Inverterek és villanymotorok diagnosztikája 5 lépésben

Működési mechanizmusuknak köszönhetően a hajtástervezésben használt frekvenciaváltók (VFD-k) mérése nehézségeket okoz a motorok és a kapcsolódó berendezések tesztelése során. Gyakran egy multiméter nem elég, és korszerűbb mérőeszközre, például oszcilloszkópra vagy szkópméterre van szükség.

Oszcilloszkóp vagy szkópméter használatával a VFD (Variable Frequency Drive) 5 lépésben diagnosztizálható (1. ábra):

• a VFD bemeneten,

• a közbülső modulon,

• a VFD kimeneten,

• a motorcsatlakozókon,

• a motortengelyen.

1. ábra  A VFD sematikus ábrája

Ezek a mérések tetszőleges sorrendben elvégezhetők, sőt, ha a helyzet megengedi, akkor egyes lépések kihagyhatók.

1. lépés A VFD bemeneti mérések

Ezek a mérések elsődlegesen a VFD-re betáplált teljesítmény potenciális minőséghibáinak észlelését teszik lehetővé (2. ábra).

2. ábra  A VFD bemenetmérések (egyenirányító által okozott áramtorzítás)

A diagnosztika kezdhető a THDu és a THDi paraméterek mérésével. A magas THDi érték (35%-nál nagyobb) azt jelezheti, hogy a VFD nem megfelelő az adott alkalmazáshoz. A magas THDu érték a teljesítmény minőségi problémáira utalhat. Ez azt jelenti, hogy további diagnosztikát kell végezni az esedékes szervizelésnél.
Amennyiben hozzáférhető legalább 3 bemenettel rendelkező oszcilloszkóp vagy szkópméter, mérhető az aszimmetria (3. ábra), ami szintén befolyásolja a teljesítmény minőségét.

3. ábra  Aszimmetriamérés szkópméterrel

A túlzott mértékű aszimmetria (2%-nál nagyobb) hátrányosan befolyásolja a VFD működését, további veszteségeket hoz létre és a készülék túlmelegedéséhez vezet. Az aszimmetria mérésénél nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy szigetelt bemenetekkel ellátott eszközt kell használni (4. ábra).

4. ábra  Feszültségmérés két fázisvezeték között, szigetelt bemenetekkel ellátott szkópméterrel

A VFD bemenetén mért cosφ értékek alapján meghatározható a készülékekbe szerelt fázisjavító kondenzátor állapota is. Nem szabad elfelejteni, hogy a fázisjavító kondenzátor meddő teljesítményt adhat le a motorra, ezért magas cosφérték (0,95–0,99) várható. Az alacsonyabb érték a fázisjavító kondenzátor károsodására utalhat.

2. lépés A közbülső modul mérései

A közbülső modul mérésével leválasztható a DC jel AC komponense. Ezzel pedig ellenőrizhető az egyenirányító működése.
Ha a DC buszfeszültség mérésekor a VFD 3 × 480 V hálózati betáplálást kap, akkor az RMS értékeknek 678 V körül kell lenniük.
DC buszmérés során a következő diagnosztikai lépés a DC jelről leválasztott AC komponens rögzítése. Ezeknek a méréseknek az eredményei alapján lehet meghatározni a fázisjavító kondenzátor állapotát. 40 V RMS értéknél magasabb búgófeszültség a kondenzátorok károsodását jelezheti vagy arra utalhat, hogy a VFD névleges teljesítménye nem elegendő a villanymotorhoz (5. ábra).

5. ábra  DC busz mérése (balra), az AC búgófeszültség mérése egy DC jelben (jobbra)

A gyakorlatban azonban a VFD DC buszának könnyen hozzáférhető csatlakozóinak hiánya akadályozhatja a mérést.

3. lépés A VFD kimeneti mérések

A VFD kimenet diagnosztikájához feszültség- és áramerősség-mérést, modulált jelanalízist, feszültség- és áramaszimmetria-számításokat kell végezni (6. ábra).

6. ábra  A VFD kimenet korlátozott mintavételi rátával történő mérése lehetővé teszi a feszültség és az áramerősség RMS értékének mérését

Rendkívül hasznosak a VFD kimenet és a DC busz egyik pólusa között végzett mérések. Ezen mérések segítségével megmérhető az inverter frekvenciabillentyűzése.
A VFD bemenet méréséhez hasonlóan ez a mérés is lehetővé teszi az aszimmetria ellenőrzését (7. ábra).

7. ábra  20 MHz frekvencián végzett mérésekkel megállapítható a feszültség frekvenciamodulációja

4. lépés A motorcsatlakozó mérései

A motorcsatlakozókon végzett méréssel ellenőrizhetők a VFD és a villanymotor között visszavert impulzusok (8. ábra), amelyeket a két eszköz impedanciaeltérése okoz.

8. ábra  Modulációmérés a motorbemeneten látható visszavert impulzusokkal

A visszavert impulzusok károsíthatják a villanymotor szigetelését. A visszavert impulzusok ellenőrzéséhez meg kell mérni a dU/dt paramétert, majd össze kell hasonlítani a motorgyártó üzemelési és karbantartási dokumentációjában szereplő adatokkal (9. ábra).

9. ábra  Visszavert impulzusok részletes mérése 40 µs időablakban

5. lépés A motortengely mérései

A diagnosztika ezen szakaszában meg kell határozni, hogy az inverter károsítja-e a villanymotor csapágyazását. Ennek elvégzéséhez magas mintavételi rátával (500 MHz) működő oszcilloszkópot vagy szkópmétert kell használni, mivel a csapágyfeszültségek rendkívül rövid ideig (ns-ban mérhető időtartamig) tartó események. Ráadásul egy adaptert is használni kell, amely lehetővé teszi a mérést a motor járása közben (10. ábra).

10. ábra  Adapter a járó motorok méréséhez

11. ábra  Feszültségmérés a tengelyen oszcilloszkópmódban (balra) és eseményszámlálás- módban (jobbra)

A jó mérési gyakorlat az események (kisülések) megszámlálása, ahogy a mért jelben megjelennek. 8 V RMS értéknél magasabb feszültségek komoly kockázatot jelentenek a csapágyakra (11. ábra).

www.fluke.com