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一要務(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，最后在輸出端結束。

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，請遵守當地和國家安全規范。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最大額定范圍之內，以及導線(xiàn)規格是否合適。

· 將測得的頻率與指定頻率進(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。為獲得最佳驅動(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指定限值范圍內。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，此讀數應與電機的指定絕緣值進(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，最好是在滿(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。