Fluke 87-5數字多用表測量調速馬達
Fluke 87-5數字多用表概述
在過(guò)去，馬達的維修一般是指處理傳統的三相馬達故障，這些故障主要是由進(jìn)水、灰塵、油脂、軸承損壞、馬達軸心偏離，或者僅僅是由正常老化造成的。但是，隨著(zhù)電子馬達的使用，馬達的維修已經(jīng)發(fā)生了很大程度的變化，更多的是對調速馬達驅動(dòng)（ASD）進(jìn)行維修。這些驅動(dòng)會(huì )帶來(lái)其特有的測量問(wèn)題，就連經(jīng)驗豐富的專(zhuān)家也會(huì )對此感到頭疼。
隨著(zhù)新技術(shù)的涌現，現在，我們第一次在安裝和維護驅動(dòng)期間即可以利用數字多用表對其進(jìn)行精確地電氣測量，并診斷損壞的元器件以及其它可能會(huì )引起早期故障的因素。
排障方法
技術(shù)人員會(huì )采用許多不同的方法診斷電路故障，好的維修人員在最后總能找到問(wèn)題所在。技巧就在于快速地跟蹤故障，并將因此造成的停機時(shí)間降至最低。
最有效的排障程序是首先從馬達開(kāi)始，然后系統地順藤摸瓜一直到電源電路，首先查找最明顯的問(wèn)題。通常我們花費大量時(shí)間和資金來(lái)更換完好的部件的時(shí)候，故障的原因僅僅是線(xiàn)路接觸不好。
 
在測試過(guò)程中，要注意測量的準確度。主觀(guān)上誰(shuí)也不準備測量錯誤的結果，但是卻很容易犯這種錯誤，尤其是在大容量、有很多電器噪聲的狀況下，例如變頻調速電機（ASD）。
同理，選擇正確的測試工具來(lái)進(jìn)行驅動(dòng)、馬達和和連接的排障也是至關(guān)重要的。在測量馬達驅動(dòng)輸出信號的電壓、頻率和電流時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。但是直到現在，市場(chǎng)上仍然沒(méi)有一款數字多用表可以精確地測量ASD。福祿克新型的Fluke 87V數字多用表，集成有可選的低通濾波器*，可以精確地測量驅動(dòng)的輸出信號，其測試結果和馬達驅動(dòng)控制器的顯示相一致�，F在，技術(shù)人員再不必猜測驅動(dòng)是否工作正常，直接可測得給定的控制設備的電壓、電流或頻率的準確值。

任何高質(zhì)量的真有效值多用表均可以測量輸入到ASD的功率。在不帶負載測量相－相電壓時(shí)，輸入電壓讀數的準確度應該在2%范圍之內。明顯的負載失衡會(huì )導致馬達工作異常，一旦發(fā)現，應立即糾正。
輸出端測量

脈寬調制馬達驅動(dòng)信號的示波器視圖
反過(guò)來(lái)說(shuō)，由于A(yíng)SD向馬達端子上輸出的是脈寬調制（PWM）的非正弦電壓信號，所以一般的真有效值多用表不能夠可靠地測量脈寬調制（PWM）馬達驅動(dòng)輸出端的信號。一般的真有效值數字多用表測得的是加到馬達上的非正弦信號的熱效應值，而馬達控制器的輸出電壓讀數僅顯示基波成份（一般從30 Hz到60 Hz）的真有效值。
產(chǎn)生這種矛盾的原因就在于帶寬和屏蔽�，F在許多真有效值數字多用表的帶寬達20 kHz或更寬，使其不但能夠響應基波成份（這是馬達真正響應的成份），而且會(huì )響應脈寬調制驅動(dòng)產(chǎn)生的高頻成份。并且如果數字多用表沒(méi)有屏蔽掉高頻噪聲的話(huà)，驅動(dòng)控制器的高頻噪聲電平就會(huì )造成測量結果的更大偏差。就是采取了帶寬和屏蔽措施，許多真有效值多用表所顯示的讀數仍然會(huì )比驅動(dòng)控制器顯示的值高出20%到30%。
