电动机预测性维护：什么是预测性维护以及为什么使用预测性维护
预测性维护 “一词，也被称为 “PdM”，最近在几乎所有行业都获得了很大的关注。 但具体到电动机，究竟什么是 电动机预测性维护 ? 什么是电机预测性维护？ 电动机预测性维护 是对电机（包括其内部组件）进行定期、主动的测试，以在电机故障发生前评估其完整性。 技术人员使用计算机操作的设备或系统进行非破坏性测试，以确定可能的问题，在它们成为更严重的问题出现之前予以纠正。 维护经理在固定的时间间隔内进行预测性维护测试，并记录结果以跟踪潜在问题。 连续的测试表明电机许多部件的完整性的趋势模式。 必须对数据进行适当的分析和解释，以制定战略，确定需要在哪些方面开展工作。 以保持电机的运行。 非破坏性测试，如电机电路分析™(MCA™), 红外线热成像研究，以及V振动分析在设施的电机上应用，以监测和趋势电机及其部件的 “健康”。 振动分析传感器被用来对电机振动数据进行趋势分析，以揭示所做的损害，这些损害已成为物理摇晃电机的结构。 必须进行进一步分析，以确定造成损害的实际故障。 兆欧表也被广泛用作 “电机测试器”，但只能真正确定电机是否已安全安装，以及输入的电源是否适合其使用。 电机电路分析™（MCA™），也被称为电机电路评估（MCE），是一种用于评估电机及其内部元件健康状况的脱电测试方法。 从电机控制中心（MCC）或直接在电机本身启动，这个过程评估了电机系统的整个电气部分，包括测试点和电机之间的连接和电缆。 哪种预测性维护方法最适合于电机？ 目前，电机电路分析（MCA™）是评估电机完整性的最佳和最全面的电机测试方法。 电机测试设备，如ALL-Test Pro 7，揭示了诸如以下问题： 接地故障 内部绕组故障 开放式连接问题 转子故障 污染问题 IssueMeg-ohm MeterMultimeterALL-TEST Pro 7Ground FaultsInternal Winding FaultsOpen ConnectionRotor FaultsContamination 虽然电机电路分析在诊断可能导致结构性问题的电机内部问题方面效果很好，但许多预防性维护和预测性维护（PdM）策略包括与电机电路分析相结合的振动分析。 电动机预防性维护的好处 所有行业的平均停机成本已经增长到每分钟约9000美元，每个公司的平均停机时间约为每年800小时。 这相当于任何行业的任何公司都会有巨大的损失! 一个完整的电机预防性维护计划在以下方面对公司有利： 降低成本 – 在必要时提供服务，不在不必要的行动上浪费金钱。 减少停机时间 – 非计划性故障减少，取而代之的是对电机进行更短的、有计划的维护服务。 增加了设备的使用寿命 改善员工安全 总结 电机预测性维护的目的是通过进行主动的测试和维护来防止电机故障的发生。 它有助于避免计划外和不必要的停工，这可能会大大影响你公司的底线。 有关电动机PdM设备的更多信息，请访问https://alltestpro.com。
制造业中的预测性维护案例研究
一家大型知名汽车制造商在他们的一个设施中比较了内部和第三方的电机测试服务。 猜猜看，哪个人最能节省时间和金钱？ 一家汽车制造商计划在2018年7月让他们在美国中西部的工厂停工进行预测性维护服务。 该工厂自20世纪80年代初开始运营，面积超过300万平方英尺，包含数百台电机和其他冲压、注塑、焊接、喷涂和装配工艺所需的基本设备。 工程协调员Rich DaRe从事可靠性专业工作超过十年，自2014年起为汽车制造商教授预测性维护技术。 DaRe遇到了一个有趣的机会来比较预测性维护方法的成本。 尽管工厂有两个内部预测性维护团队计划在计划中的停工期间工作，即在夏季持续一周，但DaRe了解到一个外部承包商已经被雇用来测试电机。 在过去的几年里，他依靠手持式ALL-TEST Pro 5 (AT5)电机测试仪器为工厂进行内部状态监测，他很想知道对公司来说，雇佣第三方是否比内部进行电机测试的成本高或低。 DaRe联系了他的内部PdM技术员同事，后者同意在计划的停工期间帮助他用AT5测试电机。 计划是在制造厂测试90%的电机，所以外部承包商被分配到他们的部分，而内部的PdM专业人员则为他们的特定电机安排测试。 当关闭开始时，要测试的电机被带入离线状态，然后在需要的地方与变频器（VFD）断开连接。 DaRe和他的PdM合作伙伴使用AT5断电电机测试仪器对每个电机进行测试，快速收集每个电机的数据，然后重新连接VFD。 在本周结束时，敢于审查外部承包商进行电机测试的时间和内部PdM团队所花的时间。 内部团队用高度便携的AT5断电电机测试仪器测试了394台电机，历时128小时。 这段时间包括在需要时断开电机引线，获取读数，重新连接VFD，并分析AT5报告。 相比之下，外部承包商使用其专有的PdM设备测试185台电机需要270个小时（承包商时间包括工厂护送）。 