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。 输入电流提供了驱动器整流部分的二极管状况的指示。 图2显示了所有二极管正常点火时的电流波形，在图3中可以很快确定，整流部分的一个或多个二极管没有正常点火。

图2：良好的二极管部分 图3：有问题的二极管部分

输出电压

图4：正确操作的IGBT

驱动装置的输出电压提供了关于驱动装置本身的状况以及提供给电机的电源质量的信息，包括但不限于反相器电路中半导体的正确或不正确操作以及直流母线电容器的发展故障。 图4提供了驱动装置的一相电压输出的快照，这是给电机的电压。 所有的输出电压波形应该是相对均匀和对称的。 非对称的电压波形表明IGBT的故障或失效。 注意图5中波形的正负部分的平坦部分的波纹。 这表明直流母线上的电容器出现故障。 一个失败的20美元电容器可以摧毁整个硬盘。

输出电流

图5：直流母线电容故障

电机的电流作为电机系统的一个非常敏感的换能器。 电机、被驱动机器或过程本身的任何现有或发展中的故障都会导致电机电流的调节。 这些输出电流的调制提供了电气或机械状况或过程本身的任何异常的指示。 对数字化的电压和电流波形进行FFT，可以快速识别电机的故障，如转子杆的裂纹或断裂，静态或动态偏心。 发展中的滚动体轴承故障的早期迹象，电机或被驱动机器的旋转部件的平衡和对准状况也可以使用振动分析中长期识别的相同故障频率快速识别。

自动分析

ESA软件将在50秒的数据采集过程中收集到的所有信息结合起来，并将它们与预先确定的标准、准则和算法进行比较，以创建所需的图表、表格和显示，快速评估从输入电源到过程的整个电机系统的状况。 在评估完成后，ESA创建了一份完整的详细报告，不仅强调了电气部分的发展问题，被驱动机器或其他与电机连接的设备的发展故障，而且强调了可能导致VFD跳闸的过程中的异常情况。 8页的报告还详细说明了在预先确定的准则内的测量结果，从而消除了通常与VFD故障排除有关的大部分猜测工作。

图 6：VFD 输出的 PQ 表

图 7：结果屏幕

摘要

通过将MCA和ESA纳入标准的VFD故障排除流程，分析人员拥有最详细的信息，可以快速确定问题是由VFD引起的还是由VFD经历的。 3分钟的MCA测试不仅可以识别坏的电机，而且可以消除电机的故障原因，并确保正在安装的新电机是无故障的。 ESA通过不到1分钟的简单测试，确认进入和离开VFD的电源没有故障。