福祿克的新型87V多用表采用了選擇性低通濾波器，在排障時(shí)，可在驅動(dòng)本身或馬達端子上精確測量驅動(dòng)輸出側的電壓、電流和頻率。利用所選擇的濾波器，Fluke 87V數字多用表讀出的電壓和頻率（馬達速率）應該和相關(guān)聯(lián)的驅動(dòng)控制顯示屏的顯示（如果有的話(huà)）相一致。在使用霍爾效應類(lèi)型的電流鉗的情況下，選擇性低通濾波器也可以保證電流測量的準確。當驅動(dòng)沒(méi)有顯示屏可供觀(guān)察時(shí)，在馬達的位置進(jìn)行這些測量是非常有用的。
安全地測量
在進(jìn)行任何電氣測量之前，請確保掌握相關(guān)的安全知識。如果使用不當，任何儀器都不能保證絕對安全，并且許多設備根本就不適合測量調速馬達。另外在特殊的工作環(huán)境和進(jìn)行特殊的測量時(shí)還要使用必要的個(gè)人防護用品。如果可能的話(huà)，盡量不要一個(gè)人單獨工作。
電氣測試設備的安全等級
美國國家標準協(xié)會(huì )（ANSI）和國際電工委員會(huì )（IEC）是為測試設備制造商定義安全標準的主要獨立機構。IEC 61010標準第二版為測試設備的安全規定了兩個(gè)基本參數：額定電壓和測量種類(lèi)級別。額定電壓是設備能夠進(jìn)行測量的最大連續工作電壓；種類(lèi)級別描述了給定種類(lèi)的測量環(huán)境。大多數三相ASD裝置應該屬于CAT III類(lèi)測量環(huán)境，由480V或600V配電系統提供電源。在使用數字多用表對這些系統進(jìn)行測量時(shí)，請確保其最少滿(mǎn)足CAT III 600V的要求，最好滿(mǎn)足CAT IV 600V/CAT III 1000V的要求。種類(lèi)級別和電壓極限一般會(huì )在前面板的輸入端子上查到。
新型的Fluke 87V數字多用表同時(shí)滿(mǎn)足CAT IV 600V 和CAT III 1000V的要求。
進(jìn)行測量
現在，我們利用福祿克新型Fluke 87V數字多用表進(jìn)行測量。以下的測量程序都是針對利用Fluke 87V數字多用表在控制板的端子板上測量480 V 的3 相驅動(dòng)裝置而設計的。這些程序同樣適用于由單相或3相電源供電的較低電壓的3相驅動(dòng)。在進(jìn)行這些測試時(shí)，馬達運行于50 Hz下。
輸入電壓
在驅動(dòng)處測量連接到驅動(dòng)的輸入端的交流電壓：
1.     選擇87V的交流電壓功能檔。
2.     將黑色探頭連接至其中一個(gè)三相輸入端子。該端將作為參考相。
3.     將紅色探頭連接至剩下兩相的其中一相的輸入端子，記錄讀數。
4.     保留黑色探頭不動(dòng)，將紅色探頭連接至第三相輸入端子，記錄讀數。
5.     確保這兩個(gè)讀數之差不超過(guò)1%。
輸入電流
在測量輸入電流時(shí)一般都需要一個(gè)電流鉗附件。在大多數情況下，不是輸入電流超過(guò)87V的電流功能可測量的最大電流，就是不能夠“斷開(kāi)電路”進(jìn)行串聯(lián)地測量電流。無(wú)論電流鉗屬于哪種類(lèi)型，要確保所有讀數之間的差異不超過(guò)10%。
交流電流鉗（i200、80i-400、80i-600A）
1.     將電流鉗連接至87V的公共端和400 mA輸入插孔。
2.     選擇mA/A ac（交流電流）功能
3.     依次用電流鉗夾住每一輸入電源的相線(xiàn)，并記錄各自的讀數。由于這些電流鉗在每1安培的電流下輸出1毫安的電流，所以87V上顯示的毫安讀數值即為以安培為單位的實(shí)際相電流值。
 
霍爾效應型（AC/DC）電流鉗（i410、i-1010）
1.     將電流鉗連接至Fluke 87V數字多用表的公共端和V/W輸入插孔。
2.     選擇87V的交流電壓功能。