汲取的教训 制造商需要预测性维护和可靠性计划。 在电机出现故障之前就抓住它们，可以避免头痛–并通过避免计划外的停工而节省大量的资金 内部团队的测试发现有两个电机需要更换，而 外部承包商发现了一个需要更换的电机。 能够在电机对生产线和可能的其他设备造成问题之前更换电机，对工厂的可靠性至关重要。 内部测试可以为您节省时间和金钱–如果您有合适的设备的话 使用AT5断电电机测试仪器，内部可靠性专业人员只需20分钟就能测试一台电机（包括在电机之间移动），而第三方专业人员使用他们的仪器，每台电机平均需要约90分钟。 专利技术（包括在电机之间移动所需的时间和设备尺寸/重量意味着有时需要一个滑轮系统）。 “工程协调员Rich DaRe说：”这对了解我们的电机状况来说是一种卓越的方法，从长远来看将为我们省去很多麻烦。 “培养内部专家有很大的好处，让自己的人做出以数据为基础的决策，从而降低成本，提高工厂的盈利能力。AT5电机电路分析仪在几分钟内就能提供完整的电机健康分析，这使得在计划停产期间的电机测试非常有效。真正的关键是它所节省的时间，”DaRe宣称，他最初是在大约十年前的一次国际维护会议上了解到ALL-TEST Pro的高科技仪器的。 “事实证明，让我们的员工在内部使用at5tm仪器是一个节省时间的好办法”。 *注：自本次制造业预测性维护案例研究以来，AT7已取代AT5。 IssueMeg-ohm MeterMultimeterALL-TEST Pro 7Ground FaultsInternal Winding FaultsOpen ConnectionRotor FaultsContamination ALL-TEST Pro 7测试所有类型的电机，包括感应、同步、交流、直流、无刷直流、伺服和绕线转子，以及单相电机。 对所有电机部件的健康状况进行评估，包括但不限于感应绕组和转子、直流电场绕组和电枢，以及同步电机的场和转子线圈。 单相和三相变压器，杆式和垫式安装，也是使用便携式、轻型AT7进行评估的理想候选者。 ALL-TEST Pro 7的内存存储容量超过650个测试，只需按下一个按钮就能获得特定的电机趋势数据。 测试结果很容易上传到电脑上，MCA软件提供专家诊断、趋势分析，以及各种打印或屏幕报告。 由于能够进行完整的定子和转子分析，可靠性专业人员可以发现电机、变压器和发电机的早期故障。 测试可以在1000英尺以外的地方进行，产生的报告显示连接不良、绕组和匝数故障、气隙问题、转子杆断裂、污染和接地故障。 仪器内的自动诊断提供了关于设备健康状况的即时状态报告，使基于路线的测试和趋势分析极为有效。
电动机的极化指数测试现已被现代方法所超越
关于电机测试，极化指数（PI）是衡量绝缘系统电阻随时间推移而改善（或退化）的程度。 虽然PI测试一直被认为是评估电机绝缘状况的主要测试方法，但与新的测试方法相比，它的过程已经过时了，新的测试方法可以对电机的整体健康状况进行更全面的诊断评估。 本文提供了对电机绝缘系统的实际理解，对极化指数测试的基本理解，以及现代电机测试方法如何在更短的时间内提供更全面的结果。 偏振指数（PI） 极化指数（PI）测试是19世纪开发的一种常见的电机测试方法，试图确定电机绕组绝缘的健康状况。 虽然PI测试提供了通常在20世纪70年代之前安装的地墙绝缘（GWI）系统的信息，但它不能提供现代电机中绕组绝缘的准确状况。 PI测试包括对电机绕组施加直流电压（通常为500V – 1000V），以测量GWI系统存储电荷的有效性。 由于GWI系统在电机绕组和电机框架之间形成了一个自然电容，所施加的直流电压将被储存为电荷，与任何电容器相同。 随着电容器充满电，电流将减少，直到剩下的只是最后的泄漏电流，这决定了绝缘体提供给地面的电阻大小。 在新的、清洁的绝缘系统中，随着电子的储存，极化电流随时间的推移呈对数下降。 极化指数（PI）是在1分钟和10分钟的间隔内采取的对地绝缘电阻（IRG）值的比率。 PI = 10分钟IRG/1分钟IRG 在1970年以前安装的绝缘系统上，PI测试是在电介质材料被极化时进行的。 如果地墙绝缘（GWI）开始退化，它就会发生化学变化，导致电介质材料变得更有电阻性，更没有电容性，降低了介电常数，减少了绝缘系统储存电荷的能力。 这导致极化电流在接近泄漏电流占主导地位的范围时变得更加线性。 然而，在20世纪70年代后的新的绝缘系统上，由于各种原因，电介质材料的整个极化发生在不到一分钟的时间内，IRG读数在5000兆欧以上。 计算出的PI可能没有意义，不能作为地墙指示的条件指示。 此外，由于该测试在绕组和电机框架之间产生了静电场，它对绕组绝缘系统的状况提供的指示非常少，如果有的话。 通过使用MCA测量相位角和电流频率响应，是对这些类型故障的最佳指示。 