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。 这种情况可能是由于在电机框架和端盖上不精确的、非中心的凹槽配合加工造成的。 即使是适当的加工配合也会使转子的GCL与定子的GCL发生偏移。 这个问题在定子和转子之间产生了狭窄的间隙和不平衡的电力，类似于偏心转子，但狭窄的间隙保持在电机内部的固定位置，不随转子方向变化。 这种类型的偏心被称为静态偏心。
电机脚和底座之间的软脚情况是静态偏心的一个常见原因。 如果电机的脚与电机安装的底座不在同一个平面上，拧紧电机框架上的固定螺栓会导致电机框架变形，这也会使定子磁场变形。 这些扭曲产生的条件与转子在定子磁场中偏离中心的情况相同。
这些气隙会造成狭窄的间隙和不平衡的磁力，从而导致频繁的轴承故障和转子棒的裂缝或断裂。
裂纹或断裂的转子杆
转子棒的作用就像转子电路中的导体。 如果转子磁棒出现裂纹或断裂，当受影响的磁棒处于围绕定子铁芯旋转的任何一个磁场定子磁极之下时，转子上将出现死点。 电流在转子上的调制频率等于电机的极数和流经转子的电流频率。 破损或破裂的转子杆将使转子无法达到正常速度，或产生多余的电流、热量和机械振动。 如果不加以纠正，转子最终会自我毁灭。
电机电路分析™包含哪些内容？
为了评估这些转子故障和传统测试的缺点，我们可以使用更全面的 电机电路分析™策略来测试一个三相交流电机。
地面墙保温
接地绝缘是指将提供给电机的电力与框架或电机的任何其他暴露部分分开的任何绝缘。 它的目的是引导电流的路径，防止它去到预定位置以外的任何地方。 记住，IRG测量确认的是电机是否可以安全通电，而不是其状况。 DF和CTG测量提供了更多关于整体GWI状况的信息。
GWI系统可以被建模为一个串并联的RC电路。 由于GWI绝缘材料是置于导电材料之间的电介质材料，因此形成了一个电容器。 电容器储存了电荷，所以当你移除电压时，施加在电容器上的一些交流电会返回到源头。 然而，有些流过电介质。 返回源头的电流是电容性的，而流过介质材料的电流是电阻性的。 当你对电容器施加交流电压时，电容电流将电压引导90度，而流过电介质的电流是电阻性的，与交流电压同相。
新的、干净的绝缘体的电阻性电流是电容性电流的3-5%。 如果绝缘材料退化，就会出现电阻性电流增加或电容性电流减少或两者都出现。 在任何情况下，它都会影响电阻性电流与电容性电流的比率–DF。 DF的增加表明GWI在下降，这可能是热降解或污染造成的。
新的、清洁的电机也有一个特定的CTG值。 如果CTG的现值比基线增加了，通常是由于绝缘层被污染或进水而发生的。 GWI绝缘的热降解增加了电阻性电流，减少了电容性电流，所以CTG值会下降。 将这两个交流电测量与IRG测量相结合，为确定GWI的整体状况提供了更多信息。
静态定子绕组测试
定子绕组测试可以是静态或动态的。 静态测试发生在转子静止的时候，包括以下内容。
- 绕组电阻。为了测量绕组电阻，你可以依次在三个电机引线中的两个上施加直流电压，以评估仪器引线之间连接的导体的电阻。 与绕组电阻有关的不平衡通常是由于松动或高电阻连接造成的。
- 电感（L）。电感测量一个线圈或绕组储存磁场的能力。 电机有自感和互感。 线圈绝缘的退化会影响自感，而转子电路的任何变化都会影响互感。 电感的不平衡往往来自于转子的位置。 转子位置不是问题，而是与感应电机相关的自然发生的条件。 交流感应电机可以被塑造成一个带有旋转次级的变压器。 定子绕组作为初级，而转子条是次级。 在静态条件下，置于被测试的通电线圈正下方的转子条数确定了初级和次级之间的匝数比。 这建立了转子和定子之间的互感。 如果由于转子位置的原因，每相下放置的转子条数不一样，就会造成相间电感不平衡。
- 阻抗（Z）。 阻抗是指在一个交流电路中对电流流动的总阻力。 虽然电阻只测量直流电阻，但电路中的电感和电容会影响阻抗。 当构成绕组线圈的导体周围的绝缘开始变化时，这些数量就会发生变化。 由于Z是一个标度值，它可能会错过绝缘退化早期阶段的小变化。
- 相位角（Fi）。相位角衡量的是同一时期内两个或多个事件之间的时间延迟。 一个完整的周期是360度。 如果完成一个周期需要一秒钟（周期的周期），而一个事件比另一个滞后半秒（半个周期，或180度），Fi就是180度。 频率是时间的倒数（1/T），所以所有具有相同周期的事件都以相同的频率发生。 如果这些周期不是同时开始的，其中一个会领先或滞后。 电阻式、电感式和电容式电路在电流和电压相互引导或滞后方面会有所不同。 因此，当组成线圈的导体周围的绝缘层的化学成分开始变化时，Fi会在Z、L、R或C之前发生变化。
