本期Vibration News
动态功率传感器
用于提高电机故障诊断能力

Michael Thevanh
本特利内华达公司 高级工程师
David Westmoreland
本特利内华达公司 工程师






 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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图1：功率与负荷的关系

 

 

 

 

 

 

 

  

    如今，越来越多的工业设备采用电力作为原动力驱动机器，这有许多好处：提高了工厂自动化，完善了电力工业标准，发展了燃气发电技术，使用了更多的电动马达以及为了更好的过程控制而采用的带有电动马达的变频驱动装置。与此同时，在工厂中利用蒸汽作为电力中断时的备用系统的做法在不断减少。

    当工厂越来越多地使用电动马达来驱动他们的设备的时候，提高发电能力和增强配电系统的可靠性就成为趋势。由于工厂生产过程越来越依赖于电动马达，有效地保护这些机械就变得十分必要。

瞬态功率的测量
    本特利内华达公司开发了功能强大的诊断工具，使得用户可以对马达进行更详细的诊断，并且更有效地利用动态功率信息。动态功率传感器（ Dynamic Power Transducer，DPT)可以测量马达消耗的或电机发出的瞬时功率。动态功率传感器是独一无二的，这是因为在测量瞬态功率的同时，它也可以测量瞬态电流和瞬态电压。这可以帮助用户从负荷问题中区分出电机/马达线的 问题。瞬态功率包含了静态（平均）功率和动态功率成分, 这可以探测到短时的功率脉冲，而这一信号可以指示出潜在的机械故障。传统的瓦特表只能够提供平均功率读数而没有记录短时功率脉冲的能力。

    单相或三相功率信号中的静态（dc）分量具有如下特点：

· 大多数功率仪表经计算或直接读出的量值
· 与发电机发出的平均功率或马达消耗的平均功率成线性关系
· 可以用作总的发电或消耗的功率的趋势值
· 根据信号极性反映平均功率流方向的一种方式
    三相功率信号的动态成分可以帮助识别以下故障：

· 相电压不平衡
· 相电流不平衡
· 电磁转子和静子异常
· 快速的过程变化
· 动力线故障或马达——电机谐波
· 一路或多路动力线相位丢失
    当已知扭矩信号（TorXimitor® signal )时，三相动功率信号可以用来计算马达或发动机的电的和机械的效率。
动态功率传感器具有下列特点：

· 可以安装在任何交流马达或发电机上。动态功率传感器典型的安装方式是安装在马达控制室而不是安装在马达上。
· 兼容三线或四线制中Δ（三角，Delta）或Y（星形）系统。
· 提供瞬态信号的缓冲输出。这一输出可以提供信号给本特利内华达公司的3300、3500系统和 ADRE for Windows 便携式故障诊断设备。
· 可以固定安装，避免频繁接触高电压。
· 可与变频驱动电动马达相匹配。
· 当三相系统电压低于600Vrms时不需要电压转换器。
· 电压和电流输入状态的发光二极管显示。
为什么用功率监测来代替电流监测？
    功率与负荷成线性关系。功率的变化直接反映出负荷的变化（图1）。

    功率的灵敏度更高。在轻负荷的时候功率相对于负荷变化的灵敏度是电流的10倍，这是因为功率因数与功率测量有关。在无负荷的时候，功率因数可以低到 0.1 而满负荷时功率因数可高到0.9。
动态功率传感器的输入   
    动态功率传感器有三种输入：

· 就地功率：110 或 220 Vac。
· 三相电压。
· 三种电压模式（Three voltage-mode), 来自电流传感器的电流信号，例如霍尔效应电流感应器和并联电流（shunted current）传感器。
动态功率传感器输出
    动态功率传感器可以提供缓冲输出信号，这些瞬态输出信号正比于：

· 三相功率，静态和动态
· 单相功率，静态和动态
· 电压
· 电流
    我们的目标是向您提供有价值的测量工具，使您能够及早地发现正在发展中的问题，尽可能地减少维修费用，消除基本故障。从疑难的电流扰动到机械故障，监测动态功率以及其特性，为了解机械和生产过程提供新的方法。使用动态功率传感器，您可以通过提高工厂资产的管理和可靠性来提高工厂的利润。