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1、诊断电机和驱动故诊断电机和驱动故障的最佳测量实践障的最佳测量实践概述概述电机消耗了全部发电量的65%降低电机停工时间能够充分利用能源排障能力越强意味着更长的正常工作时间您的时间:极其珍贵的资源您的时间:极其珍贵的资源为什么电机故障诊断对您的工作非常重要?您的单位这些天是如何管理电机故障的?目录目录培训概览电机驱动原理基本测量和安全输入测量驱动/输出测量电机/传动链测量培训总结培训总结输入电能质量,使用Fluke-435驱动及驱动输入,使用Fluke-190 II ScopeMeter电机负载及绕组电阻,使用Fluke-289 DMM电机绝缘和磁芯温度,使用Fluke-1507和热像仪机械振动,
2、使用Fluke 810祝您维护电机成功模块模块A:电机驱动:电机驱动原理原理逆变器技术逆变器技术 交流整流至直流 残余纹波或噪声被滤除 直流电压和电子开关/门控脉宽调制 产生输出PWM信号,电压和频率受控 电机产生扭矩和运动,控制机械负载第第1步,交流步,交流-直流转换直流转换三相交流电被整流为恒压直流电第第2步,对直流电压进行脉宽调制步,对直流电压进行脉宽调制控制一系列电子开关的开/关时间,形成脉宽调制输出波形第第3步,电机产生扭矩和运动步,电机产生扭矩和运动三相输入转换为直流电压后,再对直流电压进行脉宽调制,产生受控的三相输出波形,用于驱动电机电机的基本原理电机的基本原理我们现在处于哪个排
3、障等级我们现在处于哪个排障等级?电机和机和驱动模块 B B输入测量介绍输入测量介绍输入测量介绍什么是标称电源电压、电流和频率什么是标称电源电压、电流和频率?标称电源电压、电流和频率是标称工作条件下加至电机驱动的电压的特性。测量标称电源电压、电流和频率测量标称电源电压、电流和频率 使用连接至驱动输入的电能质量分析仪。首先测量驱动的输入侧,然后(若必要)测量用户引入线。判读标称电源电压、电流和频率判读标称电源电压、电流和频率 如果测量结果超出范围 10%,则意味着在测量周期期间存在潜在的电源电压问题。连接一台电能质量分析仪进行长时间诊断。接着,检查不平衡。什么是电压和电流不平衡什么是电压和电流不平
4、衡?当三相电压或电流的幅值不同时,就会发生不平衡。2%至 3%的电压不平衡就可能会引起电机故障高级主题测量不平衡测量不平衡使用正确连接至电机驱动输入电源的三相电能质量分析仪。同时测量三相,评估负载变化的影响高级主题手动测量不平衡手动测量不平衡利用 DMM 测量电机驱动的每相输入高级主题手动计算不平衡手动计算不平衡%不平衡=(相对于平均 V 或 I 的最大偏差/平均 V 或 I)x 100。例:例:30+35+30=9595/3=31.7 平均电流35-31.7=3.3 最大偏差3.3/31.7=.104.104 x 100=10.4%电流不平衡高级主题解读不平衡解读不平衡 电压不平衡超过 20
5、%就可能会造成问题。电流不平衡超过 6%就可能会造成问题。接着,检查瞬变。高级主题什么是瞬变什么是瞬变?瞬变是电路中不希望的暂态电压。瞬变具有各种各样的波形、幅值和持续时间。测量瞬变测量瞬变利用三相电能质量分析仪,选择瞬变功能,并设置为大于标称电压以上 50 V。解读瞬变解读瞬变 瞬变高于标称电压 50V,就可能会造成问题。如果未测量到瞬变,则要测量更长的时间周期。什么是谐波什么是谐波?谐波是基波频率的整数倍分量。例如,60Hz 的 3 次谐波为 180Hz。例如,60Hz 的 5 次谐波为 300Hz。高级主题测量谐波测量谐波 使用电能质量分析仪测量谐波。电压和电流谐波都要测量。高级主题解读
6、谐波解读谐波 电压 THD(总谐波畸变)大于 6%就可能会造成问题。如果 THD 大于 6%,那么确定哪次谐波最为突出。有些电流谐波畸变是正常的。接着,检查功率因数。高级主题什么是功率因数什么是功率因数?能量是指做功的能力。功率为能量/时间 功率因数为交流电路中使用的有功功率(W)与传输至电机的视在功率(VA)之比。测量功率因数测量功率因数使用三相电能质量分析仪,设置至功率和能量,电压和电流探头均连接好,并且电流探头的极性要正确箭头朝向被测负载。解读功率因数解读功率因数 功率因数小于 1 表示电路并未全效率工作。测量值小于 0.9 则表示潜在的问题。功率因数小于 0.9 在某些情况下是可接受的