保温材料 在电动机中，绝缘是抵抗电子自由流动的材料，引导电流通过所需的路径，并防止其在其他地方逃逸。 从理论上讲，绝缘体应该阻断所有的电流，但即使是最好的绝缘材料也允许少量的电流通过。 这种多余的电流通常被称为漏电流。 虽然人们普遍认为电机的寿命为20年，但绝缘系统的故障是电机过早失效的主要原因。 当绝缘材料由于其化学成分的变化而变得更有导电性时，绝缘系统就会开始退化。 由于逐渐使用和/或其他损坏，绝缘材料的化学成分会随着时间的推移而发生变化。 泄漏的电流是电阻性的，会产生热量，从而导致绝缘的额外和更快的退化。 注意：大多数漆包线的设计是为了保证在额定温度（105至240°C）下的使用寿命为20000小时。 保温系统 电机和其他带线圈的电气设备有2个独立的绝缘系统。 接地墙绝缘系统将线圈与电机的框架分开，防止提供给绕组的电压泄漏到定子铁芯或电机框架的任何部分。 接地墙绝缘系统的断裂被称为接地故障，会产生安全隐患。 绕组绝缘系统是环绕导电线的搪瓷层，导电线为整个线圈提供电流以产生定子磁场。 绕组绝缘系统的断裂被称为绕组短路，会削弱线圈的磁场。 图1：2个独立的绝缘系统 对地绝缘电阻（IRG） 对电机进行的最常见的电气测试是对地绝缘电阻（IRG）测试或 “点测试”。 通过对电机绕组施加直流电压，该测试确定了地墙绝缘对电机框架的最小电阻点。 电容 电容（C），以法拉为单位，被定义为一个系统存储电荷的能力。 建立一个电机的电容是通过使用公式找到的。1法拉=以库仑为单位的存储电荷量（Q）除以电源电压。 例子。如果应用的电压是12V电池，电容器储存0.04库仑的电荷，它的电容是0.0033法拉或3.33毫法。 一个库仑电荷大约是6.24 x1018个电子或质子。 一个3.33毫安的电容器在完全充电后将储存大约2.08 X1016个电子。 电容是通过在导电板之间放置一种电介质材料而产生的。 在电机中，地墙绝缘系统在电机绕组和电机框架之间形成一个自然电容。 绕组导体形成一块板，电机框架形成另一块板，使地壁绝缘成为电介质材料。 电容的大小取决于。 测量的板块表面积 – 电容与板块的面积成正比。 板块之间的距离 – 电容与板块之间的距离成反比。 介电常数 – 电容与介电常数成正比。 对地电容（CTG） 的电容 对地电容 (CTG)的测量表明了电机的绕组和电缆的清洁度。 由于地墙绝缘（GWI）和绕组绝缘系统形成了对地的自然电容，当电机是新的和干净的时候，每个电机都会有一个独特的CTG。 如果电机绕组或GWI被污染，或电机有湿气侵入，CTG将增加。 然而，如果GWI或绕组绝缘发生了热降解，绝缘将变得更多的电阻和更少的电容，导致CTG下降。 介质材料 介质材料是一种不良的电导体，但支持静电场。 在静电场中，电子不会渗透到电介质材料中，正负分子配对形成偶极子（一对被距离隔开的带相反电荷的分子），并进行极化（偶极子的正面会向负电位对齐，负电荷会向负电位对齐）。 介电常数(K) 介电常数（K）是衡量介电材料通过形成偶极子储存电荷的能力，相对于K为1的真空而言。 绝缘材料的介电常数取决于形成该材料的分子的化学构成。 介质材料的K值受材料的密度、温度、水分含量和静电场的频率影响。 介质损耗 介质材料的一个重要特性是支持静电场的能力，同时以热的形式耗散最小的能量，称为介质损耗。 介质破损 当电介质材料上的电压变得过高，导致静电场变得过强，电介质材料就会导电，被称为电介质击穿。 在固体电介质材料中，这种击穿可能是永久性的。 当电介质击穿发生时，电介质材料的化学成分发生了变化，并导致介电常数的变化。 给电容器充电时使用的电流 几十年前，极化指数测试（PI）被引入，以评估绝缘系统存储电荷的能力。 由于如上所述，在给电容器充电时，基本上有三种不同的电流。 充电电流– 板块上积累的电流，取决于板块的面积和它们之间的距离。 充电电流通常在1分钟内结束，< 。 无论绝缘材料的状况如何，充电量都将是相同的。 极化电流– 极化电介质材料所需的电流，或将电介质材料置于静电场中所产生的双线圈对准。 通常情况下，当极化指数测试被开发出来时，安装在电机中的绝缘系统（20世纪70年代以前），一个新的、干净的绝缘系统的标称值是100兆欧（10兆欧）。6)范围，通常需要30分钟以上，在某些情况下需要许多小时才能完成。 然而，对于较新的绝缘系统（20世纪70年代后），新的、干净的绝缘系统的标称值将在千兆欧姆到太欧姆（109，1012）之间，并且通常在充电电流完全结束之前完全极化。 泄漏电流– 流过绝缘材料的电流，使热量散失。 充电电流 一个不带电的电容器，其板块共享相同数量的正负电荷。 在未充电的电容器板上施加直流电源，将导致电子从电池的负极流出来，并在连接到电池负极的板上积聚。 这将在该板上产生过量的电子。 电子将从连接到电池正极的板块中流出，并流入电池，以取代积聚在负极板上的电子。 [...]
