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。
• 檢查驅動(dòng)器讀數指示的開(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（電壓隨時(shí)間的變化率）來(lái)表示，此讀數應與電機的絕緣值進(jìn)行比較。
• 測試相位對直流的開(kāi)關(guān)頻率。識別電子開(kāi)關(guān)或接地是否存在潛在問(wèn)題，信號上下浮動(dòng)時(shí)可能表明存在問(wèn)題。
• 測量電壓失衡情況，好是在滿(mǎn)載條件下進(jìn)行。電壓失衡不應超過(guò) 2%。電壓失衡會(huì )造成電流失衡，從而導致電機繞組過(guò)熱。失衡的原因可能包括驅動(dòng)器電路故障。如果一個(gè)相位出現故障，則被稱(chēng)為“單相運行”，這可能會(huì )使電機發(fā)熱，停機后無(wú)法啟動(dòng)，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(guò) 10%。電壓偏低時(shí)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(huì )導致驅動(dòng)器跳閘、電機溫度過(guò)高和繞組燒毀

4.電機輸入

為電機輸入端子供應電壓至關(guān)重要，而合理地選擇驅動(dòng)器與電機之間的布線(xiàn)同樣關(guān)鍵。錯誤的布線(xiàn)選擇會(huì )導致驅動(dòng)器和電機由于電壓峰值過(guò)高而損壞。這些測試與上述驅動(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額定值范圍內。電流過(guò)高情況會(huì )導致電機過(guò)熱并且縮短定子絕緣的壽命，從而導致電機過(guò)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(huì )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(guò)載故障保護裝置跳閘。
• 電流失衡可能表明電壓失衡或驅動(dòng)器整流器問(wèn)題。

5.電機軸電壓

來(lái)自電機驅動(dòng)器的電壓脈沖會(huì )在電機定子至轉子間發(fā)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(guò)軸承潤滑脂的絕緣電壓時(shí)，可能會(huì )出現閃絡(luò )電流（火花），從而導致電機軸承座圈發(fā)生點(diǎn)蝕和槽蝕，這種損壞可能導電機過(guò)早出現故障。

測試

• 測量電機機架和驅動(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數功能則讓您能夠在發(fā)生故障之前采取措施。