它是驱动，马达，
还是负载？
在诊断故障时从何着手呢？
在诊断涉及到马达的故障时，超过一
半的工作量都在于隔离故障。只要有
正在使用的马达，就有负载和某种类
型的马达控制器，并且越来越多的是
调速马达驱动（ASD）。因此，当出
现故障时，如何确定是驱动，马达，
还是负载出了问题呢？这里介绍一
些技巧，通过系统的方法，进行几次
关键的测量，可快速地定位故障。
三相不平衡度测量
好的起点是首先测量马达的吸收电
流。我们这里所说的马达，是指三相
感应马达，工业领域的重负荷设备。
马达为平衡负载：每相上吸收的电流
应该是大致相等的（正如以下测量，
小于10%）。如果电流是不平衡的，
原因可能在马达内部（例如定子绝缘
不良）或电压不平衡。因此，如果出
现任何电流不平衡的现象，就应该在
ASD的输出进行电压三相不平衡度
测量（小于3％）。
接着计算电压或电流
的三相不平衡度。
还应该在驱动的电源
侧进行电压和电流的
三相不平衡度测量。
驱动对电压不平衡非
常敏感，甚至超过马
达。驱动是利用每一
相的峰值电压对内部
的电容器组进行充电
的。如果三相中有某
一相稍微偏低，驱动
就很难从该相吸收电
流。所以，电压的不
平衡会导致电流的不
平衡。驱动也许可以
工作，但是当出现电
压骤降时，电容器的充电循环
和缓冲时间将会大大减小。
除了进行不平衡度测量之外，
还应该检查松动的连接之间
的电压降。这可以通过直接测
量电压或使用红外式测温仪
完成。如果读数明显高出环境
温度或其它相的读数太多，则
表明连接松动或连接不好。
百分比三相不平衡度＝最大偏差/三相平均值×
100％
例子：
1.测量值：A相= 449 A；B相= 470 A；C相= 462 A
2.平均值 = (449 + 470 + 462) / 3 = 460 A
3.最大偏差= 460 – 449 = 11 A
4.三相不平衡度 = (11 / 460) x 100 % = 2.4 %
ASD过压和欠压跳闸
驱动具有诊断码，可识别出跳闸原
因。一般而言，跳闸原因可分为过压、
欠压或过载（过流）。请注意，机动
起动机仅有过载跳闸，它们对过压或
欠压不敏感。驱动有何不同呢？
驱动将正弦波形转换为直流（变流器
部分），然后再将直流变回到交流（变
频器部分）。但是，输出的交流电不
再是正弦波。它是被称为脉宽调制
（PWM）的特殊波形。从马达方面
来看，PWM一半也被认为是正弦波
－差不多（请参见以下的高级马达测
量部分）。现在，我们集中看驱动的
内部，特别是被称为直流传输线路的
部分。直流传输线路仅仅是一个电容
器组，通常串联有电感（电抗线圈），
起到滤波和保护的作用。直流传输线
路受到驱动的严密监测，过压或欠压
指的是直流传输线路的电压。
驱动输入处的电压骤降会从外部引
起欠压。福禄克43B电能质量分析仪
的骤降和骤升功能可以帮助识别与
线路相关的欠压故障。故障还可能存
在于内部的直流传输线路和/或电抗
线圈。在许多驱动中，会有测试点用
来测量直流传输线路的电压。在检查
电容器时，要使用数字多用表的最小
/最大值功能，或者，使用福禄克43B
或示波表工具的趋势绘图功能更合
适。检查电压是否被调整到制造商规
定的范围之内。在检查电抗线圈时，
要检查两侧的波形－应该没有变化。
在诊断系统故障时，应该将驱动或
PLC做为最容易受电压骤降影响的
部件。方形控制继电器是最容易导致
与骤降相关的故障的。研究表明，当
发生电压骤降时，这些低成本的部件
会首先不工作。因此，在诊断间歇性
地故障时，切勿忘记检查任何外部控
制电路。
过压可能是电容器或电抗线
圈故障的征兆。或者它可能是
由于电源电压的瞬态尖峰信
号引起的。从某种意义上讲，
公网电容器的切换尖峰信号
是导致驱动过压跳闸的罪魁
祸首。过压也可能是由再生式
负载引起的，即类似于起重机