使用电机电路分析的直流电机测试优势
直流电动机的电气测试在工业、制造业和维修中心都是一个挑战。 关键问题是，如果不提供确切的信息，能否将一个线圈与另一个线圈进行比较。 在这篇文章中，将讨论使用电机电路分析（MCA）进行简单测试以增加测试和分析结论的信心问题。 术语MCA来源于一种测试方法，它提供了关于交流或直流电动机的基本组件的信息。 这些基本组成部分包括：电阻，以欧姆为单位；阻抗，以欧姆为单位；电感，以亨里为单位；感应绕组相角，以度为单位；以及绝缘电阻，以兆欧为单位。 本文将提到的仪器通过产生一个低电压、真正的正弦波、交流电（阻抗、电感、相位角）、频率为100到800赫兹的信号来提供这些读数，一个低电压直流信号用于电阻测试，500或1000伏直流用于绝缘电阻测试。 此外，还进行了一项称为I/F的特殊测试，其中应用的频率增加一倍，从绕组阻抗的变化中得出一个比率。 引入这项测试是为了识别绕组中可能存在的早期绕组短路。 使用应用数据，直流电动机绕组的状况可以通过线圈比较、与已知读数比较，或通过一段时间内绕组的变化趋势进行评估。 本文将包括的直流电动机有：串联、并联和复合直流电动机。 所描述的一些基本测试可以在永磁、直流伺服、直流机床和其他方面进行（尽管无刷直流电机的评估方式与交流电机类似）。 直流电动机的类型可以通过其绕组和连接来描述。 直流电动机理论 直流电动机在电力的基本原理下运行：两个相互成一定角度的磁场之间的相互作用将吸引/排斥导致运动。 在直流电动机的情况下，电源被提供给定子磁场和电枢，产生的磁场在电学上彼此相差约90度。 由此产生的电枢与磁场的吸引/排斥力产生一个扭矩，电枢转动。 直流电动机的基本组成部分包括。 框架– 构成了机器的外部结构。 它用于安装电机的大多数其他部件 场–是安装在场杆件上的线圈，产生固定的磁场。 间极– 是放置在磁场线圈之间的线圈，它产生的磁场用于防止电刷的过度火花。 端盖–也称为轴承座，用于容纳电刷、电刷装置，以及容纳轴的轴承，使电枢在机架中保持中心。 电刷索具– 将电刷固定在电枢换向器上方并定位。 通常情况下，使用一个张力装置来保持刷子上的恒定压力。 电刷– 用于向电枢提供直流电。 电刷骑在换向器上。 换向器– 由许多被云母分隔的铜条组成。 每根杆子都与电枢中的线圈相连。 电枢– 是电机的旋转部分，包含线圈。 与大多数交流电机不同，直流电机需要向电场和电枢提供单独的电源。 提供给定子磁场的直流电会产生一个恒定的南北两组磁场。 提供给电枢的直流电会产生与静止电场成90度的南北两场。 当电枢产生扭矩并向适当的北极或南极移动时，电刷在换向器上改变位置，使另一组线圈与静止的磁场成90度角通电。 这实际上使电枢成为一个交变电流元件，因为电流会根据电刷的位置向一个方向移动，然后在电机运行时向另一个方向移动。 电刷被设置在这样一个位置，它们在电气上是 “中性 “的（没有来自定子磁场的感应电流），以减少火花。 在大多数直流电动机连接中，通过改变电枢电压，可以改变工作速度。 直流电动机固有的一个普遍危险是，如果在电枢电流保持不变的情况下失去了现场电流，那么电动机可能会起飞，速度会增加，直到电枢自毁。 可用于识别直流电动机类型的三种基本绕组类型包括。 系列。通常出现在需要高启动扭矩的应用中。 它们由一组标记为S1和S2的大线和相对较少匝数的场绕组组成，串联到标记为A1和A2的中间电极和电枢上（见图1）。 串联电机通常作为牵引电机使用，其基本电阻非常低。 图1：串联电机 分流。通常出现在需要恒定速度的应用中。 它们由一组较小的匝数的场绕组组成，单电压时标记为F1和F2，双电压时标记为F1、F2、F3和F4，A1和A2为中间电极和电枢（见图2）。 并联电机通常被用作起重机和机床电机，其基本电阻相对较高。 图2：分流绕组电机 复合型。结合了串联和并联绕组电机的优点。 它们提供了一个相对较高的扭矩，对工作速度的变化有基本的抵抗力。 该连接结合了串联和分流连接（见图3）。 复合电机是最常见的，在工业制造中很常见。 图3：复式绕线马达 可以看出，在组装的直流机器中，很少有线圈可以相互比较。 然而，可以制定绕组测试的程序，以提供高水平的测试结果的信心。 常见的直流电动机电气故障 有一些常见的直流电动机的电气故障，其中最常见的将在这里描述。 这些问题是由于温度、摩擦和内部污染物（如碳或石墨）导致的直流电动机设计的具体问题。 直流电动机绕组故障的最常见原因之一是来自电刷的碳或石墨（碳）粉尘对绕组的污染。 细小的粉末渗透到所有固定和旋转的绕组中，并将在导体之间或导体与地之间形成一个路径。 当碳被压缩空气吹走或电枢被清洁和烘烤时，碳经常被困住，问题也会因清洁和维护做法而进一步恶化。 在这两种情况下，碳可能会紧紧地挤在角落里，通常就在换向器后面。 这将以接地故障或在换向器连接处短路而告终。 另一个经常不被考虑的常见故障是直流机的冷却。 发生这种情况的原因可能是冷却通道被堵塞，电枢转得太慢而没有额外的冷却，或者是过滤器太脏（最常见的与冷却有关的故障）。 [...]
如何用现代技术测试同步电机
为了进一步了解电机电路测试和分析在同步电动机（同步机）上的应用，有必要对同步电动机的运行、最常见的故障、常见的测试方法、ALL-TEST IV PRO™如何(现在AT5™谈到大型同步电机的工作原理，分析同步定子和转子的基本步骤，以及预期的测试结果(编辑- ALL-TEST PRO 5™是ATIV™的推荐替代品。). 在本文中，我们将讨论这些不同的方面，并参考其他材料以了解更多细节。 关于同步机 大型同步电机有两个基本功能。 首先是提高工厂的电功率因素。 在任何有大电感负载的工厂，如电机和变压器，电流开始落后于电压（功率因数差）。 当这种情况变得足够严重时，工厂需要明显更多的电流来完成相同数量的工作。 这可能导致电压下垂和电气元件过热。 同步电机的使用方式可以对功率因数造成很少或没有影响，也可以用来使电流引导电压以纠正功率因数问题。 第二种操作方法是吸收脉动负荷，如往复式压缩机。 一旦同步电机达到同步速度，它的线圈就会与来自定子的电机旋转磁场同步 “锁定”。 如果出现扭矩脉冲（如在往复式压缩机行程的顶部），电机可能会与旋转场脱节。 当这种情况发生时，转子上的一个特殊绕组称为Amortisseur绕组（见下面的同步结构）会吸收扭矩脉冲的能量，使转子保持同步。 同步电机的基本结构是简单明了的。 有三组绕组，一个定子，一个转子，轴承，以及发电机（无刷）或 “静态激励器”（有刷型）。 绕组由以下部分组成。一个标准的三相绕组，非常类似于标准的感应电动机；一组磁场线圈，小型机器是由圆线制成的直流线圈，大型机器是由矩形或带状线制成的直流线圈；以及一个amortisseur绕组，它类似于感应电动机转子的鼠笼线圈。 有刷型和无刷型同步电机的启动方法是相似的。 两者的起跑线将有所不同。 以下是对基本操作模式的描述，然后是对差异的简要描述。 在同步电机的启动阶段，它的作用与标准感应电机基本相同。 定子接收电流并形成旋转磁场（速度=（120*应用频率）/极数）。 这个磁场在Amortisseur绕组中产生电流，通过产生自己的磁场，与气隙中的定子磁场相互作用，使转子跟随定子磁场而产生启动扭矩。 当转子开始追赶定子磁场时，直流电流被注入转子磁场线圈，形成南北磁对（转子线圈总是成对出现）。 它们与定子磁场同步锁定，并以与定子磁场相同的速度跟随，而标准感应电机总是落后于定子磁场。 在有刷机中，转子磁场的直流电源通常来自 “静态”（电子）启动器，它将提供的交流电转换为直流电。 在大多数情况下，输出直流通过启动周期而变化。 驱动装置也可以被设置为短路机器的磁场线圈，以避免转子饱和和由此产生的定子上的极高电流。 一旦转子开始转动，就会提供直流电，以协助电机产生扭矩。 [...]
