电机与变频驱动故障排除白皮书

诊断电机和驱动故障的最佳测量实践概述电机消耗了全部发电量的65%降低电机停工时间能够充分利用能源排障能力越强意味着更长的正常工作时间您的时间：极其珍贵的资源为什么电机故障诊断对您的工作非常重要？您的单位这些天是如何管理电机故障的？目录培训概览电机驱动原理基本测量和安全输入测量驱动/输出测量电机/传动链测量培训总结输入电能质量，使用Fluke-435驱动及驱动输入，使用Fluke-190 II ScopeMeter电机负载及绕组电阻，使用Fluke-289 DMM电机绝缘和磁芯温度，使用Fluke-1507和热像仪机械振动，使用Fluke 810祝您维护电机成功模块A：电机驱动原理逆变器技术• 交流整流至直流• 残余纹波或噪声被滤除• 直流电压和电子开关/门控脉宽调制• 产生输出PWM信号，电压和频率受控• 电机产生扭矩和运动，控制机械负载第1步，交流-直流转换•三相交流电被整流为恒压直流电第2步，对直流电压进行脉宽调制•控制一系列电子开关的开/关时间，形成脉宽调制输出波形第3步，电机产生扭矩和运动三相输入转换为直流电压后，再对直流电压进行脉宽调制，产生受控的三相输出波形，用于驱动电机电机的基本原理我们现在处于哪个排障等级？电机和驱动模块 B——输入测量介绍输入测量介绍什么是标称电源电压、电流和频率？• 标称电源电压、电流和频率是标称工作条件下加至电机驱动的电压的特性。测量标称电源电压、电流和频率• 使用连接至驱动输入的电能质量分析仪。• 首先测量驱动的输入侧，然后(若必要)测量用户引入线。判读标称电源电压、电流和频率• 如果测量结果超出范围 10%，则意味着在测量周期期间存在潜在的电源电压问题。• 连接一台电能质量分析仪进行长时间诊断。• 接着，检查不平衡。什么是电压和电流不平衡？当三相电压或电流的幅值不同时，就会发生不平衡。2% 至 3% 的电压不平衡就可能会引起电机故障高级主题测量不平衡•使用正确连接至电机驱动输入电源的三相电能质量分析仪。•同时测量三相，评估负载变化的影响高级主题手动测量不平衡利用 DMM 测量电机驱动的每相输入高级主题手动计算不平衡% 不平衡= (相对于平均 V 或 I 的最大偏差/平均 V 或 I) x 100。例：30 + 35 + 30 = 9595/3 = 31.7 平均电流35 - 31.7 = 3.3 最大偏差3.3/31.7 = .104.104 x 100 = 10.4% 电流不平衡高级主题解读不平衡• 电压不平衡超过 20% 就可能会造成问题。• 电流不平衡超过 6% 就可能会造成问题。• 接着，检查瞬变。高级主题什么是瞬变？• 瞬变是电路中不希望的暂态电压。• 瞬变具有各种各样的波形、幅值和持续时间。测量瞬变利用三相电能质量分析仪，选择瞬变功能，并设置为大于标称电压以上 50 V。解读瞬变• 瞬变高于标称电压 > 50V，就可能会造成问题。• 如果未测量到瞬变，则要测量更长的时间周期。什么是谐波？• 谐波是基波频率的整数倍分量。• 例如，60Hz 的 3 次谐波为 180Hz。例如，60Hz 的 5 次谐波为 300Hz。高级主题测量谐波• 使用电能质量分析仪测量谐波。• 电压和电流谐波都要测量。高级主题解读谐波• 电压 THD (总谐波畸变) 大于 6% 就可能会造成问题。• 如果 THD 大于 6%，那么确定哪次谐波最为突出。• 有些电流谐波畸变是正常的。• 接着，检查功率因数。高级主题什么是功率因数？• 能量是指做功的能力。• 功率为能量/时间• 功率因数为交流电路中使用的有功功率(W)与传输至电机的视在功率(VA)之比。