- 电流频率响应 （I/F）。电感器储存磁场以对抗电流的变化，而电容器储存电荷以对抗电压的变化。 如果这些特性发生变化，线圈或绕组储存电荷或磁场的能力也会发生变化。 绝缘层围绕着相位绕组线圈中的导体。 如果所有线圈周围的绝缘材料都具有相同的条件，那么每一个相位都具有相同的储存能力。 一旦绝缘开始退化，这种能力就会发生变化，造成相位线圈储存磁场或电荷的能力不平衡。 I/F响应测量线圈储存磁场或电荷的能力。 任何线圈的I/F与所有相位的平均值的不平衡超过2%，表明绕组中存在发展中的故障。
MCA™是一项经过现场验证的技术，已经在现场成功应用了35年以上。 MCA™有记录在案的指导方针，以识别发展中的绕组和转子故障。 对临时从业者来说，这些准则可能在记忆和应用方面具有挑战性。 因此，在一些用户的要求下，ALL-TEST Pro的工程师开发了一个独特的专利解决方案。 他们开发了一种专有的算法，结合所有MCA™的测量，定义了绕组和转子系统的状况。 它提供一个单一的值，即测试值的静态。 TVS™并不评估绝缘或转子系统的适用性，但它反映了电机的绕组和转子电气系统的状况。 电机不是自愈的，所以TVS™的任何变化都表明电机的状况正在恶化。
静态参考值通常是在电机上执行的第一个TVS™，并被指定为参考或 “基线 “值。 这使得仪器可以将任何目前的 “静态测试 “结果与存储的RVS进行比较，以评估电机的状况。 RVS是保存在仪器或MCA™软件中的TVS™，作为比较的参考。 如果TVS™与原始值相比变化超过3%，这就是一个早期警告。 过去的5%表明有严重的变化。
新的或重建的发动机应将第一次 “静态测试 “的结果作为RVS储存起来。
当一个电机第一次安装在系统中时，从一个容易接近的地方（如电机控制中心或本地断开点）进行新的静态测试，并将结果存储为新的RVS。 这种新的RVS在电机控制器和相关电缆中整合了所有的电气元件。 从该位置进行任何后续的静态测试可以快速评估电路的状况。
如果一个新的TVS™与RVS相差不到3%，那么电机和相关部件的状况就没有改变。 超过3％或5％的警告分别表示发展中的故障或严重变化。 这种变化不一定发生在电机上，而是发生在系统的某个地方。 隔离故障需要直接在电机上进行新的静态测试。 如果来自电机的TVS™在电机的RVS的3%以内，则故障在控制器或相关的电缆。 如果大于3%，故障在电机绕组或转子系统。
为了确定故障是在定子还是转子，你需要进行动态测试。
动态测试
动态测试是在电机轴平稳地、缓慢地手动旋转时进行的。 他们创造了一个定子签名和转子签名。
- 定子特征。定子特征描绘了当转子棒在通电线圈产生的磁场中移动时阻抗变化的平均值。 在好的电机上，平均值的分布与其他相位的差距小于1.1%。 如果它更高，则表明构成相位内线圈的导体周围的绝缘出现了故障。 如果数值超过3%的变化，说明绝缘层发生了严重的退化。
- 转子特征。转子特征表明每个峰值偏离平均值的程度。 在好的转子上，这些峰值是对称的。 它们与相中的其他峰值的差异应小于10%。 在10%和15%之间表明有早期警告，而超过15%的变化表明转子坏了。
为什么MCA™如此有用？
不幸的是，由于缺乏对MCA™现代的、经过现场验证的运动测试能力的了解，限制了该方法的广泛使用。 传统的方法对于彻底分析三相交流感应电机的能力有限。 其他耗时的方法也有，但它们仍然集中在GWI上，而GWI并不能提供更常见的绕组绝缘和转子问题的指示。
有一些更昂贵的仪器，需要更多的时间来测试，但不能确定电机转子或绝缘系统的状况。
MCA™克服了这些问题，采用了一种易于使用和理解的脱电电机测试方法。 它为这些三相交流电机提供了详细的、经过现场验证的、准确的评估。 我们的MCA™仪器，如
ALL-TEST PRO 7
™和
ALL-TEST PRO 34
™，是手持式、电池供电的工具，提供执行测试的逐步说明。 它们还能在屏幕上提供对运动状况的即时评估。
用MCA™进行更好、更容易、更快速的电机测试可以提供这样的好处。
- 提高故障排除的准确性和成功率。 许多电机有轻微的、通常可修复的故障，但其用户却因额外的测试费用而将其抛弃。 一些工厂更换超过预定尺寸的麻烦电机。 通过准确识别故障，这些用户可以进行更好的成本/维修分析，以减少更换次数，并最大限度地减少与维修、停工和重新安排的熟练劳动力相关的成本。
- 更可靠的安装。 通过检查新的和重建的电机，工厂确保他们得到他们所支付的东西。 你可以避免安装有问题的电机或浪费仍处于良好状态且易于维修的电机。
- 减少停机时间。测试电机的退化迹象可以帮助你在预定的停工期间更换可疑的或脆弱的电机，而不是让突然的故障停止运行并减少你的正常运行时间。
ALL-TEST Pro的MCA™设备
开始使用MCA™和ALL-TEST Pro独特的TVS™和RVS值与我们的三相电机测试产品。 我们提供一系列的测试设备，我们知识渊博的团队很乐意帮助你找到适合你操作的设备。
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