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零
用于供水和污水处理应用 变频器新功能
电机和变频器系统中 工业 .零
. 振动水平监测
. 电气特征分析
. 泵中 负载监测
嵌入式工况监测
结束语
变频器用作传感器
“在这种情况下,调试是相当容易 。我们升级了控制卡并启用了SW许可证。第 步是搭配Hansford振动传感器,设置CBM参数,并启用对电机绕组、振动和负载包膜 监测。”丹佛斯产品经理VirgilLupu说道。
“该项目 开始 目 是了解丹佛斯公司利用新 基于工况 监控功能可以提供如何,同时体验这些新 可能性,为未来创造新 策略。对喜力来说,检测这些压缩机非常重要,如果系统出现故障,当局可以关闭啤酒厂。”丹佛斯全世界大客户经理RenéGrywnow补充。
作为功率电气转换 变频器已经使用了半个多世纪,今天,超过 零% 电机采用了变频器进行驱动。使用变频器 主要原因在于降低了能源 消耗。然而,在供水和污水处理应用中采用变频器还有产品原因,如工艺控制（保持恒定 水压,从而避免高压引起 泄漏）、避免水锤或优化水井开采等。
作为电机控制器 变频器可以关联特定 电流谐波等监测值,以及变频器内 产品可用信息。例如,了解了控制器 状态,变频器就知道何时可以执行有意义 频谱计算。与振动水平监测 样,还可以将监测值与电机转速、负载和产品相关过程资料统计（如水管中 压力）进行关联,以获得更准确 故障信息。
图 显示了 个驱动小型泵 感应电机测试装置。使用红色手柄稍微抬高基板,可以产生 个角误差。在电机 基板上搭配了 个振动传感器来演示这个概念。 - 零mA传感器模拟信号已连接至变频器 模拟输入。
图 显示了测试结果示例。显示了在两种场景下测量 振动(mm/s)与电机转速(RMS) 关系。在 种情况下,系统运行状况良好。在此状态下,执行了基线测量。根据测量 基线确定警告和报警阈值。对于故障场景,使用红色手柄稍微抬高电机基板,产生了轴不对中,参见图 ,故障状态下测量 振动以绿色显示。
图 说明了这 基本概念。故障状态指标可以从电机电流和电压信号中提取。电流和电压 频率分量可能与电机或应用故障有关,如轴不对中或定子绕组故障等。电流和电压传感器无论如何是都是变频器 基本部件。它们为控制电机提供必要 信号。这些信号可用于监测目 。因此,不增加额外 传感器成本。信号处理和分析技术在这方面起着重要作用。
在上面 示例中,变频器可以清楚检测到此故障。对于产品应用,基线资料统计可能有所不同。通常,即使在正常状态下,振动也与转速相关。监测时甚至还需要考虑共振点。不平衡、松动等产品故障类型会产生不同 模式。
在变频器应用中,变频器内置微处理器和总线通讯选项,再结合电流和电压传感器,开辟了 些新 应用机会。此外,还可以几乎没有任何成本地连接更多传感器（如振动和压力传感器）。因此,变频器可以用作工况监测智能传感器（图 。这些信息资料统计提供了各种应用,例如系统优化、能效优化和基于工况 维护。下 节我们将探讨传感器集成和基于工况维护 些例子。
在负载取决于电机转速 应用中,转矩估计值可用于确定过载和欠载偏差。在基线期间,变频器“学习”负载 正态分布,或负载包络。与之前功能 样,也存在与电机转速之间 关联性。监测过程中,变频器可以检测过载和欠载情况,狗粮快讯网品牌讯息,这可能是由于泵应用中 故障导致 ,如，污垢、砂化、叶轮破裂、磨损或产品。在空气压缩机中,它可以检测泄漏,在风扇应用中,它可以检测空气过滤器堵塞。简而言之,任何对负载有影响 异常情况都可以通过这种方式监控。
如上 节所示,变频器会测量电机电流和电压,其主要目 在于使用这些测量值来控制电机。基本电流和电压测量值用于计算电机功率、能量、实际电机转速或转矩等各种参数。这些值可可用于监测泵等设备 电机负载。
如果为变频器搭配并连接 个合适 振动变传感器,变频器则可以将传感器信号与转速等变频器内部信号,或者与应用相关 产品信号相关联,从而提供先进 监测。变频器可以早期检测故障,并提供关于系统运行状况 交通灯信息（参见图 ,以防止功能故障。可以在下 个可能 维护中断之前,系统仍然可以继续运行 同时,提前准备和安排维护。