测量功率因数使用三相电能质量分析仪，设置至功率和能量，电压和电流探头均连接好，并且电流探头的极性要正确——箭头朝向被测负载。解读功率因数• 功率因数小于 1 表示电路并未全效率工作。• 测量值小于 0.9 则表示潜在的问题。• 功率因数小于 0.9 在某些情况下是可接受的。电机和驱动模块 C-驱动和输出测量模块介绍驱动输出测量模块什么是直流总线? • 直流总线的作用就像一个电压缓冲器• 直流(DC)电压来自于交流整流器• 为开关电路提供恒定能量测量直流总线电压在 + 和 - 端子上测量直流总线电压• 便携式示波器• 交流或直流输入耦合，测量绝对或纹波电压• 确定示波器和探头的额定值与被测电压相匹配解读直流总线测量• 直流总线电压大约为 1.414 x RMS 线电压• 如果纹波峰值具有不同的重复水平，则表示某个整流器二极管可能发生了故障。什么是电压不平衡？• 当三相电压的幅值不同时，就会发生电压不平衡。测量电压不平衡•在驱动输出的每个端子上测量电压•接下来在电机端子检查电压•任何不平衡都可能会造成电机问题计算电压不平衡% 电压 (V) 不平衡 = (相对于平均的最大偏差 V/平均 V) x 100 例解读电压不平衡测量• 不平衡超过 2% 就可能会造成问题。• 该项测量排除电压不平衡造成的电机过热。• 不能排除其他过热原因。• 接着，检查电流不平衡。 什么是电流不平衡？当三相电流的幅值不同时，就会发生电流不平衡。测量电流不平衡利用一台带电流钳的示波器，在驱动输出的全部三个端子上分别测量每个端子的电流。计算电流不平衡% 电流 (I) 不平衡 = (相对于平均的最大偏差 I/平均 I) x 100例解读电流不平衡测量• 即使仅有百分之几的电流不平衡，也应该做进一步调查诊断利益• 避免电流过载保护装置跳闸。• 避免电机温度过高。• 电流不平衡会造成绕组烧毁 什么是 ∑ 电流和保护地 (PE)电流• ∑：三相电流之和。• PE：通过保护地的容性耦合电流。• 理想情况下，漏泄应非常低，漏流增大会造成轴承座圈之间产生电弧放电。高级主题测量 ∑ 电流• 带电流钳的示波器• 将电流钳夹住连接至电机端子的全部三根导线。高级主题测量 PE 电流• 示波器• 在接地线处测量。高级主题解读 ∑ 和 PE 电流• ∑ 电流和/或 PE电流通过轴承或电机轴。高级主题诊断利益避免杂散电流损坏轴承。 轴承电流造成轴承座圈上的凹槽感谢 Electro Static Technology 的照片。高级主题读数是输出反射？反射：• 是电路中阻抗不匹配或变化的结果。• 具有各种各样的波形、幅值和持续时间。• 在示波器屏幕上表现为尖峰测量输出反射• 脉宽调制波形上的快速输出瞬变和反射只能用示波器测量。• 连接至电机端子。解读输出反射测量• 大于标称电压 50% 的反射或瞬变就可能会引起问题。• 来自于 IGBT 的快速切换直流电压 (dV/dt)。• PWM 信号的反射是电缆太长造成的。• 确定水平未超过电机绝缘额定值。 什么是扰动？信号扰动是低压数字网络信号上的信号完整性偏差。高级主题测量扰动• 查找车间内与其他装置相关的扰动。• 有其他大型负载打开并造成问题吗？高级主题解读扰动测量高级主题 诊断利益• 防止不合规的信令问题。• 确定工厂其他位置的配线和功率问题。 高级主题停工诊断停掉系统来解决问题高级主题停工诊断的步骤——系统停止运行•将电机从驱动隔离1. 验证驱动工作正常2. 检查电机电缆、连接3. 对电机/电缆进行绝缘试验高级主题检查电机电缆•潜在问题：