Verbessern Sie die Fehlerbehebung bei Frequenzumrichtern

Verbesserungen in der Technologie des Frequenzumrichters (VFD) haben zu niedrigeren Kosten, höherer Zuverlässigkeit und erhöhtem Einsatz geführt. Die meisten modernen VFD-Systeme verfügen über eine interne Diagnose, die bei Fehlern eine automatische Abschaltung bewirkt. Allerdings lässt sich die Ursache dieser Fehler manchmal nur schwer lokalisieren und beheben. Allerdings können Motortests im stromlosen und stromlosen Zustand wertvolle Erkenntnisse liefern, die dabei helfen, viele dieser Probleme zu identifizieren. In diesem Artikel wird erläutert, wie diese Motortesttechniken in die VFD-Fehlerbehebung integriert werden können.

Ein VFD richtet den eingehenden dreiphasigen Wechselstrom (AC) gleich, um einen Gleichstrombus (DC) zu erstellen. Der Gleichstrombus verwendet Kondensatoren, um den gleichgerichteten Gleichstrom als Eingang für den Wechselrichterabschnitt zu glätten. Im Wechselrichterbereich verwendet die Steuerung Mikroprozessoren zur Steuerung von Halbleiterschaltern, die die Gleichspannung in eine variable dreiphasige Wechselspannung und Frequenz umwandeln, die dem Motor zugeführt wird.

Durch die Steuerung der Zeitdauer, in der die Halbleiter (siliziumgesteuerter Gleichrichter [SCR] oder Bipolartransistor mit isoliertem Gate [IGBT]) zünden, moduliert die Breite der Gleichstromimpulse den Gleichstrom, um eine simulierte dreiphasige Eingangsspannung mit variabler Spannung zu erzeugen und Häufigkeit. Die Frequenz der Eingangsspannung bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das Magnetfeld um den Stator dreht. Die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld anliegt, wird als Synchrongeschwindigkeit (SS) bezeichnet.

Aufgrund der Schalteigenschaften des Wechselrichterkreises können VFDs zu Problemen mit der Stromqualität (PQ) führen, indem sie Oberschwingungen in das elektrische System der Anlage einbringen. Darüber hinaus können VFDs auch empfindlich auf eingehende PQ-Probleme reagieren und zu einer Abschaltung führen. Viele VFDs verfügen über eine interne Elektronik, die die Ursache der Abschaltung anzeigt. Diese allgemeinen Codes weisen die Ursache von Überspannung, Überstrom, Überlast, Spannung, Stromunsymmetrie, Übertemperatur oder externen Fehlern zu. Diese Informationen sind wichtig, aber die eigentliche Frage ist: Was hat den Fehlerzustand verursacht? Wird der Fehlerzustand durch den VFD verursacht oder tritt er beim VFD auf?

Tritt der Fehler beim Frequenzumrichter auf, kann dies auf eingehende Stromversorgung, Verbindungsprobleme, eines der vielen Motorprobleme oder Fehler in der angetriebenen Maschine oder im Prozess selbst zurückzuführen sein. Wenn der Fehler durch den VFD verursacht wird, kann dies auf den Ausfall oder den Ausfall elektronischer Komponenten zurückzuführen sein. Zu den häufigsten Fehlern gehören Dioden im Gleichrichterabschnitt, Kondensatoren am DC-Bus oder ein Ausfall oder Ausfall eines Halbleiters im Wechselrichterabschnitt.

Die Motorschaltkreisanalyse (MCA) ist eine Motortesttechnik, bei der eine Reihe von Niederspannungs-Wechsel- und Gleichstromsignalen durch die Motorwicklungen eingespeist werden, um das gesamte Motorsystem gründlich zu bewerten, während der Motor stromlos ist. MCA-Motortests können direkt am Motor oder entfernt vom Ausgang des VFD durchgeführt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen stromlosen Motortests, bei denen Rotorprobleme oder sich entwickelnde Wicklungsisolationsausfälle nicht erkannt werden, liefern MCA-Tests einen frühen Hinweis auf sich entwickelnde Fehler im Erdungswandisolationssystem und in der Isolierung um die Leiter, die zur Herstellung der Spulen im Stator verwendet werden, sowie auf bestehende oder es treten Fehler im elektrischen Teil der Rotoren auf.