和升降机减速时的反馈电压。
一般安装动力制动电流来分
流来自于驱动的能量，否则就
会在直流传输线路上表现为
过压。类似于安装不合适这样
的故障也会引起过压跳闸。
过载故障通常是与负载相关
的，在下面介绍。
负载分布
若要诊断负载和马达的相互
作用，您必须理解扭矩和电流
之间的相互关系。马达是通过
磁场作用将电能（电流）转换
为转动的机械能量（扭矩）的
装置。负载所需的是马达提供
的扭矩。实际上，扭矩与马达
所使用的电流成比例关系。这
应该非常明确，因为我们都知
道，对于恒速马达来说电压是
（或应该是）稳定的，而电流
是变化的。当负载所需的扭矩
和电流超过马达所能提供的
扭矩和电流时，结果就会造成
过载。过载会导致马达过热。
马达控制器将关闭马达（从而
关闭负载），而不让发生固定
绕组绝缘损坏。过载还涉及到
时间：高过载将会使马达在短
时间内跳闸，而较低的过载要
经过较长的时间才会使马达
跳闸。
我们在评估负载对马达驱动
系统的影响时，必须测量它吸
收的电流。当然，吸收的电流
一般会随负载的变化而变化。
随时间进行的电流测量被称
为是负载分布。在进行负载分
布时，福禄克43B的功率记录
功能非常适合于捕获消耗电
流的趋势曲线（只要您愿意，
也可以为kW）。利用光标，您
可以识别趋势曲线上不同点
的电流值，这些点都标有时间
标记。由于马达为平衡负载，
所以不必测量全部三相的电
流。在进行负载分布之前，要
首先进行电流三相不平衡度
测量，以确保马达是健康的。
如果您关心有害的跳闸，则可
以选择高的支线进行测量（一
条支线上的过载会使三条支
线都跳闸）。
在进行负载分布时，我们要查
找相对于马达的满载电流的
大电流周期。可以在马达的铭
牌上找到满载电流指标。如果
有负载系数，则应该用满载电
流乘以负载系数来计算电流
范围。
当大电流有问题时，也不可避
免地会出现低电流的情况。马
达是高效率的，并且具有最佳
的功率因数，在满载电流的
60%到80%范围之内。负载不
足没有直接的负面影响――
马达不会跳闸。实际上，许多
马达的规格要比负载大，理论
上讲，马达很少会因为过载跳
闸。但是，正象许多例子说明
的一样，天下没有免费的午
餐。在出现欠载时，电力公司
会寄来更高的账单。
两种不同的负载：可变扭矩
和恒定扭矩
大多数驱动系统用于可变扭矩
或恒定扭矩负载。可变扭矩负载
包括风扇和旋转泵。从能耗角度
来看，这是绝大多数的负载。当
ASD用于这些负载时，可大大节
约能量。例如，中速（30Hz）旋
转的风扇在理想条件下消耗的
功率仅仅是同一风扇在60 Hz速
度下消耗功率的 八分之一（我
们之所以说理想条件，是因为由
于驱动马达负载系统的效率问
题，总会有损耗）。从排障的角
度看，要认识到的重要事情是，
可变扭矩负载很少会引起驱动
与过载相关的故障（假设正确确
定了负载大小）。这是因为它们
大量时间运行于较低的速度（低
于60 Hz），吸收较小的电流。
如果不是这种情况，也就是说大
多数时间或全部时间，负载都需
要全速（和扭矩）运行，安装ASD
在经济上就不划算。有时候，这
些负载会在启动时引起跳闸，但
这通常说明负载没有根据驱动
正确地确定大小。另一种情况是
负载发生了变化。例如，如果轴
承被卡住就需要更多的初始扭
矩来启动负载。
恒定扭矩负载更具挑战性。摩擦
或重力负载为恒扭矩负载。理解
这些负载的关键是它们在较低
转速下也需要同样的电流（更多
或更少）。这对于马达来说很危
险。马达是靠转子中内置的风扇
冷却的，当马达变慢时，风扇的
冷却空气减少，因此就可能会发
生过热现象。危险在于马达的过
载电路是通过测量电流间接测
量热量的（也有马达在定子内嵌
入了热量传感器，但是明显要昂
贵许多）。这就会导致在较低转
速时，正常的吸收电流也导致过
热。常见的解决方法就时安装外
