可変周波数駆動装置（VFD）技術の向上により、コストの削減、信頼性の向上、そして何よりも使用頻度の向上が実現されています。 最近のVFDシステムの多くは、故障時に自動でシャットダウンする内部診断機能を備えています。 しかし、これらの不具合の原因を突き止め、修正することは、時として困難な場合があります。 しかし、非通電（MCA）および通電のモーターテストは、これらの問題の多くを迅速かつ容易に特定するのに役立つ貴重な洞察を提供します。 本書では、この2つの簡単なモーター試験技術をVFDのトラブルシューティングに取り入れる方法を紹介します。

基本操作

VFDは、入力される3相交流電力を整流してDCバスを形成します。 DCバスは、インバータ部に入力される整流された直流をコンデンサで平滑化する。 インバーター分野では、コントローラーがマイクロプロセッサーを使って半導体スイッチを制御し、直流電圧を可変の3相交流電圧と周波数に変換してモーターに入力します。 半導体（SCRやIGBT）の発火時間を制御することで、直流パルスの幅を変調し、電圧と周波数が変化する模擬三相入力電圧を発生させます。 入力電圧の周波数は、磁界がステーターの周りを回転する速度を決定します。 磁界が発生する速度を同期速度（SS）という。

SS= 120 F/P

ここでF= 供給電圧の周波数

P = モータの極数

インバータ回路のスイッチング特性により、VFDはプラントの電気系統に高調波を導入し、PQの問題を引き起こす可能性があります。 さらに、VFDはPQの影響を受けやすいため、VFDが停止してしまうこともあります。 多くのVFDは、シャットダウンの原因を示す内部電子回路を備えています。 これらの共通コードは、過電圧、過電流、過負荷、電圧・電流アンバランス、温度過昇、外部故障などの原因を割り当てています。 この情報は重要ですが、実際に問題なのは、何が原因で故障状態が発生したのかです。 故障の原因はVFDにあるのか、VFDが経験したことなのか？

VFDに障害が発生した場合、電源の問題、接続の問題、モーターの問題、駆動する機械やプロセス自体の障害などが考えられます。 VFDに起因する故障の場合。 電子部品の故障や不具合が原因である可能性があります。 一般的な故障としては、整流部のダイオード、DCバスのコンデンサー、インバーター部の半導体の故障や不具合などがあります。

無励磁モーターテストモーター回路解析™（MCA™）について

モーター回路解析™ (MCA™)
は、モータの巻線に低電圧のAC＆DC信号を注入し、モータを非通電状態にしてモータシステム全体を徹底的に評価するモータ試験技術です。 MCAモーターテストは、モーターで直接、またはVFDの出力からリモートで実施することができます。 従来の無通電モーターテストとは異なり、ローターの問題や巻線の絶縁破壊の発生を特定することができない。 MCAテストは、接地壁の絶縁システムだけでなく、ステーターのコイルを作るための導体周囲の絶縁や、ローターの電気部分の既往症や故障の発生を早期に発見することができます。 MCAは初期段階で故障を特定することができますが、モータの「良」を素早く確認できるため、VFDトリップの原因としてモータを素早く排除することができます。 VFDの出力から3分間のテストを行うことで、「良好」という結果は、モーターだけでなく、関連するケーブルやテスト回路内のすべての電気部品も良好な状態であることを示します。 しかし、結果が悪い場合は、モーターで直接3分間の追加テストを行うだけでよいのです。 モーターのテストが良好な場合は、配線またはコントローラーの故障です。 モーターが現像不良を示す場合、ローターまたはステーターの電気回路に故障があるかどうかを判断するために、オプションのMCAテストが用意されています。

低電圧DCテストは、被試験回路における接続の問題を示すもので、外部および内部のすべての接続が十分に「堅固」であることを確認します。 一連の交流試験では、巻線絶縁体を運動させ、導体間の絶縁が劣化し始めると巻線絶縁体の化学的構成に生じる非常に小さな変化を特定します。

オプションのダイナミックテストでは、テスト対象のモーターシャフトを手動で回転させ、ステーターシグネチャーを作成し、ステーター巻線システムを構成するコイルの導体を囲む絶縁体に発生した不具合を特定します。 ローターシグネチャーは、ローターバーやエンドリングの静的または動的偏心、亀裂、破損、鋳造ボイドなど、ローター電気系統の不具合を特定します。