3.     按下黃色的按鈕，使用低通濾波器。這樣，多用表即可濾掉驅動(dòng)控制器產(chǎn)生的所有高頻噪聲。一旦使用了低通濾波器，多用表即處于600mV手動(dòng)量程模式下。
4.     依次用電流鉗夾住每一輸入電源的相線(xiàn)，并記錄各自的讀數。由于這些電流鉗在每1安培的電流下輸出1毫伏的電壓，所以87V上顯示的毫伏讀數值即為以安培為單位的實(shí)際相電流值。
輸出電壓
在驅動(dòng)上或馬達端子上測量交流輸出電壓：
1.     將黑色測試線(xiàn)插入到公共插孔，紅色測試線(xiàn)插入到V/W插孔。
2.     選擇Fluke 87V數字多用表的交流電壓功能。
3.     將黑色探頭連接至其中一個(gè)三相輸出電壓或馬達端子。該端將作為參考相。
4.     將紅色探頭連接至剩下兩相的其中一相的輸出電壓或馬達端子。
5.     按下黃色按鈕，使用低通濾波器�，F在，記錄下讀數。
6.     保留黑色探頭不動(dòng)，將紅色探頭連接至第三相輸出電壓或馬達端子，記錄讀數。
7.     確保這兩個(gè)讀數之差不超過(guò)1%（參見(jiàn)圖2）。讀數應該和控制器顯示屏（如果有的話(huà)）顯示的值一致。
8.     如果不使用低通濾波器，多用表測得的輸出電壓讀數將會(huì )高出10%到30%，和普通的數字多用表測量結果一樣（參見(jiàn)圖1）。
 馬達速率（將電壓作為參考測量輸出頻率）
若要確定馬達的速率，僅需在使用低通濾波器時(shí)進(jìn)行頻率測量即可�？梢栽谌�
意兩個(gè)相電壓或馬達端子之間進(jìn)行測量。
 1.     將黑色測試線(xiàn)插入到公共插孔，將紅色測試線(xiàn)插入到V/W插孔。
2.     選擇87V的交流電壓功能。
3.     將黑色探頭連接至其中一個(gè)三相輸出電壓或馬達端子。該端將作為參考相。
4.     將紅色探頭連接至剩下兩相的其中一相的輸出電壓或馬達端子。
5.     按下黃色按鈕，使用低通濾波器。
6.     按下Hz（赫茲）按鈕。以Hz為單位顯示的讀數即是馬達的速率（參見(jiàn)圖4）。如果沒(méi)有87V的低通濾波器，則不可能正確地進(jìn)行測量（參見(jiàn)圖3）。
輸出電流。
交流電流鉗（i200、80i-400、80i-600A）
1.     將電流鉗連接至87V的公共端和400 mA輸入插孔。
2.     選擇mA/A ac（交流電流）功能
3.     依次用電流鉗夾住每一輸出相線(xiàn)，并記錄各自的讀數。由于這些電流鉗在每1安培的電流下輸出1毫安的電流，所以87V上顯示的毫安讀數值即為以安培為單位的實(shí)際相電流值。
霍爾效應型（AC/DC）電流鉗（i410、i-1010）
1.     將電流鉗連接至87V的公共端和V/W輸入插孔。
2.     選擇Fluke 87V數字多用表的交流電壓功能。
3.     按下黃色的按鈕，使用低通濾波器。這樣，多用表即可屏蔽驅動(dòng)控制器產(chǎn)生的所有高頻噪聲。一旦使用了低通濾波器，多用表即處于600mV手動(dòng)量程模式下。
4.     依次用電流鉗夾住每一輸入電源的相線(xiàn)，并記錄各自的讀數（參見(jiàn)圖6）。由于這些電流鉗在每1安培的電流下輸出1毫伏的電壓，所以87V上顯示的毫伏讀數值即為以安培為單位的實(shí)際相電流值。如果沒(méi)有87V的低通濾波器，則不可能正確地進(jìn)行測量（參見(jiàn)圖5）。
象測量輸入電流一樣，測量輸出電流通
常也需要電流鉗附件。無(wú)論電流鉗屬于
哪種類(lèi)型，要確保所有讀數之間的差異
不超過(guò)10%。
對于那些至少需要20安培工作電流的馬達，通過(guò)使用電流鉗測量頻率即可確定馬達速率。直到現在，噪聲一直是影響使用霍爾效應型電流鉗測量電流的準確度的因素。以下介紹如何使用低通濾波器進(jìn)行精確測量的方法。
