电机控制维护和故障排除的最佳做法，建议

电机和驱动的见解

• 在制造业和其他行业中，电动机驱动执行器和机器，保持它们持续运行是至关重要的。
• 变频驱动器(vfd)是最常见的驱动器之一，由于其通用性，在许多不同的设置中使用。

---

电动机用于驱动制造业和其他行业的执行器和机器。工业应用中使用的大多数电机都是交流的，这意味着它们在电源供应的频率下运行。在美国是60赫兹，而在欧洲是50赫兹。

启动器和过载

电动机起动器用于起动和运行交流电动机。较小的电机可能只使用单相电压，但三相电机在工业应用中最常见，在美国通常为240或480伏。启动电机“跨线”将运行电机的速度相关的应用频率乘以在转子的极数，减去一个“滑移”。在美国，大多数电动机的转速约为每分钟1750转。

电动机起动器由带线圈的接触器和用于电路保护的过载装置组成。电机的旋转方向由用于三相电机的施加电压相的顺序决定;反转任意两个相位都会改变方向。

图1显示了过载的换向电机启动器的接线。两个线圈都是通过过载的NC触点布线的，如果过载跳闸，这将使接触器断电。两个线圈也通过相反线圈的NC触点布线，防止两个线圈同时通电。这些接触器是机械联锁的，以防止它们同时通电。按钮显示为启动器的一种手段，但可编程逻辑控制器(PLC)或其他控制器的输出也可以使用。在这种情况下，将使用逻辑来防止两个输出同时通电。

断开也经常熔断，或断路器用于分支电路保护。过载通常是双金属条，使用加热元件来模拟基于电流的电机温度。它们具有不同的可调范围，可根据电机的满载电流和所需的延时来选择。

图2显示了一个三相电动机起动器。底部的红色按钮用于复位过载。

三线制控制电路用于电机起动器按钮外壳，以激励起动器线圈。线圈的中性侧通常通过NC过载触点布线，如图所示。如果两个按钮都是瞬时的，则必须在停止后再次按下启动按钮以使线圈重新通电。标记为“电机”的无触点称为保持触点。

柔软的开胃菜

软起动器是一种可以用来控制交流电动机起动和停止的装置。传统的“跨线”全电压施加方法会产生高涌流，通常是电机额定电流的6到7倍。软启动器在启动过程中暂时减少电流和转矩，减少机械应力和大电流对线路的影响。软起动器是固态装置，但有时也使用离合器、流体联轴器和自耦变压器。

软起动器的电路如图5所示。可控硅整流器(scr)，也称为晶闸管，是固态电流控制器件。scr在爬坡过程中啮合，旁路或下入接触器在达到最大速度后拉入。这有助于显著减少电机加热。

软启动器是比变频驱动器更简单的设备，需要更少的调整。在泵应用中，软起动器可用于减少压力波动，也称为“水锤”。它们也比变频驱动器占用更少的空间和更便宜。

变频驱动控制

变频器(VFD)通过改变施加的频率(和电压)来控制电机的速度。在工业自动化中，这些有时被称为“驱动器”。

变频器用于交流和直流电机，交流驱动器可与单相或三相感应电机一起使用。交流驱动器的工作原理是首先将施加的交流电压转换为直流电，然后使用固态电子电路以所需的频率重建正弦波形以应用于电机。这被称为脉冲宽度调制(PWM)，其中通过将波形分割成离散部分或持续时间不同的脉冲来控制传递给电机的平均功率，如图6所示。

变频驱动器由三个不同的部分组成;一个整流桥转换器，一个产生母线电压的直流链路，以及一个将直流转换回交流的逆变器。大多数逆变器开关设备都是绝缘栅双极晶体管(igbt)。

变频器的工作频率通常等于或低于电机的额定铭牌频率。可以在额定速度以上运行，但铭牌的V/Hz系数降额，降低了可用功率。

通过改变参考电压和角度以及频率，也可以控制扭矩。一些驱动器制造商将这些称为矢量或直接转矩控制(DTC)驱动器。

嵌入式微处理器控制变频器的整体操作。可对加速、减速、预设速度等参数进行编程，并可获得母线电压、电流、速度等反馈。这些参数可以通过内置在驱动器中的操作界面进行设置和显示，也可以通过Modbus或以太网等通信与控制器交换。

