电机、驱动器

如何现场测试3相松鼠笼式电机

关键机器的维护依赖于对已安装的三相鼠笼电机的诊断性电气测试、结果的解释和物理检查的要点

由托马斯H. Bishop,P.E. 2020年9月8日
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关键电动机的高效,可靠的操作是维护专业人员的最重要的任务,该专业人员在最佳水平下保持生产,同时避免昂贵,意外停工。除了常规维护外,这要求定期检查和测试关键电机。本文的重点是安装了3相松鼠笼式电机的诊断电气测试,对结果的解释和物理检查的关键点。大多数这些测试和检查也适用于3相缠绕转子电机和感应和同步发电机。

检查和测试

除了目视检查,3相鼠笼电机的离线条件评估和诊断测试通常包括绝缘电阻(IR)和偏振指数(PI)或介电吸收比(DAR)测试。根据操作条件和测试设备的可用性,离线测试和检查也可能包括铅导耐铅和浪涌试验,采样润滑油,用于分析和检查软脚,输出轴跳动和电机对准的驱动设备。

检查。目视检查的范围将因电动机外壳类型而异。如果电机内部无法进入(例如,没有可移动的盖子),请仔细检查其外部表面是否磨损、裂纹和损坏或丢失的硬件。检查项目包括机架、脚、接线盒、风扇盖、冷却风扇、输出轴和联轴器或其他轴装组件。

如果电动机内部的访问,可以检查绕组和其他内部组件的缺陷或损坏,包括转子和定子之间的气隙(见图1)。在扩展棒可以探测埋地管道镜和镜子等转子的内部和之间的空间定子铁芯和框架来检查残骸,污染,堵塞通风管道,裂纹焊接或松配合转子铁心的轴。

图1:定子线圈通过短路或浪涌电流损坏。礼貌:负责

图1:定子线圈通过短路或浪涌电流损坏。礼貌:负责

记录所有损坏和缺陷,清除碎片和污染,并执行需要立即关注的维护或维修。如有必要,请在下一次正常关机时安排非要求维护或维修。

绝缘电阻测试。红外测试是一种很好的评估所有类型电机绕组的接地绝缘的方法(见图2)。它包括施加测试电压,并在一分钟后测量绕组对地电阻。红外读数对温度敏感,因此为了有意义,应将其校正到标准温度40°C(见表1)。

表1:推荐最小绝缘电阻值在40°C(所有值以兆欧计)

表1:推荐最小绝缘电阻值在40°C(所有值以兆欧计)

PI是IR测试的扩展,计算方法是将10分钟的IR读数除以1分钟的兆欧值。B类(130°C)及以上绕组的推荐最小PI值为2.0,A类(105°C)绕组的推荐最小PI值为1.5。PI值较低的绕组通常不适合使用。如果IR值大于5,000兆欧,根据IEEE Std. 43和IEC Std. 60034-27-4, PI值将没有意义,不需要执行PI测试。

PI测试最适用于定子形式的线圈绕组(由矩形或方线制成的线圈)。这对于随机缠绕的线圈(用圆线制成的线圈)可能没有意义,因为线圈吸收充电电流在施加电压的第一分钟左右就会衰减。对于这些绕组,雷达更有用,根据IEC标准60034-27-4,通常选择30秒和60秒的红外读数。

图2:电机定子绕组的绝缘电阻测试。礼貌:负责

图2:电机定子绕组的绝缘电阻测试。礼貌:负责

Lead-to-lead电阻测试。通过比较绕组中的相位或电路,引线电阻测试可以检测到绕组中的高电阻接头和引线连接。根据CSA C392和ANSI/EASA AR100,随机绕组的电阻不平衡极限应该是平均的2%,形式线圈绕组的电阻不平衡极限应该是平均的1%。

浪涌试验。浪涌试验可以检测匝间、线圈间或相间短路。当测试一台组装好的电机时,一个常见的问题是“转子耦合”——鼠笼转子和定子绕组之间的磁场相互作用,可以产生电压的双重痕迹,就像在电涌测试器或示波器的屏幕上看到的那样。除非绕组有故障或其他缺陷(如绕组电路不平衡),否则将转子转动几个机械度将合并轨迹。只有当绕组具有可接受的IR值和可接受的PI值时才进行浪涌测试。

轴跳动测试。机械测试包括输出轴跳动测试,它使用一个百分表来测量在轴的末端(如果可能的话)或在一次旋转期间联轴器附近的轴位移。NEMA标准MG 1 (NEMA Std. MG 1)允许高达0.003英寸(0.08毫米)的总显示跳跃(TIR)的轴直径1.625英寸至6.500英寸(41至165毫米)。一个更严格但更简单的标准是限制跳动不超过0.001英寸(0.025毫米)的2极电机,0.002英寸(0.051毫米)的4极电机和0.003英寸(0.076毫米)的6或更多极电机。

在线电机测试

在线(运行)测试因机器类型而异(如:鼠笼感应、同步、绕线转子)。如果电机能安全运行,这些可能包括测量起动(浪涌)电流、线路电压和电压不平衡。在大型电机或由变频驱动(VFDs)驱动的电机上,检查轴电流也很重要。