MCA kann Fehler im Frühstadium erkennen, aber auch schnell bestätigen, dass der Motor „in Ordnung“ ist, wodurch der Motor als Ursache für die VFD-Abschaltung ausgeschlossen werden kann. Durch die Durchführung des dreiminütigen Tests am Ausgang des VFD zeigt ein „gutes“ Ergebnis nicht nur an, dass der Motor in gutem Zustand ist, sondern auch, dass alle zugehörigen Kabel und elektrischen Komponenten im getesteten Stromkreis ebenfalls in gutem Zustand sind.

Sollten die Ergebnisse jedoch „schlecht“ sein, wird zusätzlich ein dreiminütiger Test direkt am Motor durchgeführt. Wenn der Motortest „gut“ ist, bedeutet dies, dass der Test ordnungsgemäß durchgeführt wurde und der Fehler in der Verkabelung oder im Controller liegt. Wenn der Motor einen sich entwickelnden Fehler anzeigt, stehen optionale MCA-Tests zur Verfügung, um festzustellen, ob der Fehler im Rotor- oder Statorstromkreis liegt.

Die Niederspannungs-Gleichstromprüfungen liefern Hinweise auf Verbindungsprobleme im zu prüfenden Stromkreis, um zu bestätigen, dass alle externen und internen Verbindungen ausreichend fest sind. Die Reihe von Wechselstromtests untersucht die Wicklungsisolierung und identifiziert die kleinen Veränderungen, die in der chemischen Zusammensetzung der Wicklungsisolierung auftreten, wenn sich die Isolierung zwischen den Leitern zu verschlechtern beginnt.

Der optionale dynamische Test erfordert eine manuelle Drehung der zu prüfenden Motorwelle und entwickelt eine Statorsignatur, die alle sich entwickelnden Fehler in der Isolierung um die Leiter in den Spulen identifiziert, aus denen das Statorwicklungssystem besteht. Die Rotorsignaturen identifizieren Fehler im elektrischen Rotorsystem wie statische oder dynamische Exzentrizität, Risse, Brüche oder Gusshohlräume in den Rotorstäben oder Endringen.

Die elektrische Signaturanalyse (ESA) nutzt die Eingangs- und Ausgangsspannung und den Strom des Frequenzumrichters, um schnell den Zustand und die Qualität der dem Antrieb zugeführten Energie sowie die vom Antrieb an den Motor ausgegebene Spannung und Stromstärke zu analysieren. Jeder dieser Tests dauert weniger als eine Minute. Die Durchführung von ESA-Motortests am Eingang und Ausgang des Antriebs liefert ein vollständiges Profil der Eingangs- und Ausgangsleistung.

Bei jedem Test wird eine gleichzeitige Datenerfassung aller drei Spannungs- und Stromphasen durchgeführt, um PQ-Tabellen für jede der drei Phasen zu erstellen. Außerdem werden 50 Millisekunden (ms) der Spannungs- und Stromwellenformen für alle drei Phasen erfasst, angezeigt und gespeichert. Darüber hinaus werden 50 Sekunden der Spannungs- und Stromwellenformen digitalisiert und verwendet, um schnelle Fourier-Transformationen (FFTs) mit hoher und niedriger Frequenz sowohl für die Eingangs- als auch für die Ausgangsspannung und -ströme durchzuführen.

Die Eingangsspannung des Antriebs liefert wertvolle Informationen über den Zustand der dem Antrieb zugeführten Eingangsspannung. Es berechnet jede Spannung, Stromunsymmetrie oder den Oberschwingungsgehalt der eingehenden Spannung oder des eingehenden Stroms. Der Eingangsstrom zeigt den Zustand der Diode im Gleichrichterabschnitt des Antriebs an. Bild 2 zeigt die Stromwellenform, wenn alle Dioden ordnungsgemäß zünden. In Bild 3 lässt sich schnell erkennen, dass eine oder mehrere der Dioden nicht richtig zünden.