部供电的风扇来冷却马达。
在我们结束负载排障之前，应该
注意到马达和负载之间的整个
机械连接方式，包括振动、轴对
齐、马达安装等等。这些都是明
显重要的事情，但在本文中不做
讨论。
高级马达测量
在ASD马达系统中，需要进行几
项在机动启动器（跨接线）马达
系统中不需要的测量。这是因为
PWM输出波形中快速切换的高
频元素会产生正弦波所不会的
特殊故障。初一看，马达做为电
流吸收负载好象仅仅是电感或
线圈（定子绕组）而已，而电感
的属性就是过滤高平电流成份。
这就是为什么电流波形看起来
象正弦波的原因。但不幸的是，
电压波形中的这些高频成份并
不会被滤除，并且会引起某些危
害。
The first two of these
measurements should be
made with a ScopeMeter or
with the Scope function of the
Fluke 43B:
在这些测量中，前两项测量应该
使用示波表或福禄克43B电能质
量分析仪的示波器功能进行测
量：
过压反射。在马达接线端子
上进行相－相测量。PWM 脉
冲的前沿的峰值可能会被正
常值高出许多（理论上可高
达200%）。这些过压发射会
引起马达绕组的故障。在示
波器波形上，这些过压信号
是清晰可见的。解决方案有
三类：缩短驱动和马达之间
的电缆长度；使用具有更高
绝缘等级的马达，也就是所
谓的“inverter duty motor”；
使用滤波器。
马达轴电压和轴承杂散电
流。使用多股绞合线或碳刷
测量转子和机架（地）之间
的电压。正弦波驱动马达的
轴/轴承和机车架之间的“正
常”电压为1 到2 V。PWM
波形可以在轴（更加明确的
说，就是轴承）和机架之间
产生8 到15 V 的击穿电压。
这能够损坏轴承，引起点蚀
和刮痕。已有许多可选的解
决方案，但最常见的是轴接
地装置。
漏泄电流。利用电流钳夹住
所有三相导线进行测量。高
频率会导致定子绕组和机架
之间的漏泄电流增大。这种
接地或漏泄电流会干扰控制
和通信信号。常见的解决方
案是使用防电磁干扰电缆或
共模扼流圈。
驱动输出的谐波又怎么样呢？
PWM转换为正弦波的电流波形
是否包含许多谐波成份？绝对
是。但是我们不必测量这些。首
先，它们并不进入配电系统的其
它部分，仅仅影响到马达。当然，
它们会引起马达发热。但是，马
达和驱动制造商已经通过更高
的马达绝缘等级解决了这个问
题。对于使用ASD翻新的马达，
建议将马达的满载电流降额。
总结
确定是负载、马达，还是驱动引
起的故障，有助于系统地尽心检
查。首先进行基本的马达测量
（三相不平衡度测量），检查马
达本身的健康状况。然后进行一
些简单的驱动测量，检查造成过
压或欠压跳闸的原因。分析负
载，查找间歇性过载跳闸的原
因。最后，使用福禄克的示波表
测试工具，进行其它的马达测
量，检查马达轴承或绕组的故
障，以及控制信号干扰问题。这
样虽然并不能排除所有可能的
故障源，但是确实能够识别绝大
多数的常见故障。
安全地工作
电力系统中的高电压和电流会
引起由电击和火灾导致的严重
的人身伤亡。因此，只有经过培
训的、富有经验的、具有一般电
力系统和被测设备的知识的电
工才可以进行测量，来配置电力
系统。
我们并不指望在进行这里描述
的测试时您能做到所有的预防
措施。至少，您应该做到如下几
点：
•使用合适的安全设备，如安全
眼镜、绝缘手套、绝缘垫等。
•无论何时要直接接触电路器
件，请确保所有电源都是关闭、
切断的。确保除您之外，任何人
都不能将电源打开。
•在进行该文中所讲述的测量之
前，阅读并理解适当的手册。注
意设备手册中特定的安全预防
和警告信息。
•不要将设备用于不适用的应用
中，如果未按厂家规定的方式使
用设备，则设备所提供的保护措
施将大大削弱。