7、。电机和驱动电机和驱动模块模块 C-驱动和输出测量模块驱动和输出测量模块介绍驱动输出测量模块介绍驱动输出测量模块什么是直流总线什么是直流总线?直流总线的作用就像一个电压缓冲器 直流(DC)电压来自于交流整流器 为开关电路提供恒定能量测量直流总线电压测量直流总线电压在在+和和-端子上测量直流总线电压端子上测量直流总线电压 便携式示波器 交流或直流输入耦合,测量绝对或纹波电压 确定示波器和探头的额定值与被测电压相匹配解读直流总线测量解读直流总线测量 直流总线电压大约为 1.414 x RMS 线电压 如果纹波峰值具有不同的重复水平,则表示某个整流器二极管可能发生了故障。什么是电压不平衡什么是电压不
8、平衡?当三相电压的幅值不同时,就会发生电压不平衡。测量电压不平衡测量电压不平衡在驱动输出的每个端子上测量电压接下来在电机端子检查电压任何不平衡都可能会造成电机问题计算电压不平衡计算电压不平衡%电压(V)不平衡=(相对于平均的最大偏差 V/平均 V)x 100 例解读电压不平衡测量解读电压不平衡测量 不平衡超过 2%就可能会造成问题。该项测量排除电压不平衡造成的电机过热。不能排除其他过热原因。接着,检查电流不平衡。什么是电流不平衡什么是电流不平衡?当三相电流的幅值不同时,就会发生电流不平衡。测量电流不平衡测量电流不平衡利用一台带电流钳的示波器,在驱动输出的全部三个端子上分别测量每个端子的电流。计
9、算电流不平衡计算电流不平衡%电流(I)不平衡=(相对于平均的最大偏差 I/平均 I)x 100例解读电流不平衡测量解读电流不平衡测量 即使仅有百分之几的电流不平衡,也应该做进一步调查诊断利益诊断利益 避免电流过载保护装置跳闸。避免电机温度过高。电流不平衡会造成绕组烧毁什么是什么是 电流和保护地电流和保护地(PE)电流电流:三相电流之和。PE:通过保护地的容性耦合电流。理想情况下,漏泄应非常低,漏流增大会造成轴承座圈之间产生电弧放电。高级主题测量测量 电流电流 带电流钳的示波器 将电流钳夹住连接至电机端子的全部三根导线。高级主题测量测量 PE 电流电流 示波器 在接地线处测量。高级主题解读解读
10、和和 PE 电流电流 电流和/或 PE电流通过轴承或电机轴。高级主题诊断利益诊断利益避免杂散电流损坏轴承。轴承电流造成轴承座圈上的凹槽感谢 Electro Static Technology 的照片。高级主题读数是输出反射读数是输出反射?反射反射:是电路中阻抗不匹配或变化的结果。具有各种各样的波形、幅值和持续时间。在示波器屏幕上表现为尖峰测量输出反射测量输出反射 脉宽调制波形上的快速输出瞬变和反射只能用示波器测量。连接至电机端子。解读输出反射测量解读输出反射测量 大于标称电压 50%的反射或瞬变就可能会引起问题。来自于 IGBT 的快速切换直流电压(dV/dt)。PWM 信号的反射是电缆太长造
11、成的。确定水平未超过电机绝缘额定值。什么是扰动什么是扰动?信号扰动是低压数字网络信号上的信号完整性偏差。高级主题测量扰动测量扰动 查找车间内与其他装置相关的扰动。有其他大型负载打开并造成问题吗?高级主题解读扰动测量解读扰动测量高级主题诊断利益诊断利益 防止不合规的信令问题。确定工厂其他位置的配线和功率问题。高级主题停工诊断停工诊断停掉系统来解决问题高级主题停工诊断的步骤停工诊断的步骤系统停止运行系统停止运行将电机从驱动隔离1.验证驱动工作正常2.检查电机电缆、连接3.对电机/电缆进行绝缘试验高级主题检查电机电缆检查电机电缆潜在问题:电机电缆或驱动和电机之间的连接检查每根电缆连接是否牢固对电缆和
12、连接进行绝缘电阻测试检查绕组电阻高级主题电机绕组绝缘电机绕组绝缘电机内糟糕的绕组或绝缘问题会造成电流不平衡。检查电机的绝缘问题时,断开电机,进行绝缘电阻测试。我们可断开电机接线盒内的三角形/星型连接片,进行详尽的电机绝缘测试。高级主题电机和驱动电机和驱动模块模块 D电机和传动链测量介绍电机和传动链测量介绍电机和传动链测量介绍电机和传动链测量介绍64什么是电机过载什么是电机过载?电机的载荷过大会造成过载。65测量电机测量电机在电机满载工作时,利用带有电流钳附件的 DMM 或钳形表测量电机每相的电流。66解读过载电机测量解读过载电机测量 将实测的电流与电机铭牌上的满载电流*使用系数进行比较。接着,
13、检查单相运行。67什么是单相运行什么是单相运行?当三相电机的某相发生故障时,就会发生单相运行。68测量单相运行测量单相运行在电机满载工作时,利用带有电流钳附件的 DMM 或钳形表测量电机每相的电流。69解读单相运行测量解读单相运行测量 简单!电机的某相上没有电流时,就说明发生的电机单向运行。接着,检查轴承故障。70什么是轴承故障什么是轴承故障?发生故障的轴承会因为某种类型的故障导致工作效率降低。71轴承座圈损坏测量轴承故障测量轴承故障 用 IR 温度计或红外成像仪,将怀疑故障的轴承与已知良好的轴承进行比较。72 如果温差超过 10 摄氏度,则表示轴承需要更换。接着,检查失中。解读轴承故障测量解
