Những cải tiến trong công nghệ Biến tần (VFD) đã dẫn đến chi phí thấp hơn, độ tin cậy được cải thiện và quan trọng hơn là tăng cường sử dụng. Hầu hết các hệ thống VFD hiện đại đều có chẩn đoán nội bộ giúp tự động tắt máy khi có lỗi. Tuy nhiên, nguyên nhân của những lỗi này đôi khi có thể khó xác định và sửa chữa. Tuy nhiên, thử nghiệm động cơ được cấp điện và ngắt điện (MCA) có thể cung cấp thông tin chi tiết có giá trị để giúp xác định nhanh chóng và dễ dàng nhiều vấn đề trong số này. Bài viết ngắn này nêu bật cách kết hợp hai kỹ thuật kiểm tra động cơ dễ thực hiện này vào khắc phục sự cố VFD.

Hoạt động cơ bản

Một VFD chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều 3 pha đến để tạo ra một xe buýt DC. Bus DC sử dụng các tụ điện để làm mượt DC đã được chỉnh lưu làm đầu vào cho phần biến tần. Trong khu vực Biến tần, bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý để điều khiển các công tắc bán dẫn chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều 3 pha có thể thay đổi và đầu vào tần số cho động cơ. Bằng cách kiểm soát lượng thời gian, các chất bán dẫn (SCR hoặc IGBT’S) đang kích hoạt, độ rộng của các xung DC điều chỉnh DC để tạo ra điện áp đầu vào ba pha mô phỏng với điện áp và tần số thay đổi. Tần số của điện áp đầu vào xác định tốc độ từ trường quay quanh stato. Tốc độ mà từ trường được gọi là tốc độ đồng bộ (SS).

SS= 120 F/P

Trong đó: F = tần số của điện áp cung cấp

P = số cực trong động cơ

Do tính chất chuyển đổi từ mạch biến tần, VFD có thể tạo ra các vấn đề về PQ bằng cách đưa sóng hài vào hệ thống điện của nhà máy. Ngoài ra, VFD cũng có thể nhạy cảm với các sự cố PQ sắp xảy ra khiến VFD ngừng hoạt động. Nhiều VFD có thiết bị điện tử bên trong cho biết nguyên nhân tắt máy. Các mã phổ biến này chỉ định nguyên nhân gây ra quá điện áp, quá dòng, quá tải, mất cân bằng điện áp hoặc dòng điện, quá nhiệt hoặc lỗi bên ngoài. Thông tin này rất quan trọng, nhưng câu hỏi thực sự là nguyên nhân gây ra tình trạng lỗi. Tình trạng lỗi do VFD gây ra hay do VFD gặp phải?

Nếu VFD gặp lỗi thì đó có thể là kết quả của nguồn điện đến, sự cố kết nối, bất kỳ sự cố nào trong số nhiều sự cố động cơ hoặc lỗi trong máy được điều khiển hoặc chính quy trình. Nếu lỗi là do VFD. Nó có thể là kết quả của việc các thành phần điện tử bị hỏng hoặc hỏng. Trong số các lỗi phổ biến, có thể là điốt trong phần chỉnh lưu, bus DC của tụ điện hoặc sự cố hoặc hỏng chất bán dẫn trong phần biến tần.

Kiểm tra động cơ mất năng lượng: Phân tích mạch động cơ™ (MCA™)