Die Ausgangsspannung des Antriebs liefert Informationen über den Zustand des Antriebs selbst sowie über die Qualität der dem Motor zugeführten Leistung. Dazu gehören unter anderem der ordnungsgemäße oder unsachgemäße Betrieb der Halbleiter in den Wechselrichterkreisen und ein sich entwickelnder Ausfall der DC-Bus-Kondensatoren. Bild 4 zeigt eine Momentaufnahme einer Phase des Spannungsausgangs des Antriebs, der Eingangsspannung des Motors.

Alle Ausgangsspannungswellenformen sollten relativ gleichmäßig und symmetrisch sein. Unsymmetrische Spannungsverläufe weisen auf fehlerhafte oder ausgefallene IGBTs hin. Welligkeiten im flachen Teil der positiven und negativen Teile der Wellenformen sind ein Hinweis auf defekte Kondensatoren im DC-Bus. Ein ausgefallener 20-Dollar-Kondensator kann ein ganzes Laufwerk zerstören.

Der Motorstrom fungiert als empfindlicher Wandler für das Motorsystem. Bestehende oder sich entwickelnde Fehler am Motor, der angetriebenen Maschine oder dem Prozess selbst führen zu einer Modulation des Motorstroms. Diese Modulationen im Ausgangsstrom weisen auf den elektrischen oder mechanischen Zustand oder etwaige Anomalien im Prozess selbst hin. Eine FFT auf den digitalisierten Spannungs- und Stromwellenformen identifiziert Fehler im Motor, wie z. B. gerissene oder gebrochene Rotorstäbe, statische oder dynamische Exzentrizität.

Mithilfe der gleichen Fehlerfrequenzen, die in der Schwingungsanalyse seit langem bekannt sind, können auch frühe Hinweise auf sich entwickelnde Ausfälle von Wälzlagern, Auswuchtungen und Ausrichtungszuständen der rotierenden Komponenten des Motors oder der angetriebenen Maschine schnell erkannt werden.

Die ESA-Software kombiniert alle im 50-Sekunden-Datenerfassungsprozess gesammelten Informationen und vergleicht sie mit vorgegebenen Standards, Richtlinien und Algorithmen, um die Diagramme, Tabellen und Anzeigen zu erstellen, die zur Bewertung des Zustands des gesamten Motorsystems von der Eingangsleistung bis zum Motor erforderlich sind Verfahren. Nach Abschluss der Bewertung erstellt die ESA einen vollständigen, detaillierten Bericht, der nicht nur aufkommende Probleme im elektrischen Teil, aufkommende Fehler in der angetriebenen Maschine oder anderen an den Motor angeschlossenen Geräten, sondern auch Anomalien im Prozess hervorhebt, die zum Auslösen des VFD führen könnten . Der erstellte Bericht enthält auch Einzelheiten zu den Messungen, die innerhalb vorgegebener Richtlinien liegen, wodurch die meisten Vermutungen, die normalerweise mit der VFD-Fehlerbehebung einhergehen, entfallen.

Durch die Einbeziehung von MCA und ESA in den VFD-Standard-Fehlerbehebungsprozess stehen dem Analysten die detailliertesten Informationen zur Verfügung, mit denen er schnell feststellen kann, ob der Fehler vom VFD verursacht wird oder beim VFD aufgetreten ist. Die dreiminütige MCA identifiziert fehlerhafte Motoren und kann den Motor als Fehlerursache beseitigen und sicherstellen, dass ein neuer Motor fehlerfrei installiert wird. Die ESA bestätigt in einem Test, der weniger als 1 Minute dauert, dass die Stromversorgung zum und vom VFD fehlerfrei ist.

William Kruger kam 2004 als technischer Manager zu ALL-TEST Pro. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter alltestpro.com.