电机电流特性分析（MCSA）的应用
电机诊断技术在20世纪90年代和进入新世纪后变得更加普遍。 这些技术包括应用于通电和断电电机系统的电机电路分析（MCA）和电机电流特征分析（MCSA）。 应用似乎几乎是无穷无尽的。 本文包括的系统有ALLTEST IV PRO 2000电机电路分析仪、ALL-TEST PRO OL电机电流特征分析仪、EMCAT电机管理软件、Power System Manager软件和ATPOL MCSA软件。 除了美国能源部的MotorMaster Plus软件外，ALL-TEST PRO MD套件还包括所有这些系统的整合。 本文的目的是强调ALL-TEST PRO MD系统的MCSA应用，该系统保持了以下特点。 MCA读数的电阻、阻抗、电感、相位角、电流/频率响应和对地绝缘（兆欧姆）测试。 电压和电流解调的MCSA能力，包括5kHz的FFT分析。 通过软件对MCA和MCSA进行自动分析和趋势分析的能力。 完整的电能质量数据记录和分析，包括即时的三相事件捕获。 本文中的例子包括许多通过实施电机诊断技术的潜在应用。 转子棒测试 最初开发MCSA技术的根本目的是检测转子棒的故障。 转子棒很难用传统的测试方法来评估，包括振动分析。 确定使用电流的方法可以用来评估转子杆的状况。 基本规则很简单。当电机处于负载状态时，基线频率周围的极点通过频率边带，表明转子有问题。 标准规则已经确定，当边带峰值接近线频率峰值的35分贝以内时，转子杆问题就很严重。 图1：转子棒的频率 图1中的例子显示了从峰值线路频率起约-40dB的边带。 这表明在这个500马力、4160伏的压缩机电机中至少有一个转子杆断裂。 图2是两个可能的例子之一。 场景。 铝制转子中的铸造空隙。 在齿轮的应用中，软牙（或牙齿）。 图2：浇注空隙或 “软 “齿轮齿 使用更高频率的解调电压和电流FFT，可以检测到诸如动态和静态偏心、松动的转子杆和其他与转子有关的故障问题。 图3：空载时的转子摩擦 图3中的数据与一个7.5马力、1800转/分的潜水泵在无负荷情况下进行的干燥测试有关。 转子与定子铁芯轻微摩擦，这被确定为静态和动态偏心，有多个电流峰值，如图所示。 感应电机测试 单相和三相电机可以使用解调电压和电流的组合进行评估。 一个特别的规则和力量，就是 如果电压和电流的组合出现峰值，则故障是电气性质的，如果峰值出现在电流中，而不是电压，则问题是机械性质的。 用MCSA评估系统的另一个好处是，你可以检测电源和负载相关的故障。 图4：定子机械故障 正如你在图4中注意到的，峰值在电流中被识别，但在电压FFT中没有显示。 这表明存在机械故障。 因为它们与运行速度和定子槽数有关，是与绕组有关的机械故障。 还有几个仅有电流的峰值存在，表明与负载有关的故障，在这种情况下，很可能是齿轮箱的问题（注意，这是与图2有关的高频数据）。 图5：机械不平衡 图5中所示的电机有一个机械不平衡。 该特征显示为两倍线频（LF），四倍线频，然后两倍线频的模式。 在这种情况下，转子条数乘以运行速度，有低频边带，然后出现剩余的模式。 直流电动机测试 直流电动机的评估方式与振动类似。 事实上，在振动中的签名与MCSA中的签名是一样的。 直流电压和电流取自电枢电路。 图6：直流驱动故障 在图6的情况下，线路频率的多次谐波加上电力电子器件（可控硅）数量乘以线路频率（本例中为360赫兹）的多次谐波，表明可控硅故障或连接松动。 这可以通过查看低频数据中的电压和频率纹波来确认。 同步交流发电机测试 同步交流发电机也可以使用电压和电流解调的电流进行快速简单的评估。 在下面的例子中，一台交流发电机因温度过高而跳闸。 MCA和MCSA都被用来评估系统。 图7：同步交流发电机的MCSA数据（低频） 图8：交流发电机动态偏心率 被测试的交流发电机在40分钟的测试运行中显示出偏心率增加，旋转场故障和一些电气故障信号。 这些信息与MCA数据结合在一起，显示出绕组短路、电缆短路以及在短的部分负荷运行中绝缘电阻的显著下降。 该交流发电机是一个475千瓦、480伏的交流发电机，每相需要三根平行电缆。 对于较大的电缆，ATPOL系统有多种选择。 然而，在紧要关头，每相的三根电缆各用了一根，所以电流值大约是1/3。 图9：交流发电机的电流连接 变频驱动器 变频驱动器一直是一些MCSA系统的挑战。 然而，在ATPOL的情况下，这并不是一个问题。 可以查看输出的电压和电流信号（图10）。 图10：VFD的电压和电流波形（0.05秒捕捉）。 图11：VFD低频数据 在图11中，是与图10相同的系统的低频(<120 Hz)数据，显示驱动器的输出线频率为43 Hz，3600 RPM电机的运行速度为2570 [...]
