F438-II電機分析儀-如何構(gòu)建水下樂園俱樂部

2020年9月22日 | 電機、傳動裝置、泵、壓縮機

Point Defiance 動物園和水族館位于美國華盛頓州的塔科馬市，其使命是實踐和促進*野生動植物的有效保護。這些努力首先從內(nèi)部開始。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、海洋哺乳動物系統(tǒng)、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，并有效延長其水泵的預期壽命。他們在保護環(huán)境的同時，也節(jié)約了費用。

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2020年6月12日 | 電機、傳動裝置、泵、壓縮機

電機驅(qū)動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)換成用于控制電機扭矩和速度的可變電壓，非常適合用在驅(qū)動機械設(shè)備負載的電機中。電機驅(qū)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(qū)動電機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)性能并延長電機壽命。

根據(jù)美國能源部 (DOE) 的數(shù)據(jù)，電機系統(tǒng)對幾乎所有工廠的運行都至關(guān)重要，占到全部用電量的 60% 至 70%。DOE 還將變頻驅(qū)動器 (VFD) 確定為可讓工廠實現(xiàn)顯著成本節(jié)約的來源。不足為奇的是，電機驅(qū)動器在許多行業(yè)和設(shè)施中都普遍使用。為了確保這些電機系統(tǒng)的正常運行時間，執(zhí)行維護和故障排除成為了第1要務(wù)。

測試電機驅(qū)動器所面臨的挑戰(zhàn)

電機驅(qū)動器（也稱為變頻驅(qū)動器 (VFD)、變速驅(qū)動器 (VSD) 或可調(diào)速驅(qū)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(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行一定程度的試錯。由于電機系統(tǒng)的復雜性，測試通常每年進行一次，除非系統(tǒng)開始出現(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，確定從哪里開始測試可能會存在問題。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組件的調(diào)整后狀況。測試技術(shù)的進步消除了一些挑戰(zhàn)。更新的儀器如 Fluke Motor Drive Analyzer（MDA-510 和 MDA-550）旨在使電機驅(qū)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(jié)果進行比較，以便更全面地了解電機驅(qū)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(qū)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(jié)合，采用屏幕提示、清晰的設(shè)置圖和電機驅(qū)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(jīng)驗豐富的電機驅(qū)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(jīng)驗不足的技術(shù)人員開辟了更快開始電機驅(qū)動器分析的途徑。

通過在系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵點實施一組標準測試和測量，可以找到電機驅(qū)動器系統(tǒng)故障的根本原因，或者執(zhí)行例行預防性維護檢查。從電源輸入端開始，在整個系統(tǒng)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(jié)束。

以下是用于電機驅(qū)動器故障排除的基本測試：

請注意，F(xiàn)luke 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?qū)Y(jié)果充滿信心。另外，您幾乎可以在任何測試點將數(shù)據(jù)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(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，請務(wù)必閱讀產(chǎn)品安全須知。請勿獨自工作，請遵守當?shù)睾蚲家安全規(guī)范。穿戴個人防護用品（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(jù)圖表連接測試探針，然后按“下一步”。

驅(qū)動器輸入測試中的分步式測量連接指導

1.驅(qū)動器輸入

為了確定驅(qū)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(yīng)該對電機驅(qū)動器的電源進行分析。

測試

將驅(qū)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(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大額定范圍之內(nèi)，以及導線規(guī)格是否合適。

• 將測得的頻率與頻率進行比較。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(nèi)。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(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% 可能導致電壓缺口，并引起驅(qū)動器過載故障保護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)動器整流器存在問題。電流失衡讀數(shù)超過 6% 可能表示電機驅(qū)動器的逆變器存在問題，并且會造成問題。

2.直流總線

驅(qū)動器內(nèi)部的交流-直流轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。為獲得z佳驅(qū)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(guī)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(tài)檢查。還可以使用 Fluke ScopeMeter® Test Tool 或高級萬用表進行此測試。

測試

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(yīng)約為 RMS 線電壓的 1.31 到 1.41 倍。低直流電壓讀數(shù)會使驅(qū)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(shù)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(zhuǎn)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(qū)動器額定值對于所連接的電機或負載過小造成的。

驅(qū)動器輸出端上的電壓和電流

3.驅(qū)動器輸出

測試驅(qū)動器輸出對于電機的正常運行至關(guān)重要，并且可以為驅(qū)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(nèi)。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限值范圍內(nèi)。高比率可能會使電機過熱；低比率會使電機失去扭矩。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)動器輸出時，重點是測量電壓頻率比 (V/F) 和電壓調(diào)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(zhí)行預期的流程。
• 使用相間測量檢查電壓調(diào)制。高電壓峰值可能會損壞電機繞組絕緣并導致驅(qū)動器跳閘。電壓峰值超過標稱電壓 50% 以上會產(chǎn)生問題。
• 檢查驅(qū)動器讀數(shù)指示的開關(guān)脈沖的陡度。脈沖的上升時間或陡度通過 dV/dt 讀數(shù)（電壓隨時間的變化率）來表示，此讀數(shù)應(yīng)與電機的絕緣值進行比較。
• 測試相位對直流的開關(guān)頻率。識別電子開關(guān)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，好是在滿載條件下進行。電壓失衡不應(yīng)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(qū)動器電路故障。如果一個相位出現(xiàn)故障，則被稱為“單相運行”，這可能會使電機發(fā)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(yīng)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(qū)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(yīng)電壓至關(guān)重要，而合理地選擇驅(qū)動器與電機之間的布線同樣關(guān)鍵。錯誤的布線選擇會導致驅(qū)動器和電機由于電壓峰值過高而損壞。這些測試與上述驅(qū)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(nèi)。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(xiàn)故障。
• 電壓調(diào)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(qū)動器整流器問題。

5.電機軸電壓

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

測試

• 測量電機機架和驅(qū)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(luò)電流，同時，脈沖振幅測量和事件計數(shù)功能則讓您能夠在發(fā)生故障之前采取措施。