通过电气信号分析进行在线电机测试

在线电机测试 101

电气信号分析 (ESA) 是一种在线测试方法，在电机系统运行时捕捉电压和电流波形，然后通过快速傅立叶变换 (FFT) 由提供的软件进行频谱分析。 通过该 FFT，可检测出与输入电源、控制电路、电机本身和驱动负载有关的故障，并可对其进行趋势分析，以实现基于状态的维护/预测性维护的目的。 我们的特殊欧空局仪器是手持式、便携式和电池驱动的。

所有 ESA 分析系统都需要电机铭牌上的电压、运行速度、满载电流和马力（或千瓦）信息。 此外，还可输入转子杆和定子槽数、轴承编号等可选信息，以及从动负载组件的信息，如风扇的叶片数或齿轮箱的齿数，以便进行更详细、更准确的分析。

通电在线测试可为交流感应和直流电机、发电机、绕线转子电机、同步电机、机床电机等提供有价值的信息。 由于许多人对 ESA 不熟悉，下图说明了 ESA 对电机系统主要部件的评估能力。

还可进行电能质量分析

• 电能质量数据记录
• 3通道电压和4通道电流记录
• 事件波形捕捉 ≥ ½ 个周期
• 瞬态检测事件 ≥ 8 微秒
• 能量数据记录 – 63 次（V 和 I）谐波分析
• 相位图 – 预设且易于使用的报告模板
• 使用前后分析功能报告节能情况

利用电气信号分析进行在线测试

所有测试项目 II（ATPOL IITM）

• 欧空局
• 电能质量
• 下垂和膨胀
• 波形捕捉
• 能源数据记录

成功申请欧空局

• 交流/直流电机
• 电机驱动应用
• 发电机/换流器
• 牵引电机
• 机床电机
• 齿轮箱
• 泵和风扇
• 可靠性
• 用于调试
• 用于排除故障

ALL-SAFE PROTM 接线盒允许技术人员在不打开通电面板的情况下收集在线测试数据。

自动故障检测

下面是交流感应电机鼠笼式转子的简要示例

通过便携式电压和电流探头或永久安装的连接盒（ALL-SAFE PRO TM）收集数据。

然后通过提供的软件对收集到的数据进行分析。

为交流感应电机、同步电机、直流电机和变压器预设了警报，并提供了自动报告模板。

该电压波形上的纹波过大，表明该脉宽调制电机驱动器中的电容器出现故障。 有关使用 ESA 测试 PWM 电机驱动器的更多信息，请发送电子邮件至 [email protected]

来电分析

• 功率因数
• 电流和电压不平衡
• 铭牌有效值电压
• 电压和电流峰值及峰值系数
• 相位阻抗
• 功率（视在功率、实际功率和无功功率）
• 总谐波失真（电压和电流）

电机功率分析

• 负载至铭牌
• THDF（变压器谐波降级因子）
• VDF（电压降额因子）
• THDF 和 VDF 的乘积可用于降低马力等级
• 需求动力
• 负序、正序和零序谐波总量
• 交流感应电机和直流电机的效率
  • * 可与美国能源部的 Motor Master+ 软件程序配合使用，以做出维修或更换的决定。 如果升级到节能电机，MM+ 还会计算投资回报。

电机分析

• 线路频率
• 运行速度
• 极通频
• 转子健康
• 气隙（静态和动态偏心率）
• 错账/不平衡
• 定子电气
• 定子机械
• 相位连接健康

分析软件提供比较功能，可将一个光谱叠加到另一个光谱上进行比较。 下图显示了电机在空载和 75% 负载时的 FFT 频谱。 蓝色大山峰两侧的蓝色小山峰被称为极口频率。 这些峰值是由多条转子断裂造成的。

负载分析

将信息输入软件后，可对机械系统进行分析

• 直接连接
• 齿轮箱
• 腰带式
• 风扇叶片
• 叶轮

关于在线分析的更多详情

ATPOL II 软件的主要操作之一是对电力线载波信号进行均方根解调处理，以提供一种高灵敏度和高选择性的方法来提取电机负载的电流信号。 对原始电流信号进行解调后，可以去除较大的线路频率分量，从而大大提高引起调制的分量（如运行速度、皮带传动、齿轮啮合等）的信噪比。

在时域和频域中显示了许多性能指标，为确定电机的 “健康状况 “和输送负载的影响提供了所需的信息。 这样就能实际 “看到 “真实的运行速度、电机滑频、齿轮啮合频率、传动系统部件和齿轮转速。

为了分离各种频率，需要使用快速傅立叶变换 (FFT)，并将得到的频谱显示在屏幕上。 光谱中的峰值与机器中不同部件的转速相对应。 例如，在电动机通过皮带传动风扇的情况下，峰值对应于电动机转速、磁极通过频率、风扇转速和皮带转速。 如果使用齿轮箱而不是皮带传动，那么频谱峰值将出现在齿轮转速和齿轮啮合频率处。

这些频谱峰值的高度取决于两点：电机的总体电流水平，以及来自机器并由电机感知的机械干扰的振幅。 机械干扰起初是扭矩变化，最终在电机中表现为微小的转速变化，进而导致测量到的微小电流波动。 在总转速不变的情况下，风扇转速峰值高度的变化将表明风扇的机械状况恶化。 通过观察这些变化，可以很容易地发现诸如失去平衡、偏差、驱动轮磨损或轴承损坏等故障。 因此，在定期采集数据后，频率显示器可用于监测电机驱动的机械，以便对潜在的性能下降发出预警。

电机电流特征分析（MCSA）与电气特征分析（ESA）的主要区别在于，MCSA 只对电流波形而非电压进行 FFT。 这就更难轻松快速地将与输入电源相关的问题与电机和驱动负载问题区分开来。 使用 ESA，您可以在同一屏幕上看到电流和电压 FFT。 因此，只需比较电压和电流 FFT 频谱即可确定故障源。

一般来说，如果峰值在电压频谱中占主导地位，则该峰值的源头来自电机。 如果峰值在电流频谱中占主导地位，则源头与电机或负载有关。

欧空局故障模式

故障类型：

定子机械：CF = RS x 带低频边带的定子槽

静态偏心率CF = RS x 带 LF 和 2LF 边带的转子横梁

机械不平衡/错位采用专有算法

动态偏心率CF = RS x 转子杆 LF 和 2LF 边带，带 RS 边带

定子电气（短路）CF = RS x 定子槽 LF 边带与 RS 边带

CF = 中心频率 RS = 运行速度 LF = 线路频率