Усовершенствования в технологии частотно-регулируемых приводов (VFD) привели к снижению стоимости, повышению надежности и, что еще важнее, к расширению использования.
Большинство современных систем VFD имеют внутреннюю диагностику, которая обеспечивает автоматическое отключение при возникновении неисправностей.
Однако причину этих неисправностей иногда бывает трудно обнаружить и устранить.
Однако тестирование двигателя в обесточенном состоянии (MCA) и под напряжением может дать ценные сведения, которые помогут быстро и легко выявить многие из этих проблем.
В этом кратком документе рассказывается о том, как включить эти два простых в исполнении метода тестирования двигателя в процесс поиска и устранения неисправностей VFD.

Основные операции

VFD выпрямляет входящий трехфазный переменный ток, чтобы создать шину постоянного тока.
Шина постоянного тока использует конденсаторы для сглаживания выпрямленного постоянного тока, поступающего на вход секции инвертора.
В секторе инвертора контроллер использует микропроцессоры для управления полупроводниковыми переключателями, которые преобразуют постоянное напряжение в переменное 3-фазное переменное напряжение и частоту, подаваемую на двигатель.
Контролируя время срабатывания полупроводников (SCR или IGBT), ширина импульсов постоянного тока модулирует постоянный ток для создания симулированного трехфазного входного напряжения с переменным напряжением и частотой.
Частота входного напряжения определяет скорость, с которой магнитное поле вращается вокруг статора.
Скорость вращения магнитного поля называется синхронной скоростью (СС). СС= 120 F/P Где: F = частота питающего напряжения P = количество полюсов в двигателе Вследствие коммутационного характера инверторной схемы VFD могут создавать проблемы с PQ, внося гармоники в электрическую систему установки.
Кроме того, ЧРП могут быть чувствительны к входящим проблемам PQ, что приводит к отключению ЧРП.
Многие VFD имеют внутреннюю электронику, которая указывает на причину отключения.
Эти распространенные коды определяют причину отключения по перенапряжению, перегрузке по току, дисбалансу напряжения или тока, перегреву или внешним неисправностям.
Эта информация важна, но главный вопрос заключается в том, что вызвало неисправность.
Неисправность вызвана ЧРП или возникла из-за него?
Если неисправность вызвана ЧРП, это может быть результатом входящего питания, проблем с соединениями, любой из многих проблем с двигателем или неисправностей в приводимой машине или в самом процессе.
Если неисправность вызвана VFD.
Это может быть результатом поломки или выхода из строя электронных компонентов.
Среди распространенных неисправностей – диоды в секции выпрямителя, конденсаторы шины постоянного тока, пробой или выход из строя полупроводника в секции инвертора.

Испытание обесточенного двигателя: Анализ электрических цепей двигателя™ (MCA™)

Motor Circuit Analysis™ (MCA™) это метод тестирования двигателя, который подает серию низковольтных сигналов переменного и постоянного тока через обмотки двигателя для тщательной оценки всей системы двигателя при обесточенном двигателе.
Испытания двигателя с помощью MCA могут проводиться непосредственно на двигателе или дистанционно с выхода VFD.
В отличие от традиционных тестов обесточенного двигателя, которые не позволяют выявить проблемы с ротором или развивающийся пробой изоляции обмоток.
Тесты MCA обеспечивают раннее выявление развивающихся неисправностей не только в системе изоляции стенки заземления, но и в изоляции, окружающей проводники, используемые для создания катушек в статоре, а также существующих или развивающихся неисправностей в электрической части роторов.
MCA может выявить неисправности на самых ранних стадиях, но также может быстро подтвердить “исправность” двигателя, что позволяет быстро исключить двигатель как причину срабатывания VFD.
При выполнении 3-минутного теста с выхода VFD “хороший” результат указывает не только на то, что двигатель исправен, но и на то, что все связанные с ним кабели и все электрические компоненты в тестируемой цепи также находятся в хорошем состоянии.
Однако если результат окажется плохим, необходимо просто провести дополнительный 3-минутный тест непосредственно на двигателе.
Если двигатель показывает хорошие результаты, значит, неисправность кроется в кабелях или контроллере.
Если двигатель показывает развивающуюся неисправность, можно воспользоваться дополнительными тестами MCA, чтобы определить, где находится неисправность – в роторе или в электрической цепи статора.
Низковольтные тесты постоянного тока позволяют выявить проблемы с соединениями в тестируемой цепи, чтобы убедиться, что все внешние и внутренние соединения достаточно “плотные”.
Серия тестов переменным током проверяет изоляцию обмотки и выявляет очень незначительные изменения, происходящие в химическом составе изоляции обмотки по мере того, как изоляция между проводниками начинает разрушаться.
Дополнительный динамический тест требует ручного вращения вала тестируемого двигателя и формирует сигнатуру статора, которая выявляет любые развивающиеся дефекты в изоляции, окружающей проводники в катушках, составляющих систему обмотки статора.
Сигнатуры ротора выявляют неисправности в электрической системе ротора, такие как статический или динамический эксцентриситет, трещины, разрывы или литые пустоты в стержнях или торцевых кольцах ротора.