用霍爾效應型（AC/DC）電流鉗測量馬達速度（i410、i-1010）
1.     將電流鉗連接至87V的公共端和V/W輸入插孔。
2.     選擇Fluke 87V數字多用表的交流電壓功能。
3.     按下黃色的按鈕，使用低通濾波器。這樣，多用表即可屏蔽驅動(dòng)控制器產(chǎn)生的所有高頻噪聲。一旦使用了低通濾波器，多用表即處于600mV手動(dòng)量程模式下。
4.     用電流鉗夾住其中一根輸出相線(xiàn)。確認87V的電流讀數至少為20安培（顯示的為20毫伏）。
5.     按下Hz（赫茲）按鈕�，F在讀數將馬達速率顯示為頻率測量的結果。
用交流電流鉗測量馬達速率（i200、80i-400、80i-600A）
1.          將電流鉗連接至87V的公共端和400 mA輸入插孔。
2.          選擇mA/A ac（交流電流）功能
3.          用電流鉗夾住其中一根輸出相線(xiàn)。確認87V的電流讀數至少為20安培（顯示的為20毫安）。
4.          按下Hz（赫茲）按鈕�，F在讀數將馬達速率顯示為頻率測量的結果。
直流母線(xiàn)測量
要實(shí)現馬達驅動(dòng)的正常工作，直流母線(xiàn)必需足夠可靠。如果母線(xiàn)電壓不正確或不穩定，變壓器二極管或電容就可能被損壞。直流母線(xiàn)的電壓應該大約為相－相輸入電壓的1.414倍。對于480V的輸
入來(lái)說(shuō)，直流母線(xiàn)的電壓應該接近679 VDC。在驅動(dòng)端子板上，直流母線(xiàn)一般
被標以DC+、DC- 或 B+、B-。按以下步驟測量直流母線(xiàn)：
 
1.     選擇Fluke 87V數字多用表的直流電壓功能。
2.     將黑色的探頭連接至DC-或B-端子。
3.     將紅色的探頭連接至DC+或B+端子。
母線(xiàn)電壓應該和上述例子中提到的電壓相一致，并且相對穩定。為了檢查母線(xiàn)上交流紋波的總量，將87V的功能切換至交流電壓功能。對于一些小型的驅動(dòng)，只有將驅動(dòng)拆開(kāi)，才可測量母線(xiàn)。如果接觸不到母線(xiàn)，則可以利用87V的最小/最大峰值功能通過(guò)輸出電壓信號測量直流母線(xiàn)的電壓。
1.     將黑色測試線(xiàn)插入到公共插孔，將紅色測試線(xiàn)插入到V/W插孔。
2.     選擇87V的交流電壓功能。
3.     將黑色探頭連接至其中一個(gè)三相輸出電壓或馬達端子。該端將作為參考相。
4.     將紅色探頭連接至剩下兩相的其中一相的輸出電壓或馬達端子。
5.     按下MIN MAX（最小值/最大值）按鈕
6.     按下（最小/最大峰值）按鈕。
7.     在最小/最大峰值功能下顯示的讀數即為直流母線(xiàn)電壓值.
準確度和安全
調速馬達驅動(dòng)（ASD）為工業(yè)帶來(lái)了很大的好處。ASD節省能源、可實(shí)現更精確地控制、使馬達和設備具有更長(cháng)生命期�，F在，使用Fluke 87V數字多用表所帶的按鈕控制的濾波器，技術(shù)人員可以精確地測量ASD馬達的電壓和頻率，并驗證其工作是否正常。
除了可以精確地測量ASD外，Fluke 87V數字多用表還具有新型的溫度計功能，提供了抵御工廠(chǎng)事故的重要防線(xiàn)。87V滿(mǎn)足CAT IV 6000VH和CAT III 1000V環(huán)境使用的要求，可以承受高達8 kV的尖峰電壓，并大大降低了浪涌和尖峰所引起弧光閃絡(luò )的危險。

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