为什么用万用表测试电机是不够的
当电动机无法启动、间歇性运行、发热或持续跳过电流装置时，可能有各种原因，但许多技术人员和维修人员往往只用万用表或兆欧表进行电动机测试。 有时电机的问题是电源，包括支路导体或电机控制器，而其他可能性包括不匹配或卡住的负载。 如果电机本身出现了故障，故障可能是电线或连接处烧毁、绕组故障、绝缘恶化或轴承恶化。 用万用表测试电动马达，可以准确诊断进出马达的电源，但不能确定要解决的具体问题。 仅仅用兆欧表测试电机的绝缘，只能检测到对地的故障。 由于大约不到16%的电机电气绕组故障是以接地故障开始的，其他的电机问题仅用兆欧表是无法发现的。 此外，电机的浪涌测试需要对电机施加高电压。 这种方法在测试电机时具有破坏性，使得它不适合用于故障诊断和真正的预测性维护测试。 用万用表测试电机与ALL-TEST Pro 7对比 目前市场上有许多诊断工具–钳形电流表、温度传感器、兆欧表、万用表或示波器–可能有助于阐明问题，但只有一个电动机测试品牌开发了全面的手持式设备，不仅可以分析前述设备的所有方面，还可以准确地指出待修电动机的确切故障。 IssueMeg-ohm MeterMultimeterALL-TEST Pro 7Ground FaultsInternal Winding FaultsOpen ConnectionRotor FaultsContamination ALL-TEST Pro设备提供比市场上任何其他选项更完整的电机测试。 我们的仪器超越了普通的测试设备，可以进行准确、安全和快速的电机测试。 通过在造成不可逆转的电机故障之前主动检测发展中的故障来节省金钱和时间。 查看所有测试专业7
如何使用去电测试法完全测试3相交流感应电机
人们在进行电机电感测试时，经常使用不能准确评估整体情况的方法。 不充分的测试会导致过早的设备更换，不良的成本分析和其他负面结果。 使用ALL-TEST Pro专有的电机电路分析（MCA™）设备进行的去能源化电机测试可以使测试更加准确、可操作性强和简单明了。 本文将告诉你如何测试三相交流电机，并解释为什么MCA™方法更全面。 传统的测试方法是如何工作的？ 在我们介绍如何用现代测试程序测试三相电机之前，我们将回顾一下为什么传统的测试方法使用绝缘电阻对地表和万用表通常是不够的。 这些工具忽略了电机的特定部分，不一定能帮助你判断三相电机是否坏了。 对地绝缘电阻测量仪 证据表明，只有大约17%的定子电气故障发生在线圈和电机框架之间或直接对地短路，而大约83%的故障发生在绕组绝缘上。 由于IRG测试忽略了绕组的绝缘，所以它只适用于一小部分故障。 它也不评估地墙保温的整体状况，只评估其最薄弱的地方。 IRG仪表建议使用过时的极化指数来确定GWI储存电荷的能力。 这些基于老式保温材料类型的准则，对于较新的保温系统可能是无效的。 测量IRG的目的不是为了确定绝缘的状况，而是为了验证三相电动机是否可以安全通电。 额外的测量，如耗散系数和对地电容，可以更全面地显示GWI的整体状况。 万用表 万用表测量特定电机引线之间的电路电阻。 理论上，如果导体周围的绝缘层破裂（如绕组短路），被短路的线圈的电阻将低于其他线圈，在相位之间产生电阻不平衡。 将电阻作为绕组绝缘劣化的指标的问题在于电学的基本定律，即电流走最小阻力的路径。 在电流能够绕过线圈中的一个或多个匝数之前，线圈之间的绝缘电阻需要低于被短路的匝数的导体的电阻。 这些数值可能是毫欧，通常在绕组之间的绝缘完全消失之前是无法测量的。 万用表的另一个问题是，绝缘体有一个负温度系数。 随着温度的升高，电阻会降低，有可能降低到一个足够低的值，以至于电流会在线圈周围短路。 如果你在电机停机后进行测量，绕组和绝缘层的温度已经下降，允许绝缘层的电阻增加到足以使电流遵循其通常的路径，并在各相之间呈现平衡的测量。 绝缘材料是如何分解的？ 评估一个三相电机的状况有赖于对绝缘破坏的早期指示。 为了做到这一点，MCA™使用低压交流信号来锻炼绕组绝缘系统，以确定绕组绝缘何时开始发生化学变化，而这种变化是在绝缘开始退化时发生的。 所有物质都由分子和原子组成。 原子像乐高®积木一样工作，利用化学键形成分子。 这些键发生在原子的最外层壳（价）。 绝缘材料有非常紧密的价电子结合。 导电材料的价壳内有松散的结合电子。 热量可以改变绝缘材料的化学构成，使导体周围的绝缘材料变得更有导电性，并在绝缘材料中形成路径。 这些路径在导体之间形成短路。 根据 阿伦纽斯方程 ，温度每升高10摄氏度，这些化学反应就会加倍。 绝缘材料不会瞬间失效。 所有的电气绝缘材料都是介电的，随着时间的推移，其化学组成会发生变化，但这些反应会加速老化。 热量导致反应速度增加，这相应地加速了变质速度。 当这种情况发生时，绝缘层开始分阶段失效。 当绝缘体受到压力时，它就会变得更有导电性、电阻性和电容性。 断层区的温度开始上升，绝缘层形成碳化路径。 在早期阶段，没有电流流过绝缘体。 阻力随着绝缘层的退化而继续下降。 自感和电容可能会下降，电机可能会开始间歇性地跳闸，但在绝缘体冷却后成功运行。 继续运行将使断层区的温度随着断层的恶化而继续上升。 最后，绝缘性能下降，直到电流流过故障区。 这种现象可能导致绕组绝缘完全破裂，使绕组汽化。 在这一点上，线圈的电感和绕组电阻发生了变化。 什么是常见的转子故障？ 一些（EPRI称10%）大型三相交流感应电机由于转子问题而失效。 