电动机是许多工业过程中的关键部件，可占工业工厂总能耗的70%，消耗全球总发电量的46%。考虑到它们对工业过程的关键性质，与故障电机相关的停机成本可能是每小时数万美元。确保电机的高效和可靠运行是维修技术人员和工程师每天面临的最重要的任务之一。
电力的有效利用不仅仅是一个“美好的拥有”。在许多情况下，能源效率可能意味着盈利能力和财务损失之间的差异。而且，由于电机在工业中消耗了如此大的一部分能源，它们已经成为产生储蓄和保持盈利能力的主要目标。此外，通过提高效率和减少对自然资源的依赖来节省开支的愿望促使许多公司采用ISO 50001等行业标准。ISO 50001标准为建立、实施和维护能源管理系统以实现可持续节能提供了框架和要求。
传统的电机测试方法
传统的测量电动机性能和效率的方法已经被很好地定义，但该方法的设置成本高，并且难以应用于工作过程。事实上，在许多情况下，电机性能检查甚至需要完全关闭系统，这可能导致昂贵的停机时间。为了测量电动机的效率，必须在大范围的动态操作条件下确定电力输入功率和机械输出功率。传统的测量电机性能的方法首先需要技术人员将电机安装到电机试验台。试验台由被测电机组成，安装在发电机或测功机上。
然后，被测电机通过轴连接到负载上。轴上有一个速度传感器(转速表)和一组扭矩传感器，扭矩传感器提供数据，使机械功率能够计算出来。该系统提供的数据包括速度、扭矩和机械功率。一些系统还包括电力测量功能，以便计算效率。
效率计算公式为:
ɳ(效率) =
机械功率
电力
在测试过程中，负载是变化的，以确定在一系列操作模式下的效率。试验台系统可能看起来很简单，但有几个固有的缺点:
- 电机必须停止使用。
- 电机负载并不能真正代表电机在工作时的负载。
- 在测试期间，操作必须暂停(造成停机时间)或必须临时安装更换电机。
- 扭矩传感器价格昂贵，工作范围有限，因此可能需要几个传感器来测试不同的电机。
- 一个电机试验台，可以覆盖广泛的电机是昂贵的，这种类型的试验台的用户通常是专业的电机维修或开发机构。
- “真实世界”的运行条件没有被考虑在内。
电机参数
电动机是根据负载为特定类型的应用而设计的，因此每个电机都有不同的特性。这些特性根据国家电气制造商协会(NEMA)或国际电工委员会(IEC)标准进行分类，对电机的运行和效率有直接影响。每个电机都有铭牌，详细说明关键电机运行参数和效率信息，符合NEMA或IEC的建议。然后可以使用铭牌上的数据将电机的要求与真实的操作使用模式进行比较。例如，在比较这些值时，您可能会了解到电机超过了其预期的速度或扭矩规格，在这种情况下，电机的寿命可能会缩短或可能发生过早故障。其他影响，如电压或电流不平衡和谐波与较差的电能质量也可能降低电机性能。如果这些条件中的任何一个存在，电机必须降级-即电机的预期性能必须降低-如果没有产生足够的机械功率，可能会导致过程中断。根据NEMA标准，根据电机类型指定的数据计算降额。NEMA和IEC标准确实有一些不同，但基本上遵循相同的路线。
实际运行条件
在电机试验台上测试电机通常意味着电机在可能的最佳条件下进行测试。相反，当电机在服务中使用时，最佳操作条件通常不存在。这些操作条件的差异都会导致电机性能的下降。例如，在工业设施内部，可能安装了对电能质量有直接影响的负载，导致系统不平衡，或可能导致谐波。这些情况都会严重影响运动表现。此外，电机驱动的负载可能不是最优的或与电机的原始设计不一致。负载可能过大，电机无法正确处理，或由于过程控制不良而过载，甚至可能因异物阻塞泵或风扇叶轮而引起的过度摩擦而受到阻碍。捕获这些异常可能很困难，而且非常耗时，使得有效的故障排除成为问题。
新方法
Fluk雷竞技appe 438-II电能质量和电机分析仪为测试电机效率提供了一种精简且具有成本效益的方法，同时消除了外部机械传感器的需要和昂贵的停机时间。Fluk雷竞技appe 438-II，基于Fluke 430-II系列电能质量和能量分析仪，具有测量电能质量的完整能力，同时还测量直接在线电动机的机械参数。使用来自电机铭牌的数据(NEMA或IEC数据)加上三相功率测量，438-II计算实时电机性能数据，包括速度，扭矩，机械功率和效率，而不需要额外的扭矩和速度传感器。438-II还直接计算电机在工作模式下的降额因素。
Fluke 438-II执行这些测量所需的数据由技雷竞技app术人员或工程师输入，包括额定功率(kW或HP)、额定电压和电流、额定频率、额定cos φ或功率因数、额定使用因数和来自NEMA或IEC类的电机设计类型。
它是如何工作的
Fluk雷竞技appe 438-II单元通过将专有算法应用于电子波形信号，提供机械测量(电机转速、负载、扭矩和效率)。该算法结合了基于物理和数据驱动的感应电机模型，而不需要估计电机模型参数(如定子电阻)所需的任何预测量测试。电机速度可以从电流波形中的转子槽谐波估计出来。电机轴转矩可以与感应电机的电压、电流和滑差通过众所周知但复杂的物理关系联系起来。电力是通过输入电流和电压波形来测量的。在获得扭矩和速度估计后，用扭矩乘以速度计算机械功率(或负载)。电机效率的计算方法是将估计的机械功率除以测量的电力功率。雷竞技app福禄克进行了广泛的测试与仪表电机驱动测功机。测量实际电力，电机轴扭矩和电机转速，并与438-II报告的值进行比较，以确定精度水平。
总结
虽然测量电动机性能和效率的传统方法已经被很好地定义，但它们不一定得到广泛实施。这在很大程度上是由于为了测试而将电机(有时是整个系统)离线而导致的停机成本。Fluk雷竞技appe 438-II提供了非常有用的信息，到目前为止，获取这些信息非常困难和昂贵。此外，Fluke 438-II使用其雷竞技app先进的电能质量分析功能，在系统处于实际运行模式时测量电能质量健康状态。通过消除外部扭矩和独立速度传感器的需要，简化了关键的电机效率测量，从而可以在大多数工业电机驱动过程仍在使用时分析其性能。这使技术人员能够减少停机时间，并使他们有机会随着时间的推移趋势电机性能，使他们更好地了解整个系统的健康状况和性能。通过性能趋势，可以看到可能指示即将发生的电机故障的变化，并允许在故障前更换。