14、读轴承故障测量73什么是失中什么是失中?在电机传动中,当两个连结轴的中心线一致时,就是精确对准。当中心线不一致时,则为失中。74测量失中测量失中 利用振动测试仪判别振动问题。在失中的情况下,利用刻度盘指示器或激光准直装置将设备重新正确对准。75解读失中测量解读失中测量 Fluke 810 使这种测量更加简单。810 通过将振动数据与全面的数据库进行比较,进行分析。76什么是不平衡什么是不平衡?当质心不位于中心时,就会发生不平衡。引起振动77测量不平衡测量不平衡 利用 Fluke 810 振动测试仪测量不平衡78解读不平衡测量解读不平衡测量 Fluke 810 利用全面的振动特性数据库,完全为您
15、做了解读79什么是松动什么是松动?部件之间的过量余隙就是松动。旋转和非旋转或固定部件之间都可能存在松动。80测量松动测量松动 利用 Fluke 810 振动测试仪测量松动。81解读松动测量解读松动测量 Fluke 810 利用全面的振动特性数据库,完全为您做了解读。82什么是绝缘击穿什么是绝缘击穿?当电机绕组之间的绝缘损坏时就发生了绝缘击穿,造成绕组短路。83测量绝缘击穿测量绝缘击穿利用绝缘电阻测试仪测量电机定子绕组的每相对地绝缘84解读绝缘击穿测量解读绝缘击穿测量 电阻值应 1 M/kV。最好建立定期维护计划 接下来,检查轴电压和轴承电流85什么是轴电压什么是轴电压?高频 PWM 电压容性耦
16、合至定子和轴。当电机轴上的电压超过轴承的绝缘能力时,就会有电流通过轴承。高级主题86测量轴电压测量轴电压利用示波器和碳刷或绞合线探头测量电机机笼和传动轴之间的电压。http:/www.est- 查找高于 8 V 的轴电压。高级主题88MDA510/550帮您帮您测量量电机系机系统五大关五大关键测试点点企业现场电机节能降耗及日常检测白皮书2020.102企业现场电机检测白皮书 1.前言.3 2.当前企业节能困惑.4 3.影响电机运行的关键参数.5 4.国际规范与中国国标的对应关系.8 5.电机效率和可靠性-与真实工作条件相匹配的新测试方法.9 6.电机生产企业质检部门-快速便捷的电机效率测试方案
17、.11 7.容易被忽略的节能参数-温度.12 8.福禄克产品性能.13 9.各行业节能专项监察国家标准.14 10.总结.15企业现场电机检测白皮书3本标准(新国标)代替 GB186132012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级和 GB259582010小功率电动机能效限定值及能效等级,2020 年 05 月29 日发布,2021 年 06 月 01 日实施。-摘自中华人民共和国国家标准 GB186132020GB 18613-2020 是强制执行的国家标准。该 GB 规定了电机的能效等级,要求的电机效率数值与IEC完全相同,说明中国对电机能效的重视程度,标准已经与欧美同步。此外,多个省
18、份的工信部已着手开展重大工业节能专项监察,首次组织开展国家重大工业专项节能监察,4 年来,全国累计监察高耗能企业超过 2 万家,主要高耗能行业基本实现全覆盖。其中,阶梯电价专项监察共查出违规企业 200 余家,已执行惩罚性电费 1.7 亿元,运用价格手段倒逼企业实施节能改造。(引自工信部)一 前言在国家节能减排、企业提质增效需求的大环境下,福禄克公司推出此白皮书,希望在电机转换效率评估及检测方面给用户提供帮助。国家层面节能是国策,节能是趋势“十三五”以来,工业和信息化部认真落实制造强国、网络强国战略和生态文明建设相关部署,加快实施“十三五”工业绿色发展规划绿色制造工程实施指南(2016-202
19、0 年),扎实推进工业和通信业节能与绿色发展,取得了积极成效。2016 年至 2019 年,规模以上企业单位工业增加值能耗累计下降超过 15%,相当于节能 4.8 亿吨标准煤,节约能源成本约 4000 亿元,实现了经济效益和环境效益双赢,为完成全社会节能目标和加快生态文明建设做出了积极贡献。引自国家相关部门公开资料 企业层面强制执行新国标趋势下,应该如何应对?1.电机铭牌效率不代表实际运行效率;2.想做电机能效检测,目前通用方式传感器检测需要停机,耽误生产不现实;3.如何定位效率低、能耗高的电机,避免罚款不踩坑。4企业现场电机检测白皮书二 当前企业节能的困惑国家要求企业落实单位产品能耗限额标准