Motor Circuit Analysis™ (MCA™) là một kỹ thuật kiểm tra động cơ đưa một loạt tín hiệu AC & DC điện áp thấp qua các cuộn dây của động cơ để đánh giá kỹ lưỡng toàn bộ hệ thống động cơ trong khi động cơ bị ngắt điện. Các thử nghiệm động cơ MCA có thể được thực hiện trực tiếp tại động cơ hoặc từ xa từ đầu ra của VFD. Không giống như các thử nghiệm động cơ ngắt điện truyền thống, không xác định được các vấn đề về rôto hoặc sự cố cách điện của cuộn dây. Các thử nghiệm MCA cung cấp dấu hiệu sớm về các lỗi đang phát triển không chỉ trong hệ thống cách điện của tường nối đất mà còn trong lớp cách điện xung quanh dây dẫn được sử dụng để tạo ra các cuộn dây trong stato cũng như các lỗi hiện có hoặc đang phát triển trong phần điện của rôto. MCA có thể xác định lỗi trong giai đoạn sớm nhất nhưng cũng có thể nhanh chóng xác nhận động cơ “Tốt” có thể nhanh chóng loại bỏ động cơ là nguyên nhân gây ra ngắt VFD. Bằng cách thực hiện kiểm tra trong 3 phút từ đầu ra của VFD, kết quả “tốt” không chỉ cho thấy động cơ hoạt động tốt mà tất cả các dây cáp liên quan và tất cả các thành phần điện trong mạch được kiểm tra cũng ở tình trạng tốt. Tuy nhiên, nếu kết quả cho thấy không tốt thì chỉ cần thực hiện thêm 3 phút kiểm tra trực tiếp trên động cơ. Nếu động cơ kiểm tra tốt, thì lỗi là ở hệ thống cáp hoặc bộ điều khiển. Nếu động cơ chỉ ra một lỗi đang phát triển thì có sẵn các thử nghiệm MCA tùy chọn để xác định xem lỗi nằm ở rôto hay mạch điện stato.

Các thử nghiệm DC điện áp thấp cung cấp dấu hiệu về các vấn đề kết nối trong mạch được thử nghiệm để xác nhận rằng tất cả các kết nối bên ngoài và bên trong đều đủ “chặt chẽ”. Một loạt các thử nghiệm AC thực hiện cách điện của cuộn dây và xác định những thay đổi rất nhỏ xảy ra trong thành phần hóa học của cách điện cuộn dây khi lớp cách điện giữa các dây dẫn bắt đầu xuống cấp.

Thử nghiệm động lực học tùy chọn yêu cầu quay thủ công trục động cơ được thử nghiệm và phát triển chữ ký stato xác định mọi lỗi đang phát triển trong lớp cách điện xung quanh dây dẫn trong cuộn dây tạo nên hệ thống cuộn dây stato. Các dấu hiệu của rôto xác định các lỗi trong hệ thống điện của rôto, chẳng hạn như độ lệch tâm tĩnh hoặc động, các vết nứt, vỡ hoặc khoảng trống đúc trong các thanh rôto hoặc các vòng cuối.

Kiểm tra động cơ được cấp điện: Phân tích chữ ký điện (ESA)

ESA sử dụng điện áp và dòng điện đầu vào và đầu ra của VFD để phân tích nhanh tình trạng và chất lượng điện năng được cung cấp cho biến tần cũng như điện áp và dòng điện đầu ra từ biến tần đến động cơ. Mỗi bài kiểm tra này yêu cầu< 1 phút. Bằng cách thực hiện các bài kiểm tra động cơ ESA trên đầu vào của biến tần cũng như đầu ra của biến tần sẽ cung cấp một hồ sơ hoàn chỉnh về công suất đầu vào và đầu ra. Mỗi thử nghiệm thực hiện thu thập dữ liệu đồng thời của cả ba pha điện áp và dòng điện để tạo bảng PQ cho từng pha trong ba pha, thu thập, hiển thị và lưu trữ 50 mili giây dạng sóng điện áp và dòng điện cho cả 3 pha. Ngoài ra, trong 50 giây, dạng sóng điện áp và dòng điện được số hóa và được sử dụng để thực hiện FFT tần số cao và thấp trên cả điện áp và dòng điện đầu vào và đầu ra.

Nguồn điện đầu vào

Điện áp đầu vào của biến tần cung cấp thông tin có giá trị cho biết tình trạng của điện áp đầu vào được cung cấp cho biến tần, tính toán bất kỳ sự mất cân bằng điện áp hoặc dòng điện nào, hoặc nội dung sóng hài trong điện áp hoặc dòng điện đầu vào. Dòng điện đầu vào cung cấp chỉ báo về tình trạng điốt trong phần chỉnh lưu của biến tần. Hình 2 cho thấy dạng sóng hiện tại với tất cả các điốt kích hoạt đúng cách, trong hình 3 có thể nhanh chóng xác định rằng một hoặc nhiều điốt trong phần chỉnh lưu không kích hoạt đúng cách.