侵入电流测试。严格说来,侵入不对称的直流偏置,发生在第一个周期,或几个周期,交流电动机通电后(见图3),根据NEMA标准。1毫克,侵入电流可以锁定转子电流的1.8至2.8倍,这是典型的六到八倍满载电流。因此,它可能是多达22 (2.8 x 8)倍的满载电流。对于大于典型堵转电流的电动机,堵转电流可以高到足以使断路器跳闸。在进行测量时,除非电流表能测量瞬时涌流(峰值)电流,否则它只会指示稳态的堵转子电流。

图3:电机涌流的不对称偏移。礼貌:负责

图3:电机涌流的不对称偏移。礼貌:负责

线到线电压测试。根据NEMA标准mg1,线路电压应在电机额定电压的10%以内,根据IEC标准60034-1,线路电压应在电机额定电压的5%以内(在有限的持续时间和发生频率为10%)。过高的电压会增加电机磁芯的发热,而过低的电压会降低其转矩能力(见表2)。没有经验法则来估计过电压是否会增加或减少电机电流,欠压也是如此。

表2:线电压变化如何影响温度和效率的示例。礼貌:负责

表2:线电压变化如何影响温度和效率的示例。礼貌:负责

不平衡电压测试。与电压相关的另一个因素是不平衡电压。根据NEMA STD。MG 1,如果电压不平衡超过1%,则应将去额定电动机 - 这一要求通常与电压变化的公差混淆(参见图4)。根据NEMA STD,公用事业公司经常限制其供电的电源不平衡,以3%。MG 1,需要将马力降低12%。由于这通常是不切实性的,许多电动机最终在不平衡电压上运行,输出扭矩降低和增​​加电流。由于NEMA STD,电流较高尤为显着。MG 1表示,随着负载的电流不平衡可能是百分比电压不平衡的六到10倍。将该规则应用于3%的电压不平衡,电流不平衡可能为18%至30%。

图4:根据NEMA STD降低电压不平衡。MG 1.礼貌:EASA

图4:根据NEMA STD降低电压不平衡。MG 1.礼貌:EASA

加热是绕组中功率损耗的函数;具体来说,就是电流的平方乘以电阻(I2R).在3%的电压不平衡时,由于相关的电流不平衡,绕组的最高电流“支路”可能会多产生约18%的热量。额外的热量是通过计算两倍的电压不平衡的平方来估算的,在这种情况下:

2 x 3.2= 18%

绕组的热扫描,如果可能的话,可以记录由不平衡电压和电流条件造成的实际温度。

红外thermographic扫描电机的外观也可以显示领域的异常加热(见图5)。尽管没有特定的外表面温度标准(“皮肤”)的电机,电机表面温度比较在相同或相似的负载条件下相同的评级可能揭示加热异常。

图5:驱动鼓风机的电机。左侧的正常图像,右侧的热图像。礼貌:负责

图5:驱动鼓风机的电机。左侧的正常图像,右侧的热图像。礼貌:负责

轴电流测试。大型电机和变频驱动(VFDs)提供的电机应该检查轴电流(见图6),即使没有怀疑轴电流。例如,在大型电动机中,由于分段分层而产生的磁路不对称会引起轴电流。同样,VFDs可以通过电容耦合将转子和定子连接起来,产生循环的“轴”电流,从而导致轴承过早失效。

现场测试是必要的,以检测轴承电流从VFDs和一些其他原因。在这种情况下,直接测量电流是不实际的,因为它需要在电机内部的轴上缠绕一个电流互感器——也就是在轴承之间。另一种方法是测量从机架到轴的电压,以确定它是否足以指示损坏轴的电流。

用于测量现场轴电压的方法是将一个真正的根性平衡(RMS)电压表的一个引线连接到框架(油脂配件是一个良好的位置),并且使用刷子装置将另一个到轴(e.g., a fine copper wire such as a brush shunt) to drag the shaft and sense the voltage. Directly sensing the voltage from the shaft with a meter lead is not recommended because it typically will not maintain continuous contact.

图6:轴电流路径通过电动机。礼貌:负责

图6:轴电流路径通过电动机。礼貌:负责

如果滚动轴承的感应电压超过100毫伏交流电或套筒轴承的感应电压超过200毫伏交流电,则可能存在损坏轴电流。美国电气工业协会标准mg1的另一个标准是,如果测量到的轴两端电压超过300毫伏交流电,则可能存在损坏轴电流。

最后的想法

电机的现场测试和检查是维护必要的、经常是关键的机器的重要组成部分。花点时间了解正确的测试和程序,以及如何应用它们,将使您能够提高可靠性并降低成本。

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Thomas H. Bishop,P.E.
作者简介:托马斯·毕晓普是圣路易斯EASA公司的高级技术支持专家。EASA是CFE的媒体内容合作伙伴,是一个由大约70个国家的1800多家公司组成的国际贸易协会,销售和服务机电设备。