变频驱动(VFD)技术的改进降低了成本，提高了可靠性，增加了使用量。大多数现代VFD系统都有内部诊断，可以在故障时自动关闭。然而，这些故障的原因有时难以定位和纠正。然而，断电和通电电机测试可以提供有价值的见解，以帮助识别许多这些问题。本文重点介绍如何将这些电机测试技术集成到VFD故障排除中。
基本操作
VFD对输入的三相交流(AC)电源进行整流，以创建直流(DC)总线。直流母线使用电容器平滑整流直流作为逆变器部分的输入。在逆变器部分，控制器使用微处理器控制半导体开关，将直流电压转换为可变的三相交流电压和频率输入到电机。
通过控制半导体(可控硅整流器[SCR]或绝缘栅双极晶体管[IGBT])放电的时间，直流脉冲的宽度调制直流以产生具有可变电压和频率的模拟三相输入电压。输入电压的频率决定了磁场围绕定子旋转的速度。磁场所处的速度称为同步速度(SS)。
由于逆变器电路的开关特性，vfd可以通过将谐波引入工厂的电气系统而产生电能质量(PQ)问题。此外，vfd也可能对传入的PQ问题敏感，导致它们关闭。许多vfd都有内部电子设备来指示关闭的原因。这些通用代码指定了过压、过流、过载、电压、电流不平衡、过温或外部故障的原因。这些信息很重要，但真正的问题是:是什么导致了故障条件?故障情况是由VFD引起的还是由VFD经历的?
如果故障是由VFD经历的，它可能是输入电源的结果，连接问题，任何一个电机问题或驱动机器或过程本身的故障。如果故障是由VFD引起的，则可能是电子元件故障或失效的结果。其中常见的故障是整流部分的二极管，直流母线上的电容器或逆变器部分的半导体击穿或故障。
电机断电测试
电机电路分析(MCA)是一种电机测试技术，通过电机绕组注入一系列低压交流和直流信号，在电机断电时彻底评估整个电机系统。MCA电机测试可以直接在电机上执行，也可以从VFD的输出远程执行。与传统的断电电机测试无法识别转子问题或发展绕组绝缘击穿不同，MCA测试提供了早期迹象，表明在地壁绝缘系统和周围绝缘导体中出现故障，用于在定子中产生线圈，以及转子电气部分存在或发展故障。
MCA可以在最早阶段识别故障，但也可以快速确认电机是“良好的”，这可以消除电机作为VFD跳闸的原因。通过从VFD输出开始进行三分钟的测试，“良好”的结果不仅表明电机状态良好，而且还表明测试电路中所有相关的电缆和电气组件状态良好。
但是，如果结果显示“坏”，则直接在电机上进行额外的三分钟测试。如果电机测试“正常”，这意味着测试正常进行，并且故障在电缆或控制器中。如果电机显示正在发生故障，可用可选的MCA测试来确定故障是在转子还是定子电路中。
低压直流测试可指示被测电路中的连接问题，以确认所有外部和内部连接是否足够紧密。交流测试系列测试绕组绝缘，并确定当导体之间的绝缘开始退化时，绕组绝缘化学组成中发生的微小变化。
可选的动态测试需要手动旋转被测电机轴，并开发定子签名，以识别构成定子绕组系统的线圈中围绕导体的绝缘中任何正在发展的故障。转子特征识别转子电气系统中的故障，如转子棒或端环中的静态或动态偏心、裂纹、断裂或铸造空隙。
带电电机测试:电气特征分析
电气特征分析(ESA)使用VFD的输入和输出电压和电流来快速分析供电到驱动器的条件和质量，以及从驱动器输出到电机的电压和电流。每个测试都需要不到一分钟的时间。对驱动器的输入和输出执行ESA电机测试可提供输入和输出功率的完整配置文件。
每个测试同时执行电压和电流的所有三个阶段的数据捕获，为每个阶段创建PQ表，捕获、显示和存储所有三个阶段的50毫秒(msec)的电压和电流波形。此外，50秒的电压和电流波形被数字化，并用于对输入和输出电压和电流执行高低频快速傅里叶变换(fft)。
输入功率
驱动器的输入电压提供了有价值的信息，表明输入电压提供给驱动器的条件。它计算输入电压或电流中的任何电压、电流不平衡或谐波含量。输入电流表示驱动器整流部分二极管的状态。图2显示了所有二极管正常发射时的电流波形。在图3中，可以很快确定一个或多个二极管没有正常发射。
输出电压
来自驱动器的输出电压提供了有关驱动器本身的状况以及提供给电机的功率质量的信息。这包括但不限于，逆变器电路中半导体的正确或不正确操作以及直流母线电容器的发展故障。图4提供了驱动器电压输出的一个阶段的快照，这是电机的输入电压。
所有的输出电压波形应相对均匀和对称。电压波形不对称表明igbt失效或失效。波形的正和负部分平坦部分上的波纹是直流母线上电容失效的指示。一个20美元的电容器故障可以摧毁整个驱动器。
输出电流
电机电流对电机系统起敏感传感器的作用。电机、被驱动机器或过程本身存在或正在发生的任何故障都会导致电机电流被调制。这些输出电流的调制表明电气或机械状况或过程本身的任何异常。对数字化电压和电流波形的FFT识别电机中的故障，如转子棒破裂或断裂，静态或动态偏心。
滚动轴承故障的早期迹象，电机或驱动机器旋转部件的平衡和对准状况也可以使用在振动分析中长期识别的相同故障频率快速识别。
自动分析
ESA软件结合了50秒数据采集过程中收集的所有信息，并将其与预定的标准、指南和算法进行比较，以创建评估从输入功率到过程的整个电机系统状况所需的图表、表格和显示。评估完成后，ESA创建了一份完整、详细的报告，不仅突出了电气部分的发展问题，驱动机器或连接到电机的其他设备的发展故障，而且还突出了可能导致VFD跳闸的过程中的异常。该报告还详细介绍了在预定指导方针内的测量，从而消除了通常与VFD故障排除相关的大部分猜测。
通过将MCA和ESA纳入VFD标准故障排除过程，分析人员可以获得最详细的信息，以快速确定故障是由VFD引起的还是由VFD引起的。三分钟的MCA识别出坏电机，并可以消除电机故障的原因，并确保如果安装了新电机，它是无故障的。ESA在不到1分钟的测试中确认VFD的电源输入和输出是无故障的。