การปรับปรุงเทคโนโลยี Variable Frequency Drive (VFD) ทำให้มีต้นทุนที่ต่ำลง ปรับปรุงความน่าเชื่อถือ และที่สำคัญคือเพิ่มการใช้งาน ระบบ VFD ที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีการวินิจฉัยภายในที่สร้างการปิดอัตโนมัติเมื่อเกิดข้อผิดพลาด อย่างไรก็ตาม สาเหตุของข้อผิดพลาดเหล่านี้บางครั้งอาจหาและแก้ไขได้ยาก อย่างไรก็ตาม การทดสอบมอเตอร์แบบลดพลังงานไฟฟ้า (MCA) และแบบจ่ายพลังงานสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเพื่อช่วยระบุปัญหาต่างๆ เหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย เอกสารฉบับย่อนี้เน้นวิธีการรวมเทคนิคการทดสอบมอเตอร์ที่ใช้งานง่ายทั้งสองนี้เข้ากับการแก้ไขปัญหา VFD

การทำงานขั้นพื้นฐาน

VFD จะแก้ไขไฟ AC 3 เฟสที่เข้ามาเพื่อสร้างบัส DC บัส DC ใช้ตัวเก็บประจุเพื่อทำให้ DC ที่แก้ไขเรียบเป็นอินพุตไปยังส่วนอินเวอร์เตอร์ ในภาคอินเวอร์เตอร์ ตัวควบคุมใช้ไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อควบคุมสวิตช์กึ่งตัวนำซึ่งแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบแปรผัน 3 เฟสและป้อนความถี่ให้กับมอเตอร์ โดยการควบคุมระยะเวลา สารกึ่งตัวนำ (SCR’s หรือ IGBT’S) กำลังทำงาน ความกว้างของพัลส์ DC จะมอดูเลต DC เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าอินพุตสามเฟสจำลองที่มีแรงดันและความถี่ผันแปร ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้ากำหนดความเร็วที่สนามแม่เหล็กหมุนรอบสเตเตอร์ ความเร็วที่สนามแม่เหล็กเรียกว่าความเร็วซิงโครนัส (SS)

SS= 120 เอฟ/พี

โดยที่ F = ความถี่ของแรงดันแหล่งจ่าย

P = จำนวนขั้วในมอเตอร์

เนื่องจากลักษณะการสลับจากวงจรอินเวอร์เตอร์ VFD สามารถสร้างปัญหา PQ ได้โดยการใส่ฮาร์มอนิกเข้าไปในระบบไฟฟ้าของโรงงาน นอกจากนี้ VFD ยังไวต่อปัญหา PQ ที่เข้ามาด้วยตัวมันเอง ทำให้ VFD ปิดตัวลง VFD จำนวนมากมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในที่ระบุสาเหตุของการปิดเครื่อง รหัสทั่วไปเหล่านี้กำหนดสาเหตุของแรงดันเกิน กระแสเกิน โอเวอร์โหลด แรงดันหรือกระแสไม่สมดุล อุณหภูมิเกิน หรือความผิดปกติภายนอก ข้อมูลนี้มีความสำคัญ แต่คำถามที่แท้จริงคือสิ่งที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาด สภาวะความผิดปกติเกิดจาก VFD หรือประสบกับ VFD หรือไม่

หาก VFD พบข้อผิดพลาด อาจเป็นผลจากกำลังไฟฟ้าขาเข้า ปัญหาการเชื่อมต่อ ปัญหามอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งจากหลายๆ ตัว หรือข้อผิดพลาดในเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนหรือตัวกระบวนการเอง หากความผิดปกติเกิดจาก VFD อาจเป็นผลมาจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่พังหรือล้มเหลว ในบรรดาความล้มเหลวทั่วไป ได้แก่ ไดโอดในส่วนวงจรเรียงกระแส ตัวเก็บประจุบัส DC หรือการเสียหรือความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์ในส่วนอินเวอร์เตอร์