这些问题在传统的电机测试方法中是无法检测到的，或者需要耗时的诊断和复杂的测试仪器。 下面是一些典型的转子故障。 铸造空隙 当在鼠笼式转子的电气部分的转子条或端环中形成汽泡时，就会出现铸造空隙。 它们增加了一个或多个棒的阻力。 转子棒形成平行电路。 基本电学理论指出，并联电路中每条腿的电压是相同的。 转子棒上的铸造空隙会增加转子棒的阻力，从而导致电流（通过有故障的棒）减少，而且会增加通过相邻棒的电流。 通过这些相邻转子棒的电流增加，导致这些转子棒的额外加热。 额外的热量导致受影响的棒材热膨胀，造成转子弯曲，并产生过度的振动和早期和频繁的轴承故障。 偏心式转子 当轴的几何中心线与转子核心的几何中心线不同心时，就会出现偏心的转子。 转子上离轴最远的点（高点）将更接近定子，而转子另一侧的点（低点）将最接近轴，但离定子更远。 偏心造成了转子铁芯和定子铁芯之间的不平等间距。 由于偏心转子有一个高点和一个低点，转子和定子之间的不等距随着转子位置的变化而变化。 这种类型的偏心被称为动态偏心。 这种情况在转子和定子之间产生了电不平衡的力量，导致轴承经常出现故障。 不平等的气隙 如果一个同心的转子不在定子磁场的几何中心线上，就会出现不平等的气隙。 [...]
利用去电和通电的电机测试改进VFD的故障排除
变频驱动器（VFD）技术的改进使成本降低，可靠性提高，更重要的是使用量增加。 大多数现代VFD系统都有内部诊断功能，可在故障时自动关闭。 然而，这些故障的原因有时是难以定位和纠正的。 然而，脱电（MCA）和通电的电机测试可以提供有价值的见解，帮助快速和容易地识别许多这样的问题。 本文强调了如何将这两种易于执行的电机测试技术纳入VFD的故障排除。 基本操作 VFD对输入的3相交流电进行整流，以创建一个直流母线。 直流母线使用电容器来平滑整流后的直流电，作为输入到反相器部分。 在变频器领域，控制器使用微处理器来控制半导体开关，将直流电压转换为可变的3相交流电压和频率输入到电机。 通过控制半导体（可控硅或IGBT）点火的时间，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。 磁场的速度被称为同步速度（SS）。 SS= 120 F/P 其中。F= 电源电压的频率 P = 电机中的极数 由于变频器电路的开关性质，VFD会将谐波引入工厂的电力系统，从而产生PQ问题。 此外，VFD也可以对传入的PQ问题本身敏感，导致VFD关闭。 许多VFD有内部电子装置，可以显示关机的原因。 这些常见的代码将原因归结为过压、过流、过载、电压或电流不平衡、过温或外部故障。 这些信息很重要，但真正的问题是什么导致了故障状况。 故障状况是由VFD引起的还是由VFD经历的？ 如果VFD出现故障，可能是输入电源、连接问题、许多电机问题中的任何一个，或者被驱动机器或过程本身的故障。 如果故障是由VFD引起的。 这可能是电子元件坏掉或失效的结果。 在常见的故障中，有整流部分的二极管、直流母线的电容器或反相器部分的半导体故障或失效。 脱电的电机测试。电机电路分析™（MCA™）。 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电压的交流和直流信号，在电机断电的情况下彻底评估整个电机系统。 MCA电机测试可以直接在电机上进行，或者从VFD的输出端远程进行。 与传统的去电测试不同，它不能识别转子问题或发展中的绕组绝缘故障。 MCA测试不仅提供了地墙绝缘系统的早期指示，而且还提供了用于在定子中形成线圈的导体周围的绝缘以及转子电气部分的现有或发展中的故障。 MCA可以在最早的阶段识别故障，但也可以快速确认电机 “良好”，这可以迅速消除电机作为VFD跳闸的原因。 通过从VFD的输出进行3分钟的测试，”良好 “的结果不仅表明电机是好的，而且所有相关的电缆和测试电路中的所有电气元件也处于良好状态。 然而，如果结果显示不好，它只需要直接在电机上进行一个额外的3分钟测试。 如果电机测试良好，那么故障就在电缆或控制器上。 如果电机显示有发展中的故障，可以选择MCA测试，以确定故障是在转子还是在定子的电路。 低电压直流测试提供了被测电路中连接问题的指示，以确认所有的外部和内部连接都足够 “紧密”。 这一系列的交流测试锻炼了绕组的绝缘，并确定了当导体之间的绝缘开始退化时，绕组绝缘的化学构成所发生的非常微小的变化。 可选的动态测试需要手动旋转被测电机轴，并产生一个定子特征，以识别构成定子绕组系统的线圈中导体周围的任何发展中的故障。 转子特征识别转子电气系统的故障，如静态或动态偏心，转子杆或端环的裂缝、断裂或铸造空隙。 通电的电机测试。电气特征分析（ESA）。 ESA 使用VFD的输入和输出电压和电流，快速分析供应给驱动器的电源状况和质量，以及从驱动器输出到电机的电压和电流。 每项测试都需要< 1分钟。 通过对驱动器的输入以及输出进行ESA电机测试，提供了完整的输入和输出功率的概况。 每个测试对所有三相的电压和电流同时进行数据采集，为三相中的每一相建立PQ表，对所有三相的电压和电流波形进行50毫秒的采集、显示和存储。 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进行高低频FFT。 输入功率 驱动器的输入电压提供了有价值的信息，表明提供给驱动器的输入电压的状况，计算任何电压或电流的不平衡，或输入电压或电流的谐波含量。 [...]
