变频电机驱动器(vfd)在电机控制和系统效率方面的收益使得这些设备在现代建筑控制和制造系统中几乎普遍存在。
“vfd控制电机是当今几乎所有新设备的标准选择，在这一点上几乎无处不在，”Dave Williams说，该公司技术服务主管麦金斯，专业c总部位于西雅图的咨询、建筑、能源和设施服务公司。“vfd对我们的客户来说也是一个很好的改造选择，如果我们维护的电机不是由vfd控制的，那么我们建议安装它们。vfd使我们能够以以前不可能实现的方式有效地将电机输出与负载匹配，并为我们的客户节省大量能源。”
通过控制电动感应电机的速度和输出，VFD可以调整驱动设备(如泵和风扇)的性能，以精确地满足不断变化的需求，并且不需要老式系统所需的阀门、皮带、百叶和其他机械控制设备的复杂性。但这是一种权衡。
挑战:轴电压
Williams说:“我们通过为潜在客户提供服务合同，专注于维护建筑环境。”“我们提供一系列的维护计划，从季度检查到一年一次。我们定期检查他们的设备，进行测量，记录设备参数。我们维护着许多关键环境，如数据中心和制造设施，在这些环境中，我们非常关注电机操作。其中一种方法是测量轴电压。”
VFD的工作原理是将输入的三相线路功率转换为直流电流，然后从直流电流产生合成的三相正弦波输出。输出的频率可以调整或变化(VFD中的V)来控制电机的速度和输出。
威廉姆斯说:“正常的交流电力被输送到交流电机之间是平衡的。”“然而，当交流电源通过VFD时，功率不再平衡，由于脉冲宽度调制(PWM)逆变器中使用的高速开关频率，电机轴上产生电压。其意义在于，该电压建立并寻找接地路径，如果电机轴没有接地，那么阻力最小的路径通常是通过电机轴承。”
虽然电机外壳接地，但轴通常不接地。在这些条件下，电压将继续建立在电机轴上，直到它达到一个足够大的水平，电弧横跨电机轴承到电机外壳和地面。“当电压在电机轴承上形成弧线时，它会破坏轴承润滑剂，并使轴承滚动元件凹坑，损坏它们。”
不要迷失方向
由PWM逆变器固有的快速开关频率提供动力的电机可能会经历高达70 V或更高的轴电压。这样的电压可以克服轴承润滑剂的绝缘性能。当穿过轴承时，产生的电弧会导致点蚀、凹槽、融合坑，并最终导致轴承过早失效。“这已经成为一个普遍的问题，”威廉姆斯说，“任何由变频器控制的电机都很容易受到影响。”
通过结合接触式和非接触式纳米间隙技术的各种轴接地套件，可以提供一些保护，并将轴电压导向地面。
关键设施(如数据中心、生产线或建筑环境系统)中的电机故障是破坏性的和昂贵的。因此，McKinstry预防性维护计划长期以来一直包括电机轴承分析。
“轴承损坏发生的原因有很多，”威廉姆斯说。“轴承损坏可能是由肮脏的润滑剂，腐蚀，缺乏润滑，过度润滑，电机负荷过大，以及许多其他原因造成的。但在损坏已经发生之前，我们很难诊断是轴电压造成的损坏。”
新见解
今天，这个问题已经解决了。McKinstry一直在测量电机轴电压使用特殊的轴探头和雷竞技appFluke 190系列II ScopeMeter®四通道手持示波器，可以检测轴电压问题，并在轴已正确接地后验证固定。该程序可能成为其预防性维护过程的标准部分。
“除了轴承测试之外，”威廉姆斯说，“这可能是轴承内部发生情况的一个主要指标，这将是我们为客户使用的初步测试，它将为我们提供一个很好的基线信息。
“这确实适用于任何客户，但特别是对于新客户和他们有关键应用的场所，我们将通过和测试轴电流和电压，看看是否有任何初步的东西，以衡量电机如何在轴电压方面运行。”
设置很简单
威廉姆斯说，测试的准备工作很简单。技术人员只需要有限的指导。“15到20分钟就可以了，”威廉姆斯说。
在许多测试情况下，系统必须暂时关闭，以消除来自移动设备或带电电路的危险。然后，技术人员使用磁性底座将超细纤维探头与电机轴接触。在安全和方便的情况下，探头可以用手拿着。第二个探针与电机外壳接触。然后设备正常运行，读数记录在仪表上ScopeMeter显示轴电压波形。
结果可能是戏剧性的，因为是轴正确接地与套筒设计的目的(见图1和2)的差异。
“我认为我们还没有设定一个门槛，”威廉姆斯说。“我们看到的一些电压在十几岁，甚至更高。这显然表明有电压通过传动轴。通常情况下，对于一个已经消除了问题的电机来说，它已经降到了接近零的水平。”
眼见为实
Williams说:“我们一直在安装所谓的井下接地装置。“它由某种碳元素组成，要么是一个刷，要么是一个硬碳元素，它骑在轴上，因此为你的电压提供了一条通往地面的路径——一条通过轴接地套件的阻力最小的路径，而不是通过轴承。”一些套件安装在电机的驱动端，而另一些则安装在非驱动端。Williams表示，每次安装这种套件的成本可达400至500美元。
很难说服客户为这样的解决方案买单吗?
威廉姆斯说:“不适合处于关键环境的客户，因为那里有了解技术问题的技术人员。他们听说过这个问题，也理解它。有了这个图表，眼见为实。能够向他们展示这一点是关键。”
威廉姆斯预计，即使在完成销售并安装套件之后，还会定期进行后续测试，以确保修复程序仍然有效。
“每个机械系统最终都会失灵，”他说。“所以你仍然需要读数。你可能不需要每季度做一次，就像我们做维护检查一样，但你可能每年做一次，以确保系统仍然正常工作。无论客户想要和需要什么样的保护。”
更高水平的服务
对于关键客户，比如那些拥有价值数百万美元的设备和信息的运营数据中心，顶级的保护已被证明是有价值的。
威廉姆斯说:“我们的员工一直在使用该工具，结果非常显著。”“他们在我们维护的这些数据中心的许多电机中发现了瞬态电压，这让客户大开眼界。它为我们的客户提供了更高水平的服务和保护，并为我们提供了前所未有的信息。
他补充说:“我们对这项技术感到兴奋的一个原因是，我们认为它使我们有能力在电机操作方面为客户提供真正的价值。”“我们可以在损害发生之前捕捉到它们，这是关键。您可以为客户消除停机时间。这是黄金。”
关于麦金
McKinstry成立于1960年，是一家提供全方位设计、建造、运营和维护(DBOM)服务的公司，拥有1600多名员工，年收入约4亿美元。McKinstry的专业人员和贸易人员提供咨询，建筑，能源和设施服务。作为DBOM流程的早期采用者，该公司提倡协作和可持续的解决方案，旨在确保居住者的舒适性，提高系统效率，降低设施运营成本，并最终优化客户的盈利能力。