Испытание двигателя под напряжением: Анализ электрической сигнатуры (ESA)

ESA Использует входное и выходное напряжение и ток VFD, чтобы быстро проанализировать состояние и качество питания, подаваемого на привод, а также напряжение и ток, выдаваемые приводом на двигатель.
Каждый из этих тестов занимает < 1 минуту.
Проведение тестов двигателя ESA на входе привода, а также на его выходе позволяет получить полный профиль входной и выходной мощности.
Каждый тест выполняет одновременный захват данных напряжения и тока всех трех фаз для создания таблиц PQ для каждой из трех фаз, захватывает, отображает и сохраняет 50 мс осциллограмм напряжения и тока для всех 3 фаз.
Кроме того, 50 секунд осциллограмм напряжения и тока оцифровываются и используются для выполнения БПФ высокой и низкой частоты для входного и выходного напряжения и тока.

Входная мощность

Входное напряжение привода предоставляет ценную информацию о состоянии входящего напряжения, подаваемого на привод, вычисляет любой дисбаланс напряжения или тока, или содержание гармоник во входящем напряжении или токе.
Входной ток дает представление о состоянии диодов в выпрямительной секции привода.
На рисунке 2 показана форма волны тока, когда все диоды работают правильно, а на рисунке 3 можно быстро определить, что один или несколько диодов в секции выпрямителя работают неправильно.

Рисунок 2: Секция исправного диода Рисунок 3: Секция неисправного диода

Выходное напряжение

Рисунок 4: Правильно работающие IGBT Выходное напряжение преобразователя дает информацию о состоянии самого преобразователя, а также о качестве питания, подаваемого на двигатель, включая, помимо прочего, правильную или неправильную работу полупроводников в инверторных цепях и развивающийся отказ конденсаторов шины постоянного тока.
На Рис. 4 представлен снимок одной фазы выходного напряжения привода – напряжения, подаваемого на двигатель.
Все формы сигнала выходного напряжения должны быть относительно равномерными и симметричными.
Несимметричные формы напряжения указывают на отказ или неисправность IGBT.
Обратите внимание на пульсации на плоской части положительной и отрицательной частей осциллограмм на рисунке 5.
Это признак неисправных конденсаторов на шине постоянного тока.
Вышедший из строя конденсатор стоимостью $20 может разрушить весь привод.  

Выходной ток

Рисунок 5: Неисправность конденсатора шины постоянного тока

Ток двигателя действует как очень чувствительный датчик для системы двигателя.
Любые существующие или развивающиеся неисправности в двигателе, приводимой машине или самом процессе приводят к модуляции тока двигателя.
Эти модуляции выходного тока указывают на электрическое или механическое состояние или на любые аномалии в самом процессе.
БПФ на оцифрованных осциллограммах напряжения и тока быстро выявляет неисправности в двигателе, такие как трещины или поломки ротора, статический или динамический эксцентриситет.
Ранние признаки развивающихся отказов подшипников качения, состояние баланса и центровки вращающихся компонентов двигателя или приводимой машины также могут быть быстро определены с помощью той же частоты неисправностей, которая давно распознается при анализе вибрации.

Автоматический анализ

Программное обеспечение ESA объединяет всю информацию, собранную в ходе 50-секундного процесса сбора данных, и сравнивает ее с заранее установленными стандартами, рекомендациями и алгоритмами, чтобы создать графики, таблицы и дисплеи, необходимые для быстрой оценки состояния всей системы электродвигателя, начиная от входящего питания и заканчивая технологическим процессом.
По завершении оценки ESA создает полный подробный отчет, в котором не только указываются развивающиеся проблемы в электрической части, развивающиеся неисправности в приводимой машине или другом оборудовании, подключенном к двигателю, но и аномалии в технологическом процессе, которые могут привести к отключению ЧРП.
В 8-страничном отчете также подробно описываются измерения, которые находятся в пределах заранее установленных рекомендаций, что устраняет большинство догадок, обычно связанных с поиском неисправностей VFD.
Рисунок 6: Таблица PQ на выходе VFD

Рисунок 7: Экран результатов

Резюме

Включив MCA и ESA в стандартные процессы поиска и устранения неисправностей ЧРП, аналитик получает самую подробную информацию, позволяющую быстро определить, вызвана ли проблема ЧРП или ее причина в самом ЧРП.
3-минутный тест MCA не только выявляет плохие двигатели, но и позволяет исключить двигатель как причину неисправности и убедиться, что новый устанавливаемый двигатель не содержит ошибок.
ESA подтверждает, что питание в VFD и из него не нарушено, с помощью простого теста, занимающего менее 1 минуты.