20、执行情况、淘汰落后制度执行情况、能源计量管理制度执行情况、能源消费统计制度执行情况,对主要耗能设备的用电情况定期向节能监察机构提交报表。同时,国家制定工业阶梯用电收费标准的初衷是希望引导企业节能降耗,使用高能效电机。企业电机用户知道电力能耗占据生产成本较重比例,希望通过节约成本,降低成本支出,但传统电机效率测量方法不仅繁琐,而且需要停机,是企业不愿意接受的。此外,企业知道存在低效率电机,一方面没有分析仪器定向查找效率低下的电机,另一方面担心更换新能效电机增加额外成本,所以当前企业节能效果不佳。根据调研走访,得出以下五点阻碍企业节约能耗的原因:1.企业现场填写耗能都是根据电机铭牌效率,或者按照能
21、效表誊写;2.现场停机检测是企业不愿意承受的生产损失;3.认为更换低能效电机会增加额外开支;4.传统测量方法需要停机,不能灵活测量不同负载下电机运行效率,传感器测量需要零点校准,对于电机众多的企业,检测任务比较庞大;5.缺少实时定性分析的仪器,来帮助企业查找低效高耗设备。企业现场电机检测白皮书5三 影响电机运行的关键参数影响电机正常运行的关键参数有哪些?一)谐波当施加到电机的线电压包含了频率与电源基本频率(50Hz 或 60Hz)不相同的电压分量时,就会引入谐波电流。这样,当电机在特定负载下运行时,其温度以及单位电压谐波因数就会高于在同样工况下运行但仅施加了具有基础频率电压的电机。电机上所施加
22、的电压含有频率不同于基本频率的电压分量时,应按照下面所示的减额系数,对电机的额定功率进行减额。谐波电压因数(HVF)的定义如下:n=奇次谐波的阶次,不包含可被 3 整除的谐波。Vn=第 n 次谐波频率的电压标幺值。1.00.90.80.70.600.02Harmonic Voltage Factor(HVF)Derating Factor0.040.060.080.100.12n=n=5n2nV二)三相不平衡当施加到多相异步电机上的线电压不相等时,就会在电机绕组内形成不平衡电流。较小的电压不平衡度将导致更 高的电流不平衡度。结果会导致电机在特定负载下运行时温度升高,同时还会导致电机的电压不平衡
23、度高于在同样工况下运行但电压平衡的电机。电压不平衡度=100 x(相对于平均电压的最大电压偏差)/平均电压 如果电压不平衡,应对电机的负载进行减额。下图所示为 NEMA 针对起动转矩正常的电机所建议的减额曲线。福禄克 438-II:按照NEMA MG1显示电压不平衡度和谐波电压因数。将由于不平衡导致的减额乘以由于谐波导致的减额,即可得到总减额值。1.00.90.80.7Derating FactorPercent Voltage Unbalance0123456企业现场电机检测白皮书三)供电电压偏差电动机效率与供电电压存在函数关系,是电动机的固有特性。供电电压幅值偏离额定值,电动机的效率都将发
24、生变化。通常小电机受电压变化的影响比大电机严重。输出功率恒定时,效率变化曲线如下。电压在 90105%范围内,电动机效率随电压幅值线性增大。例:某 132kW 电动机供电电压约为额定值 380V,满负载运行实际能效 94.5%。当供电电压略高于额定值为390V,满载运行的实际能效提高至 94.8%。企业现场电机检测白皮书7四)不对中电机在不对中情况下,调整状态后能耗改善。应用点:发现电机不对中,及时调整,减少能耗损失。研究发现,中等程度的不对中会使电机耗能升高 3%10%,而中等程度的不对中引起的振动往往容易被现场操作员忽视,为此需要对重要电机进行日常的振动测试,发现不对中要及时调整,减少不必
25、要的能耗浪费。案例:德国某废钢铁回收企业,用于工艺冷却的风机存在不明原因振动该风机用于工艺冷却过程,由皮带驱动,电机容量350kW,负载率 80%,运行时有功功率为 280kW。解决方法:使用福禄克旗下品牌普卢福 VIBXPERT II 测量该风机发现其机械不平衡、轴不对中,经过调整之后,节能效果明显。具体流程:普卢福 VIBXPERT II 发现问题 福禄克 438-II 测功率 调整 福禄克 438-II 检定节能效果。意义:无需更换设备,仅通过电机日常维护,实现节能。测试、调整:普卢福 VIBXPERT II 检测到中度不平衡、不对中,以及轴承磨损,经重新平衡、固定,通过福禄克438-I