除了从操作员界面设置和显示参数外，物理离散和模拟信号可用于启动和停止驱动器，选择预设速度，并通过参考(通常为0至10 Vdc)控制电机速度。大多数离散信号是24vdc。

启动和停止驱动器可以使用两种不同的接线方案来完成。双线控制直接激活运行命令输入;如果信号被移除，驱动器将停止。在此配置中可以使用启用信号来禁用运行信号，但是如果启用信号返回，则如果运行信号存在，则驱动器可以启动。由于这个原因，双线控制被认为不如下面描述的替代方法安全。

如图3所示的三线控制使用停止信号来启用驱动器。停止信号通常需要打开驱动器才能运行;这样，如果电线被切断，驱动器就会停止。为了安全起见，仍然经常使用单独的启用或安全扭矩关闭(STO)信号。

双线和三线控制通常是变频器的可选参数之一。

数字输入可以分配功能，如选择预设速度，清除警报或故障，并将驱动器置于自动或手动控制之下。可以指定数字输出信号来指示驱动器处于高速、运行或故障状态。输出可能是常开(形式A)或形式C，同时具有NO和NC触点。形式C允许运行/不运行或故障/非故障双连接。使用继电器型输出允许连接到外部指示灯驱动状态。

当需要满足工业安全标准时，也可以使用安全禁用(STO)输入。这是除了启用信号或停止信号的3线控制。

变频器的主电路接线接受线路电压并为电机提供负载电源。变频器可能是单或三相的，所以为你的电机选择正确的驱动器是很重要的。三相驱动电源输入端子一般标为R、S、T或L1、L2、L3，电机输出端子常标为U、V、W或T1、T2、T3。

直流母线端子不常用。直流电抗器、电力再生装置和动态制动模块等组件可以与这些端子连接，这些端子通常标有+和-。这些端子的更不常见的用途包括增加电容或普通总线。

除了接线，参数更改或dip开关设置通常需要设置变频器。制造商使用不同的功能和标签，因此仔细阅读说明书非常重要。

图7显示了变频器的典型控制接线连接。这张图中显示了许多选项;离散信号的汇聚与源布线，模拟I/O的0至10 V与4至20 mA，以及从端子1到11的跳线所指示的两线与三线控制。数字输入1至4也可配置预设速度选择或慢跑和停止配置文件。

输出继电器也可编程为故障或运行/频率输出，或方向或逻辑功能的反馈。

图8显示了同一个PowerFlex 40驱动器的电源连接。EMI是电磁干扰的缩写。由于vfd产生强大的射频信号，因此需要滤波器将对其他组件的影响降到最低。

驱动器、电机和外壳的适当接地也是变频器安装中的重要考虑因素。有许多内部诊断功能可以检测vfd的问题。故障代码可以显示在驱动器前面的操作界面上，也可以通过通信发送。

其他故障排除技术包括测量控制信号接线上的电压，以及驱动器的输入和输出电压。由于变频器系统中有许多辅助元件，因此有必要使用电气原理图和驱动器用户手册来指导技术人员了解系统。

图9显示了当前面所示的PowerFlex 40变频器添加到以太网I/O网络时，与Allen-Bradley ControlLogix PLC交换的参数。I参数显示来自设备的反馈，O参数显示对驱动器的命令。这些地址和参数可以像PLC中的物理I/O一样用于操作驱动器。

图10显示了PowerFlex 40的正面。图10中列出的所有参数都可用于编程，并通过菜单选择显示控件。驱动器可以通过如图7所示的离散布线来操作，也可以通过以太网上的PLC命令来操作，或者通过按按钮和调整驱动器控制的速度来操作。

拆下变频器的底盖连接线路。变频器电源接线中的电压和电流可能是危险的，请遵循适当的安全预防措施。

-这是编辑自工业自动化的维护和故障排除，作者是自动化咨询有限责任公司(Automation Consulting LLC)的创始人和所有者弗兰克•兰姆(Frank Lamb)控制工程编辑顾问委员会。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。