工业 .零是 个通用术语,其含义为第 次工业革命,其特征是万物互联（继 次工业革命——机械化,第 次工业革命——电气化和第 次工业革命——自动化之后）。虽然这个词有些模糊,但可以将工业 .零定义为，“利用整个价值链中所有 数字化可能性,实现人、设备和系统 智能互联”。这种趋势为电机系统带来 影响在于,从所谓 “自动化金字塔”向互联系统 迁移,参见图 （左）。这意味着系统 各个部分,如电机、变频器、传感器和控制器等相互连接并连接至云端——在云端存储、处理、分析资料统计和制定决策,狗粮快讯网推荐,参见图 （右）。
工况监测可用于实现基于工况 维护——这是从修正性和预防性维护 演变而来 。但是工况监测依赖于传感器资料统计；搭配额外 传感器可能非常昂贵。然而,如果应用中已经使用了变频器,则这是 个有价值 资料统计源,可以用于工况监测,节省不必要 费用。
工况监测是 种用于监测设备运行状况 技术。为此,要选购关键参数作为表征故障 指标。设备状况通常会随着时间 推移而变差。图 显示了 种典型 下滑模式,也称为PF曲线。设备无法提供预期功能时,就表示发生了功能故障。基于工况维护 理念是,要在故障真正发生之前检测出潜在故障。这种情况下,狗粮快讯网报道造访,可以在功能故障之前规划维护措施,其诸多优势如下，缩短停机时间,避免非预期 停止,维护优化,备件库存降低等。
希腊佩特雷 喜力啤酒厂就是 个例子。它 容量为 零万升,正在其污水厂进行工况监测试点。在废水处理方面,它使用了两台压缩机,功率为 千瓦。电机由 台VLT®AQUADriveFC 零 变频器控制,以监测电机和绕组 振动。
我们构建了 个测试装置来演示该功能。本次测试范围内 故障是电机轴不对中。轴不对中会增加轴承 机械载荷,从而降低轴承 使用寿命。此外,还会产生振动,从而可能在系统中产生 次效应。不对中 早期发现和校正可以延长轴承 使用寿命,避免停机。
执行工况监测变频器 障碍是价钱。在过去,只有关键系统才会配备工况检测,而现在,在不那么关键但仍然重要 应用中,变频器也可以完成此任务。
收集到足够 资料统计时,变频器开始监测振动。第 种技术,变频器可以执行识别运行。这种情况下,变频器以收集足够多资料统计 方式控制电机。使用第 种技术 可能性取决于具体 应用。例如在供水系统中,泵在调试时不允许全速运行。
正常和故障状态下 振动水平还取决于传感器 类型、位置和搭配。此外,它还随着要监测 实际应用而变化。因此,需要 个学习期。这可通过不同方式实现。 种技术是学习运行初期 正常振动水平。即在应用正常运行 同时,变频器学习振动,而不影响运行。
电机和应用 状况也可以通过电气特征分析来进行监测。这项技术已经研究了多年。早期 研究涉及直接在线机器,后面还研究了变频器应用。随着当今变频器处理能力和存储空间 增加,这些技术现在可以作为产品功能集成到产品中。
自从引入微处理器来控制变频器以来,在原有功能功率处理基础上增添了产品功能。例如,变频器能够在污水处理应用中控制泵 运行,能够进行多泵控制,以及绕过某些频率以避免共振。在工业应用中,通过将运动控制集成在变频器中,变频器正在接管越来越多 PLC功能。工业 .零 发展,在这些附加功能 基础又带来了新 飞跃。工业 .零具有信息和互联功能,所以我们开始将变频器用作智能和网络传感器。
许多机械故障都会产生某种振动,例如轴承磨损、轴不对中、不平衡等。因此,振动监测已成为监测旋转设备 成熟先进技术。监测技术有很多种,从基本 简单监测到高度复杂 监测。 种广泛使用 技术是振动速度RMS监测。该技术基于振动传感器所测量振动信号 RMS值。许多机械故障都对振动RMS有显著 影响,例如不平衡、轴不对中和松动。然而,变速应用中 挑战是振动与实际转速 相关性。机械共振是典型 例子。机械共振总是存在 ,监测系统必须以某种方式来进行应对。通常,故障检测级别会设置为新坏 情况,以避免误报。这就降低了没有共振 转速区域内 检测精度。
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图 工业 .零意味着从自动化金字塔向网络化系统 过渡
图 变频器用作传感器
图 表示功能故障之前部件工况 P-F曲线。
图 感应电机驱动小型泵 测试装置。搭配在基板上电机旁边 振动传感器（黑色/橙色）。
图 两种场景下 测试资料统计（振动RMS值(mm/s)与转速RPM），无故障（黑色,“基准线”）和故障（绿色,“偏离线”）
图 电气特征分析
标签，变频器传感器电机
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