通電モーターテスト。電気信号解析（ESA）

欧州連合（ESA）加盟国 は、VFDの入出力電圧・電流を利用して、ドライブに供給される電力の状態や品質、ドライブからモーターに出力される電圧・電流を迅速に分析します。 これらのテストには、それぞれ< 1分必要です。 ドライブの入力と出力でESAモーターテストを行うことで、入力と出力の完全なプロファイルを得ることができます。 各テストでは、3相の電圧・電流の同時データ取り込みを行って3相それぞれのPQテーブルを作成し、3相すべての電圧・電流波形を50msecで取り込み、表示・保存します。 さらに、50秒間の電圧・電流波形をデジタル化し、入力と出力の電圧・電流の両方について、高周波と低周波のFFTを実行するために使用します。

入力電力

ドライブへの入力電圧は、ドライブに供給される入力電圧の状態を示す貴重な情報であり、入力電圧や電流のアンバランスや高調波の含有量を計算します。 入力電流は、ドライブの整流部のダイオードの状態を示すものである。 図2はすべてのダイオードが正常に発火した場合の電流波形である。図3では、整流部のダイオードのうち1つ以上が正常に発火していないことがすぐに分かる。

図2：良好なダイオード部 図3：不良なダイオード部

出力電圧

図4：IGBTの適切な動作について

ドライブからの出力電圧は、ドライブ自体の状態や、モータに供給される電力の品質に関する情報を提供します。これには、インバータ回路の半導体の適切な動作や不適切な動作、DCバスコンデンサの故障の発生などが含まれますが、これに限定されません。 図4は、ドライブの電圧出力のうち、モータへの電圧である1相のスナップショットです。 すべての出力電圧波形は、比較的均一で対称的であるべきです。 非対称の電圧波形は、IGBTの故障や不具合を示しています。 図5の波形のプラス部分とマイナス部分の平坦な部分に波紋があることに注目してください。 これは、DCバス上のコンデンサが故障していることを示すものです。 20ドルのコンデンサが故障すると、ドライブ全体が破壊されることがあります。

出力電流

図5：DCバスコンデンサーの不具合

モーターの電流は、モーターシステムにとって非常に敏感な変換器として機能します。 モーター、被駆動機械、またはプロセス自体に既存または発生中の欠陥があれば、モーター電流は変調をきたす。 このような出力電流の変調は、電気的、機械的な状態や、プロセス自体の異常を示す指標となります。 デジタル化された電圧・電流波形をFFTすることで、ローターバーの割れや破損、静的・動的偏心など、モーターの故障を素早く特定します。 また、転がり軸受の故障の早期発見や、モーターや被動機の回転部品のバランス、アライメントの状態も、振動解析で長年認識されてきた故障周波数と同じように、迅速に特定することができます。

自動解析

ESAソフトウェアは、50秒間のデータ収集プロセスで収集されたすべての情報を組み合わせ、あらかじめ決められた基準、ガイドライン、アルゴリズムと比較し、入力電力からプロセスまでのモーターシステム全体の状態を迅速に評価するために必要なグラフ、テーブル、ディスプレイを作成します。 評価終了後、ESAは電気的な問題、モーターに接続された機械やその他の機器の故障、VFDのトリップを引き起こす可能性のあるプロセスの異常などを明らかにする詳細な報告書を作成します。 また、8ページにわたるレポートでは、あらかじめ設定されたガイドラインの範囲内で測定された結果を詳しく説明し、通常VFDのトラブルシューティングに伴う推測作業のほとんどを排除しています。

図6：VFD出力のPQテーブル

図7：結果画面

概要

MCAとESAを標準的なVFDトラブルシューティングのプロセスに組み込むことで、アナリストは最も詳細な情報を入手し、問題の原因がVFDにあるのか、VFDに問題があるのかを迅速に判断することができます。 3分間のMCAテストは、不良モーターを特定するだけでなく、故障の原因であるモーターを排除し、新たに取り付けるモーターが故障していないことを確認することができます。 ESAは、1分以内の簡単なテストで、VFDへの電源供給と排出が故障していないことを確認します。