26、I测量其负载率降低了8.4KW,功耗减少约3%。节能计算:一年的电能节约:8.436524=73584kWh按每度电 0.11 欧元计算,一年可节约电费:735840.11=8094 欧元对企业而言:目前运行状态良好、但能效严重不达标的电机,是否应该更换?换言之,更换高效率电机,投资回报周期如何?高效电机的回报周期:高效电机使用了更多、更高质量的铜、铁等有效材料,通常价格更贵。更换或新安装电动机,选择高效电机须额外投资。由高效电机相对较低的年运行费用,可计算其回报周期。简单算例:中国 YE3 系列超高效(IE3)电机(2010 年推出)设:电动机年运行时间超过 8000h,负荷率超过 60%,
27、电费 0.7 元/度则:1.5 年左右可收回标准电机(IE1)额外增加的成本 使用寿命期内的费用电机(IE1)电机(IE3)246810运行年份节约资金 电动机:功率损耗与能效降低电动机自身的功率损耗,提高电动机的能量转换效率“高效率电动机”:出现于上世纪 70 年代(第一次能源危机)与一般电动机相比,损耗减少约 20%“超高效率电动机”:损耗比“高效率电动机”下降 15 20%例:在相同输出功率的情况下,如损耗减少 20%则:原来效率 75%的电机,将提高至 78.9%原来效率 85%的电机,将提高至 87.6%原来效率 90%的电机,将提高至 91.8%8企业现场电机检测白皮书四 国际规范
28、与中国国标的对应关系IEC 60034-30 规定了三相低压异步电机的不同效率水平的最低能效等级。选择效率更高的电机(例如 IE3 而非 IE1),在保证机械能输出相同的情况下可节省高达 10%的电能。高效节能电机国标与 IEC 标准能效等级对比三相异步电动机在各国都有自己的能效标准,国际通用的标准为 IEC 标准,在中国有新国标和老国标,很多的人会把国标和 IEC 标准弄混淆,例如把 IE2 能效电机和 GB2 能效电机当成是能效一样的电机,其实这种辨别方法是错的,我们针对这种情况把 IEC 标准和国标能效对比做成表格,可以一目了然的判断出 IEC 标准下的能效电机对应的是国标哪种能效电机。
29、IEC标准中国老国标GB18618-2006中国新国标GB18613-2012效率等级超超高效IE4GB1超高效IE3GB1GB2高效IE2GB2GB3标准效率IE1GB3犐 犆犛 犉 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准犌犅 代替 ,电动机能效限定值及能效等级犕犻 狀 犻 犿狌犿犪 犾 犾 狅狑犪 犫 犾 犲狏 犪 犾 狌 犲 狊狅 犳犲 狀 犲 狉 犵 狔犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔犪 狀 犱狏 犪 犾 狌 犲 狊狅 犳犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔犵 狉 犪 犱 犲 狊犳 狅 狉犿狅 狋 狅 狉 狊 发布 实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局国 家 标 准
30、化 管 理 委 员 会发 布企业现场电机检测白皮书9五 电机效率和可靠性 与真实工作条件相匹配的新测试方法传统的电机测试方法测量电机性能和效率的传统方法很成熟,但测量过程的费用并不低,所以很难在工作流程中加以实施。事实上,在很多情况下,电机性能检查甚至需要系统完全关机,而停工成本代价较高。要测量电机效率,必须在动态运行条件下确定电力输入功率和机械输出功率。传统的电机性能测量方法首先要求工程师将电机装入电机测试平台,将包含被测电机的测试平台安装在发电机或功率计上。然后,将被测电机通过轴连接至负载。该轴配有速度传感器(转速表)以及一套扭矩传感器(提供用于计算机械功率的数据)。该系统提供包括速度、扭
31、矩和机械功率在内的数据。某些系统还包括电功率测量功能,以便计算效率。通过以下公式计算效率:在测试过程中,通过负载变化来确定各种操作模式下的效率。传统测试平台系统可能看起来很简单,但存在一些固有的缺点:1.电机必须停止工作;2.电机负载不能真正代表电机工作时所承受的负载;3.在测试过程中,生产运行必须暂停(导致停工)或必须临时安装替代电机;4.扭矩传感器价格昂贵且工作范围有限,所以可能需要用多个传感器测试不同电机;5.能够适应各种电机的测试平台价格昂贵,而此类测试平台的用户通常是专业电机维修或开发机构;6.没有考虑到“真实”的工作条件。电机参数电机设计取决于负载的特定应用,所以每台电机具有不同特