Hình 2: Phần Điốt Tốt Hình 3: Phần Điốt Bị Lỗi

Điện áp đầu ra

Hình 4: Vận hành IGBT đúng cách

Điện áp đầu ra từ biến tần cung cấp thông tin về tình trạng của chính biến tần cũng như chất lượng nguồn điện được cung cấp cho động cơ, bao gồm nhưng không giới hạn ở hoạt động đúng hoặc sai của chất bán dẫn trong mạch biến tần và sự phát triển. sự cố của các tụ điện bus DC. Hình 4 cung cấp ảnh chụp nhanh một pha của đầu ra điện áp của biến tần là điện áp cho động cơ. Tất cả các dạng sóng điện áp đầu ra phải tương đối đồng đều và đối xứng. Dạng sóng điện áp không đối xứng cho biết IGBT bị hỏng hoặc hỏng. Lưu ý các gợn sóng trên phần phẳng của phần dương và phần âm của dạng sóng trong hình 5. Đây là dấu hiệu của sự cố tụ điện trên bus DC. Một tụ điện $20 bị hỏng có thể phá hủy toàn bộ ổ đĩa.

Sản lượng hiện tại

Hình 5: Lỗi tụ DC Bus

Dòng điện của động cơ hoạt động như một bộ chuyển đổi rất nhạy đối với hệ thống động cơ. Bất kỳ lỗi hiện có hoặc đang phát triển nào trong động cơ, máy được điều khiển hoặc chính quy trình sẽ khiến dòng điện của động cơ điều biến. Các điều chế này trong dòng điện đầu ra cung cấp dấu hiệu về tình trạng điện hoặc cơ học hoặc bất kỳ sự bất thường nào trong chính quy trình. Một FFT trên dạng sóng điện áp và dòng điện được số hóa nhanh chóng xác định các lỗi trong động cơ như thanh rôto bị nứt hoặc gãy, lệch tâm tĩnh hoặc động. Cũng có thể nhanh chóng xác định dấu hiệu sớm về sự phát triển của ổ trục con lăn, tình trạng cân bằng và căn chỉnh của các bộ phận quay của động cơ hoặc máy được dẫn động bằng cách sử dụng cùng một tần số lỗi đã được nhận ra từ lâu trong phân tích rung động.

Phân tích tự động

Phần mềm ESA kết hợp tất cả các thông tin được thu thập trong quá trình thu thập dữ liệu 50 giây và so sánh chúng với các tiêu chuẩn, hướng dẫn và thuật toán được xác định trước để tạo ra các biểu đồ, bảng và màn hình cần thiết để nhanh chóng đánh giá tình trạng của toàn bộ hệ thống động cơ từ nguồn điện đến quá trình. Sau khi hoàn thành đánh giá, ESA tạo một báo cáo chi tiết hoàn chỉnh, không chỉ làm nổi bật các vấn đề đang phát triển trong phần điện, các lỗi phát sinh trong máy được điều khiển hoặc thiết bị khác được kết nối với động cơ mà cả những bất thường trong quy trình có thể khiến VFD ngắt. Báo cáo dài 8 trang cũng nêu chi tiết các phép đo nằm trong các hướng dẫn được xác định trước, do đó loại bỏ hầu hết công việc phỏng đoán thường liên quan đến khắc phục sự cố VFD.

Hình 6: Bảng PQ về đầu ra của VFD

Hình 7: Màn hình kết quả

Bản tóm tắt

Bằng cách kết hợp MCA và ESA vào các quy trình khắc phục sự cố VFD tiêu chuẩn, nhà phân tích có sẵn thông tin chi tiết nhất để nhanh chóng xác định xem sự cố là do VFD gây ra hay do VFD gặp phải. Thử nghiệm MCA kéo dài 3 phút không chỉ xác định các động cơ hỏng mà còn có thể loại bỏ động cơ là nguyên nhân gây ra lỗi và đảm bảo rằng nếu một động cơ mới được lắp đặt thì không có lỗi. ESA xác nhận nguồn điện vào và ra khỏi VFD không có lỗi trong một thử nghiệm đơn giản mất chưa đầy 1 phút.