การทดสอบมอเตอร์แบบแยกพลังงาน: Motor Circuit Analysis™ (MCA™)

Motor Circuit Analysis™ (MCA™) เป็นเทคนิคการทดสอบมอเตอร์ที่ฉีดชุดสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับและไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำผ่านขดลวดมอเตอร์เพื่อประเมินระบบมอเตอร์ทั้งหมดอย่างละเอียดในขณะที่มอเตอร์หยุดทำงาน การทดสอบมอเตอร์ MCA สามารถทำได้โดยตรงที่มอเตอร์หรือจากระยะไกลจากเอาต์พุตของ VFD ซึ่งแตกต่างจากการทดสอบมอเตอร์แบบลดพลังงานไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ซึ่งไม่สามารถระบุปัญหาของโรเตอร์หรือการพัฒนาฉนวนที่คดเคี้ยวได้ การทดสอบ MCA ให้ข้อบ่งชี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ของการพัฒนาข้อบกพร่องในระบบฉนวนของผนังดิน แต่ในตัวนำรอบๆ ฉนวนที่ใช้สร้างขดลวดในสเตเตอร์ ตลอดจนข้อบกพร่องที่มีอยู่หรือที่กำลังพัฒนาในส่วนไฟฟ้าของโรเตอร์ MCA สามารถระบุข้อผิดพลาดในระยะแรกสุด แต่ยังสามารถยืนยันได้อย่างรวดเร็วว่ามอเตอร์ “ดี” ซึ่งสามารถกำจัดมอเตอร์ที่เป็นสาเหตุของการตัด VFD ได้อย่างรวดเร็ว เมื่อทำการทดสอบ 3 นาทีจากเอาต์พุตของ VFD ผลลัพธ์ที่ “ดี” ไม่เพียงแต่บ่งชี้ว่ามอเตอร์ทำงานได้ดีเท่านั้น แต่สายเคเบิลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดและส่วนประกอบไฟฟ้าทั้งหมดในวงจรที่ทดสอบก็อยู่ในสภาพดีเช่นกัน อย่างไรก็ตาม หากผลลัพธ์บ่งชี้ว่าไม่ดี เพียงแค่ทำการทดสอบเพิ่มเติมอีก 3 นาทีที่มอเตอร์โดยตรง หากการทดสอบมอเตอร์เป็นปกติ แสดงว่าความผิดปกติอยู่ที่สายเคเบิลหรือตัวควบคุม หากมอเตอร์บ่งชี้ถึงความผิดปกติที่กำลังเกิดขึ้น มีการทดสอบ MCA ที่เป็นทางเลือกเพื่อระบุว่าความผิดปกตินั้นอยู่ในโรเตอร์หรือวงจรไฟฟ้าของสเตเตอร์หรือไม่

การทดสอบ DC แรงดันต่ำบ่งชี้ถึงปัญหาการเชื่อมต่อในวงจรที่ทดสอบเพื่อยืนยันว่าการเชื่อมต่อภายนอกและภายในทั้งหมดนั้น “แน่น” เพียงพอ ชุดการทดสอบไฟฟ้ากระแสสลับใช้ฉนวนที่พันขดลวด และระบุการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบทางเคมีของฉนวนที่พันขดลวด เนื่องจากฉนวนระหว่างตัวนำเริ่มเสื่อมสภาพ

การทดสอบไดนามิกที่เป็นทางเลือกนั้นจำเป็นต้องมีการหมุนเพลามอเตอร์ด้วยตนเองภายใต้การทดสอบและพัฒนาลายเซ็นของสเตเตอร์ซึ่งระบุข้อบกพร่องที่กำลังพัฒนาในฉนวนที่อยู่รอบ ๆ ตัวนำในขดลวดที่ประกอบกันเป็นระบบขดลวดสเตเตอร์ ลายเซ็นของโรเตอร์จะระบุข้อผิดพลาดในระบบไฟฟ้าของโรเตอร์ เช่น ความเยื้องศูนย์แบบคงที่หรือไดนามิก รอยร้าว การแตกหรือการหล่อเป็นโมฆะในแถบโรเตอร์หรือวงแหวนรอบปลาย

การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า: การวิเคราะห์ลายเซ็นไฟฟ้า (ESA)

ESA ใช้แรงดันและกระแสอินพุตและเอาท์พุตของ VFD เพื่อวิเคราะห์สภาพและคุณภาพของกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับไดรฟ์อย่างรวดเร็ว รวมถึงแรงดันและกระแสเอาต์พุตจากไดรฟ์ไปยังมอเตอร์ แต่ละการทดสอบเหล่านี้ต้องการ< 1 นาที. ด้วยการทดสอบมอเตอร์ ESA ที่อินพุตของไดรฟ์และเอาต์พุตของไดรฟ์ ทำให้ได้โปรไฟล์อินพุตและกำลังเอาต์พุตที่สมบูรณ์ การทดสอบแต่ละครั้งจะทำการจับข้อมูลของแรงดันและกระแสทั้งสามเฟสพร้อมกันเพื่อสร้างตาราง PQ สำหรับแต่ละเฟสของทั้งสามเฟส จับ แสดง และจัดเก็บ 50 มิลลิวินาทีของรูปคลื่นของแรงดันและกระแสสำหรับทั้ง 3 เฟส นอกจากนี้ 50 วินาที รูปคลื่นของแรงดันและกระแสจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลและใช้เพื่อดำเนินการ FFT ความถี่สูงและความถี่ต่ำทั้งแรงดันและกระแสอินพุตและเอาท์พุต

กำลังไฟฟ้าเข้า

แรงดันอินพุตไปยังไดรฟ์ให้ข้อมูลที่มีค่าซึ่งบ่งชี้สภาวะของแรงดันขาเข้าที่จ่ายให้กับไดรฟ์ คำนวณความไม่สมดุลของแรงดันหรือกระแส หรือปริมาณฮาร์มอนิกในแรงดันหรือกระแสขาเข้า กระแสไฟเข้าจะแสดงสถานะของไดโอดในส่วนเรียงกระแสของไดรฟ์ รูปที่ 2 แสดงรูปคลื่นปัจจุบันโดยที่ไดโอดทั้งหมดทำงานอย่างถูกต้อง ในรูปที่ 3 จะสามารถระบุได้อย่างรวดเร็วว่าไดโอดอย่างน้อยหนึ่งตัวในส่วนเรียงกระแสไม่ทำงานอย่างถูกต้อง

รูปที่ 2: ส่วนไดโอดที่ดี รูปที่ 3: ส่วนไดโอดที่ผิดปกติ

แรงดันขาออก

รูปที่ 4: การใช้งาน IGBT อย่างถูกต้อง

แรงดันเอาต์พุตจากไดรฟ์ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของตัวไดรฟ์เอง ตลอดจนคุณภาพของกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงการทำงานที่เหมาะสมหรือไม่เหมาะสมของสารกึ่งตัวนำในวงจรอินเวอร์เตอร์และการพัฒนา ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุบัส DC รูปที่ 4 แสดงสแนปชอตของหนึ่งเฟสของเอาต์พุตแรงดันของไดรฟ์ซึ่งเป็นแรงดันที่ส่งไปยังมอเตอร์ รูปคลื่นแรงดันขาออกทั้งหมดควรมีความสม่ำเสมอและสมมาตร รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมมาตรบ่งชี้ว่า IGBT ล้มเหลวหรือล้มเหลว สังเกตระลอกคลื่นในส่วนที่เป็นบวกและลบของรูปคลื่นในรูปที่ 5 นี่เป็นข้อบ่งชี้ถึงความล้มเหลวของตัวเก็บประจุบนบัส DC ตัวเก็บประจุ $20 ที่ล้มเหลวสามารถทำลายไดรฟ์ทั้งหมดได้