32、性。这些特性根据 GB(中华人民共和国国家标准)或 IEC(国际电工委员会)标准来划分类别,每台电机都配有铭牌,用于详细说明符合 GB 或IEC 的电机关键运行参数和效率信息。铭牌上的电机规格与真实运行情况会存在差别,通过测量可以了解电机是否超过其预期速度或扭矩规格,如果超过预设值运行,可能会缩短电机的使用寿命或造成电机过早出现故障。与电能质量不良有关的电压或电流失衡以及谐波等其他影响也可能会降低电机性能。如果存在上述任一情况,则电机一定会“降额”即一定会降低电机的预期性能,如果所产生的机械功率不足,则可能会导致生产过程中断。降额是按照与该类电机指定数据相符的 NEMA 标准进行计算的。GB
33、和 IEC 标准虽然有一些差异,但大致遵循同样的思路。(效率)=机械功率电功率10企业现场电机检测白皮书新测量方法一)Fluke 438-II 电能质量和电机分析仪可提供一种简单方法来测试电机效率,无需使用外部机械传感器,并避免停工产生的高昂成本。Fluke 438-II 以 Fluke 430-II 系列电能质量和电能分析仪为基础,具有电能质量测量的全部功能,同时还可在不停机的情况下测量电机的机械参数。使用电机铭牌提供的数据(GB 或 IEC 数据)配合三相功率测量,Fluke 438-II 可以实时计算电机性能数据(包括速度、扭矩、机械功率和效率),而无需额外使用扭矩和速度传感器。Fluk
34、e 438-II 还可直接计算运行模式下的电机降额系数。二)真实工作条件在电机测试平台上测试电机通常意味着是在最佳条件下测试电机。事实上,电机在工作时通常并非一直处在最佳运行条件,这些运行条件的差异都会导致电机性能下降。例如,工业设施内部可能装有直接影响电能质量的负载,会造成系统失衡或谐波,上述各种情况均可影响电机性能。此外,由电机驱动的负载可能无法达到最佳状态或无法与电机的原始设计保持一致。为了真实掌握电机的运行情况,那么就需要在真实工作条件下进行测量。Fluke 438可以在实际运行工况对电机的各种运行参数进行测量,并对数据进行分析,帮助企业用户更好的掌握电机的运行状况和性能指标,给出合理
35、化改进方案,达到节能降耗、增加电机使用寿命,实现企业提质增效目标。企业现场电机检测白皮书11六 电机生产企业质检部门 快速便捷的电机效率测试方案电机出厂前按照国家要求需要做功率检测,检测是否满足能效要求。新国标的颁布,从国家层面对电机的性能标准有了更高的要求,这一新的国家标准将推动电机制造行业的进步和发展。电机研发过程中,检测电机效率是在实验平台进行,但大批量电机出厂质检同样需要使用平台配合传感器进行检测,而且不同电机检测可能需要搭建不同的测试平台,测试平台价格较贵,此外操作上不够快速便捷,尤其是遇到订单多、工期短,检测电机效率会变得费时费力。如果搭建一个快速便捷的电机效率测试平台,就可以实现
36、不同种类电机效率的测试,将会简化质检部门的检测步骤,提高生产效率。试验系统的基本组成试验系统由试验电源、动力开关屏柜、信号传感装置与功率测量设备、自动化试验测量单元和控制操作台及交流电机试验软件系统、数据库系统等部分组成。试验中的负载设备可依据用户要求选用陪试电机(包含直流发电机、交流发电机、绕线型转子电机)、电涡流测功机、磁粉测功机、磁粉制动器等多种设备,满足不同电机的型式试验需要。测试项目 环境温度测量 绝缘电阻测量 直流电阻测量(计算三相电阻不平衡度)工频耐压试验 匝间耐压试验 空载试验(计算三相电流不平衡度)堵转试验 加载试验 效率试验 温升试验关键仪器之一:功率分析仪Fluke No
37、rma 6000 一机搞定完成电压测量、电流测量、功率因数测量、有功率测量、无功功率测量,效率测量、频率测量、输出转矩、输出转速、输出功率等的测量和计算。并显示出实时数据、实时波形、谐波分析等参数。电机现场使用环境下的效率运行状况评估方案:电机在现场使用环境下,由于供电电源原因、安装质量、环境因素、负载工作工况等不同,运行效率不同于实验室环境下的理想测试结果,如何根据实际情况检测电机运行状况,据此给出合理化改进方案,就能达到节能降耗、增加电机使用寿命,实现企业提质增效目标。福禄克专家建议:1)电机能耗是大头,所以电机管理尤为重要每半年普测一次电机效率,将电机效率存档,电动机效率会因长时间的运行
38、,不妥善的保养,导致效率逐渐下降。为此有必要为电机效率进行存档,视情况做出维修电机的计划。2)预测性维护电机,提早发现故障用振动分析仪定期对电机进行检测,检测振动情况,看是否有轴承磨损、不对中、轴承松动、不平衡等问题出现,尽早发现故障,进行维护。福禄克 Norma6000 功率分析仪搭建的快速电机测试系统12企业现场电机检测白皮书七 容易被忽略的节能指标 温度红外热像因其非接触、直观、可定量分析等功能,逐渐成为节能检测和节能改造的主力军,特别在电气电能质量问题、电机节能问题的快速检查中发挥重要作用,在完成节能改造后,红外热像图也可以作为节能改造成效的依据。电气节能检测 管道设备节能检测 电机节