如何在三相电机上测试电机绕组
电机绕组是缠绕在磁芯上的导电线；它们为电流的流动提供路径，然后产生磁场使转子旋转。 像电机的任何其他部分一样，绕组也会失效。 当电机绕组失效时，很少是实际的导体失效，而是导体周围的聚合物涂层（绝缘）失效。 高分子材料的化学成分是有机的，会因老化、碳化、热或其他导致高分子材料化学成分改变的不利条件而发生变化。 这些变化无法用肉眼检测，甚至无法用传统的电气测试仪器如欧姆表或兆欧表检测。 发动机任何部分的突然故障将导致生产损失、维修费用增加、资本损失或损坏，并可能造成人身伤害。 由于大多数绝缘故障是随着时间的推移而发生的，MCA技术提供了必要的测量来识别这些决定绕组绝缘系统状态的微小变化。 了解如何检查绕组将使你的团队能够积极主动地采取正确的措施，防止不必要的电机故障。 如何测试地墙的绝缘性能 当地墙绝缘的电阻值下降并允许电流流向地面或机器的暴露部分时，就会发生接地故障或对地短路。 这就产生了一个安全问题，因为它为来自绕组的电源电压提供了一个延伸到机架或机器的其他暴露部分的路径。 为了测试地壁绝缘的状况，从绕组引线T1、T2、T3到地面进行测量。 最佳做法是测试绕组对地的路径。 该测试向电机绕组提供直流电压，并测量有多少电流通过绝缘层流向地面： 1) 用一个正常工作的电压表来测试电机的断电情况。 2) 将两根仪器的测试线放在地上，并验证仪器线与地的牢固连接。 测量对地绝缘电阻（IRG）。 这个值应该是0 MΩ。 如果显示的是0以外的任何数值，请将测试线重新连接到地，并重新测试，直到获得0读数。 3) 从地线上拆下一根测试线，并连接到每根电机引线上。 然后测量每根导线对地的绝缘电阻值，并验证该值是否超过电机电源电压的推荐最小值。 NEMA, IEC, IEEE, NFPA为推荐的测试电压和最小的对地绝缘值提供了各种表格和指南，取决于电机的电源电压。 这个测试可以确定地墙绝缘系统的任何弱点。 耗散系数和对地电容测试为绝缘的整体状况提供了额外的指示。 这些测试的程序是相同的，但不是施加直流电压，而是施加交流信号，以便更好地显示地墙绝缘的整体状况。 如何测试你的绕组的连接问题、开路或短路问题 连接问题：连接问题在三相电机的各相之间产生电流不平衡，导致过度加热和过早的绝缘失效。 开口：当一个或多个导体断裂或分离时，就会发生开路。 这可能会使电机无法启动，或导致其在 “单相 “状态下运行，从而消耗过多的电流，使电机过热并过早失效。 短路： 当绕组导体周围的绝缘层在导体之间破裂时就会发生短路。 这允许电流在导体之间流动（短路），而不是通过导体。 这在故障处产生加热，导致导体之间的绝缘进一步退化，最终导致故障。 测试绕组故障需要在电机引线之间进行一系列的交流和直流测量，并对测量值进行比较，如果测量结果是平衡的，绕组就没有问题，如果是不平衡的，就说明有故障。 建议的测量方法是： 1）阻力 2) 电感 3) 阻抗 4) 相位角 5) 电流频率响应 通过测试这些连接来测试你的绕组情况： T1至T3 T2至T3 T1至T2 读数应该在0.3至2欧姆之间。 如果是0，则有一个短路。 如果它超过2欧姆或无限大，则有一个开路。 你也可以擦干连接器并重新测试，可能会得到更准确的结果。 检查插入物是否有烧痕，电缆是否有磨损。 电阻不平衡表示连接问题，如果这些数值与平均数相比失衡超过5%，这表明电机端子上有松动、高电阻连接、腐蚀或其他堆积。 清洁电机引线并重新测试。 开启时以无限的电阻或阻抗读数表示。 如果相位角或电流频率响应与平均水平相差超过2个单位，这可能表明绕组短路。 这些数值可能会受到测试期间鼠笼式转子位置的影响。 如果阻抗和电感与平均水平相比失衡超过3%，建议将轴旋转约30度并重新测试。 如果不平衡跟随转子位置，不平衡可能是转子位置的结果。 如果不平衡度保持不变，则表明定子有故障。 传统的电机测试仪器无法有效地测试或检查电机绕组 用于测试电机的传统仪器是兆欧表、欧姆表，或者有时是万用表。 这是因为大多数工厂都有这些仪器。 兆欧表用于电气设备或系统的安全测试，而多用表则用于进行大多数其他电气测量。 [...]