กระแสไฟขาออก

รูปที่ 5: ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุบัส DC

กระแสของมอเตอร์ทำหน้าที่เป็นทรานสดิวเซอร์ที่มีความไวสูงสำหรับระบบมอเตอร์ ข้อบกพร่องใดๆ ที่มีอยู่หรือกำลังพัฒนาในมอเตอร์ เครื่องจักรที่ขับเคลื่อน หรือตัวกระบวนการเองจะทำให้กระแสของมอเตอร์มอดูเลต การมอดูเลตเหล่านี้ในกระแสไฟขาออกเป็นการบ่งชี้สภาวะทางไฟฟ้าหรือทางกลหรือความผิดปกติใดๆ ในกระบวนการเอง FFT บนรูปคลื่นแรงดันและกระแสไฟฟ้าดิจิทัลจะระบุข้อบกพร่องในมอเตอร์อย่างรวดเร็ว เช่น แท่งโรเตอร์แตกหรือหัก ความเยื้องศูนย์แบบคงที่หรือไดนามิก การบ่งชี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ของความล้มเหลวของตลับลูกปืนของชิ้นส่วนกลิ้ง สภาวะสมดุลและการจัดตำแหน่งของส่วนประกอบที่หมุนของมอเตอร์หรือเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนยังสามารถระบุได้อย่างรวดเร็วโดยใช้ความถี่ความผิดปกติเดียวกันที่รู้จักมานานในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน

การวิเคราะห์อัตโนมัติ

ซอฟต์แวร์ ESA รวมข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมในกระบวนการรับข้อมูล 50 วินาที และเปรียบเทียบกับมาตรฐาน แนวทาง และอัลกอริทึมที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อสร้างกราฟ ตาราง และจอแสดงผลที่จำเป็นในการประเมินสภาพของระบบมอเตอร์ทั้งหมดอย่างรวดเร็วตั้งแต่พลังงานขาเข้าไปจนถึง กระบวนการ. เมื่อเสร็จสิ้นการประเมิน ESA จะสร้างรายงานที่มีรายละเอียดครบถ้วน ซึ่งไม่เพียงแต่เน้นการพัฒนาปัญหาในส่วนไฟฟ้า การพัฒนาข้อบกพร่องในเครื่องจักรขับเคลื่อนหรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ แต่ความผิดปกติในกระบวนการที่อาจทำให้ VFD สะดุด รายงาน 8 หน้ายังให้รายละเอียดการวัดที่อยู่ภายในแนวทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้า จึงช่วยขจัดงานคาดเดาส่วนใหญ่ที่ปกติแล้วจะเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา VFD

รูปที่ 6: ตาราง PQ บนเอาท์พุตของ VFD

รูปที่ 7: หน้าจอผลลัพธ์

สรุป

ด้วยการรวม MCA และ ESA เข้ากับกระบวนการแก้ไขปัญหา VFD มาตรฐาน นักวิเคราะห์จึงมีข้อมูลโดยละเอียดที่สุดที่สามารถระบุได้อย่างรวดเร็วว่าปัญหาเกิดจาก VFD หรือพบโดย VFD การทดสอบ MCA 3 นาทีไม่เพียงแต่ระบุมอเตอร์เสียเท่านั้น แต่ยังสามารถกำจัดมอเตอร์ที่เป็นสาเหตุของความล้มเหลวและทำให้มั่นใจได้ว่าหากติดตั้งมอเตอร์ใหม่แล้วจะไม่มีข้อผิดพลาด ESA ยืนยันว่าการจ่ายไฟเข้าและออกจาก VFD นั้นปราศจากข้อผิดพลาดในการทดสอบง่ายๆ ที่ใช้เวลาน้อยกว่า 1 นาที