39、能检测 三相不平衡 三相不平衡 电机老化过热(超过 90)电机轴润滑不良 (最高温度出现在轴上)企业现场电机检测白皮书13八 福禄克产品性能不需要测试扭矩和速度信号可以直接给出电机效率,可以给出不同电能质量环境下电机工作带载需要如何调整来保证电机工作正常,可以根据现场电机效率检测结果,基于现实供电质量调整电机带载值。应用点:电机能效评估与电机安全经济运行状态调整。Fluke 438-II 的独特性-基于福禄克 435-II 功率和电能分析仪,拥有与之相同的基本测量功能-福禄克 438-II 可以连接到直接在线电机(非电机驱动)时,还可以直接计算电机的速度、扭矩、机械输出功率及效率优势:在现场无
40、法检测电机速度与扭矩机械量时,通过测试电机输入电功率即可得出电机效率,并给出电机速度和扭矩量。Fluke 438-II 效率测量主要特性 效率:电机将电能转换为机械功,将实测工作效率与预期或规定效率进行比较,识别潜在浪费 机械功率:测量电机产生的实际机械功率,识别过载条件,重新确定电机负载或降额,预防故障 转速:测量瞬间电机轴转速,结合扭矩了解机械性能 扭矩:是电机驱动旋转设备的一项最重要特征,无需在线式力传感器,即可测量传递至机械负载的旋转力14企业现场电机检测白皮书九 各行业节能专项监察国家标准数据中心炼油行业二甲苯行业纯碱行业硫酸行业轮胎行业聚氯乙烯行业啤酒行业铝合金行业制糖行业钢铁行业
41、水泥行业电解铝行业企业现场电机检测白皮书15十 总结据统计表明,工厂内电机所耗电费占总电费的一半以上,同时国家倡导淘汰低效高能耗电机,如果能够采用有效的方法,帮助企业找到运行效率不达标的电机,对现场运行的电机效率给出可靠、准确、定性的分析,将会帮助企业制定节能计划和方案。电动机:耗电量最大的单类设备国际能源署调查结果:工业领域耗电量,电动机占比约 70%中国:数据来源:公开资料整理测量电机性能和效率的传统方法与电机停止运行造成的停工成本存在冲突。福禄克438-II 针对这一问题提供查找问题的全新方法,福禄克 438-II 可在系统处于真实运行模式时测量电能质量,简化了电机效率的测量,可以在电机
42、工作时测量电机生产过程中的性能表现,解决停工检测的痛点。此外,福禄克 438-II 能够在一段持续的时间内对电机性能进行趋势分析,通过分析可以查看一些变化(电机即将出现的故障、不必要的耗能),帮助企业提前发现问题,同时准确查找存在节能潜力的设备,帮助企业节能降耗。最终用户电力消耗电动机 46%照明 19%加热 19%电子 10%电解 3%其他 3%电动机照明加热电子电解其他 全球电力消耗量,电机占比约 46%中小型三相异步电动机是应用最广泛的高耗能产品扫描二维码,识别关注2020 Fluke Corporation.10/2020规格如有更改,恕不另行通知。Fluke.Keeping your
43、 world up and running.福禄克测试仪器(上海)有限公司客服热线:400-810-3435维修站电话:400-921-0835官方网址:变频电机专题 轴电压电机轴电压-轴承放电电流现象1、轴电压:产生原因、现象、可能的危害2、MDA 550-轴电压测量、轴承放电事件统计与分析3、轴电压问题:解决方法MDA 550电机轴电压测量轴电压:产生原因电机的定子绕组与转子铁心之间存在分布电容。通过电容耦合,转轴上可能出现共模电压。电容耦合网控电机-轴电压现象变频调速电机-轴电压现象 变频调速电动机变频器供给电机的电压不是正弦波,而是正、负脉冲波形。该电压的瞬时值为直流电平的正值、负值或
44、0值。三相电压不可能“平衡”,三相瞬时值之和不为0。机端的脉冲电压,通过电容耦合,可在转轴上产生较高的共模电压。轴电压:可能导致轴承放电电流轴承放电电流:灼伤轴承轴电压放电事件,判据(1)轴电压造成轴承损害,必须具备两个条件:1、存在轴电压。2、轴承的绝缘(润滑油膜)击穿、破坏。二者缺一不可。1、轴电压峰-峰值大于8V 可能存在轴承放电的风险。(图例:高峰峰值的轴电压,但暂无轴承放电现象。)轴电压放电事件,判据(2)2、轴承油膜击穿-典型放电现象图例:轴电压逐渐增高,突然垂直下降。此刻,油膜绝缘能力被破坏,发生了放电现象。MDA 550:轴电压测量、分析功能1、轴电压测量轴对地的波形测量。波形
45、参数自动计算-频率、峰值、陡度等。2、轴承放电事件,测量与统计检测-电机轴承放电事件的频次,记录-轴电压放电事件的细节。MDA 550:轴承放电事件,测量、统计放电事件的定义以轴电压突然下降的“陡度”,判定放电事件。例:设放电事件判据为dt50ns、du15V。在50ns时间内轴电压变化大于15V,则可能出现了一次放电事件。事件的发生频次例:MDA-550轴电压事件测量结果报告,检测到轴承放电问题。轴电压变化大于15V、快于50ns的事件,发生频率为4次/s。案例:轴承噪音,电机故障预判某企业,12台变频驱动的180kW冷冻水泵,已投运1218个月。发现有4台电机出现了明显的轴承噪音。测量结果
46、电机峰-峰值电压29.8V(正向15.2V、负向-14.6V),反映了轴承放电事件。听到的轴承噪声,表明轴承套圈出现了“凹槽”损坏。电机轴电压缓慢上升至18.4V峰值,然后迅速跌至零。此刻发生了油膜击穿,在轴承座圈内产生凹坑。轴电压问题:解决方法 简单解决方法:轴接地轴端安装接地碳刷。例:安装“轴接地环”前后,轴电压测量结果。Fluke Corporation热像仪可望可及,问题点即拍即得热像仪可望可及,问题点即拍即得更多热像仪信息请参考:更多热像仪信息请参考:http:/ MDA550FLUKE MDA550分别对变器输出端和电机输入端进行了测试分析分别对变器输出端和电机输入端进行了测试分析
47、变频器输出端波形变频器输出端波形图片说明图片说明电机输入端电机输入端波形波形分析:分析:经过测试可知,变频器输出端波形比较规整,无明显的过冲现象,过充系数仅为经过测试可知,变频器输出端波形比较规整,无明显的过冲现象,过充系数仅为1.011.01,然而到了电机输入端可以看出,有,然而到了电机输入端可以看出,有很多尖峰出现,最高电压达到了很多尖峰出现,最高电压达到了840V840V,过冲系数达到了,过冲系数达到了1.51.5。那么这么高的过冲电压是否会对电机产生损毁的风险呢?我。那么这么高的过冲电压是否会对电机产生损毁的风险呢?我们找到了该型号电机的使用说明书,对其进行了判断。们找到了该型号电机的
48、使用说明书,对其进行了判断。你的电机适合现场工况吗?你的电机适合现场工况吗?变频器变频器通过线缆带电机运行,由于阻抗不匹配原因,机端脉冲通过线缆带电机运行,由于阻抗不匹配原因,机端脉冲电电压压会异常升高会异常升高,在不同工况下机端电压会有所不同,有,在不同工况下机端电压会有所不同,有的会的会达到达到2 2倍倍以上,这种持续的过冲电压有极大的风险造成匝间绝缘击穿,以上,这种持续的过冲电压有极大的风险造成匝间绝缘击穿,从而使电机损毁。那么我们如何来判断,电机是否能够承受现场工从而使电机损毁。那么我们如何来判断,电机是否能够承受现场工况的过冲电压呢?况的过冲电压呢?Fluke Corporation
49、热像仪可望可及,问题点即拍即得热像仪可望可及,问题点即拍即得更多热像仪信息请参考:更多热像仪信息请参考:http:/ MDA550FLUKE MDA550在电机端的测试结果中可以看出,在在电机端的测试结果中可以看出,在0.16s0.16s的上升时间内,脉冲电压为的上升时间内,脉冲电压为830V830V。通过电机使用手册。通过电机使用手册中的限值曲线(即中的限值曲线(即IEC/TS 60034IEC/TS 60034-17,GB/T 2016117,GB/T )可以看出,在)可以看出,在0.16s0.16s上升间的情况下,电机可承受的脉冲电上升间的情况下,电机可承受的
50、脉冲电压超过压超过830V830V,对此可以判断,对此可以判断,该电机在此工况下可安全运行该电机在此工况下可安全运行,如若出现电机损毁情况,可追究电机厂家的质量问题。,如若出现电机损毁情况,可追究电机厂家的质量问题。结论:结论:不同的工况下,电机输入端的脉冲电压均不相同。不同的工况下,电机输入端的脉冲电压均不相同。1.1.建议对于工厂内比较重要产线的电机进行脉冲电压测试,再根据电机使用手册,判断电机是否能承受该工况下的脉冲建议对于工厂内比较重要产线的电机进行脉冲电压测试,再根据电机使用手册,判断电机是否能承受该工况下的脉冲电压,如若不能承受,可采取相应的解决办法,如:加滤波器,扼流圈,更换能够承受此工况脉冲电压的绝缘等级电机电压,如若不能承受,可采取相应的解决办法,如:加滤波器,扼流圈,更换能够承受此工况脉冲电压的绝缘等级电机(最为经济的方法)。(最为经济的方法)。2.2.一旦出现停机事故,可对该工况进行脉冲电压测试,区分责任。一旦出现停机事故,可对该工况进行脉冲电压测试,区分责任。