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以 Fluke MDA-550 馬達驅動器分析儀,測量馬達軸電壓放電

變速驅動器中的電壓脈衝可能會在馬達定子和轉子間耦合,導致電壓出現在轉子軸上。當轉子軸電壓超過軸承潤滑脂的絕緣能力時,便會發生電弧或放電加工,導致馬達軸承滾圈上出現燒孔及裂痕,而此類損壞可能會造成馬達永久故障。此應用說明解釋如何使用 MDA-550 馬達驅動器分析儀和軸電壓探針,測量馬達軸電壓放電事件。

軸電壓放電

馬達定子和轉子間出現電容耦合會在馬達軸上製造電壓。因此,電動馬達的軸承會因軸轉動和從馬達軸透過軸承流到接地的電流,而出現磨損狀況。由正弦波交流電源供電的馬達可能會有 1 到 2 V 的軸/軸承到框架電壓,但由變頻驅動器 (VFD) 快速交換波形供電的馬達,軸/軸承到框架電壓卻可能高達 8 到 15 V。這些位準下的電壓會抵消軸承潤滑脂的絕緣特性,產生的火花可能會造成燒孔、裂痕、融合坑洞,最終導致軸承與馬達提早故障。

Fluting Bearing Race
軸承電流所造成的軸承滾圈裂痕 (照片由 Electro Static Technology 提供)。
Using MDA
以軸電壓探針套件測量馬達軸電壓

軸電壓探針

馬達定子和轉子間出現電容耦合會在馬達軸上製造電壓。因此,電動馬達的軸承會因軸轉動和從馬達軸透過軸承流到接地的電流,而出現磨損狀況。由正弦波交流電源供電的馬達可能會有 1 到 2 V 的軸/軸承到框架電壓,但由變頻驅動器 (VFD) 快速交換波形供電的馬達,軸/軸承到框架電壓卻可能高達 8 到 15 V。這些位準下的電壓會抵消軸承潤滑脂的絕緣特性,產生的火花可能會造成燒孔、裂痕、融合坑洞,最終導致軸承與馬達提早故障。

測量裝置

MDA-550 的設計目的,是讓三相及單相變頻型馬達驅動器系統的測試及一般問題疑難排解更加快速輕鬆。4 通道可攜式示波器和記錄器功能旁有特定馬達驅動器分析功能,此功能提供逐步設定指引和螢幕資訊。您可輕鬆進行分析儀設定,並將電源輸入的驅動器測量值送到安裝的馬達上,其中也包含軸電壓測量值。

軸電壓突波可能會非常快,甚至會在微秒測量範圍以下。Fluke MDA-550 具備 500 MHz 高頻寬與高取樣率 (最高可達 5 Gs 樣本/s),是測量電壓快速變化的理想選擇。

F-MDA-550-01a
Fluke MDA-550 馬達驅動器分析儀

測量結果

預設馬達軸電壓測量的電壓波形顯示方式與馬達軸本身測量到的相同。螢幕上方顯示的電壓峰對峰值會指出擷取波形的最大位準,這點就已經代表軸上出現高電壓位準。但快速放電發生時的頻率卻無法此這種方式來判斷。透過「事件開啟」功能,MDA-550 會以預先定義的最小電壓差與最大時間差,來顯示波形和放電。

顯示會更新每個擷取到且具較陡上升/下降時間的波形,以及每秒偵測到事件數。放電波形會顯示接地電壓上升,隨後在放電當下接地會出現劇烈下降的垂直線。如需上一次擷取波形的詳細分析,MDA-550 提供了「重播」功能,能依序顯示最近擷取且儲存在緩衝區的 100 個波形畫面。畫面可個別選擇,也可以動畫方式呈現。

電壓放電大於 15 V 和轉換時間低於 50 奈秒,代表放電可能會造成軸承損壞。但是影響的因素眾多,只有此現象並不足以判斷對軸承的潛在損害。

若偵測到軸電壓過高,觀察調整纜線、接地、驅動器參數或潤滑劑是否可降低電壓放電,是一種很好的做法。如果無法執行或對問題排除沒有幫助,可以軸接地裝置或隔離軸替代。我們可將執行變更前後的事件記錄數進行比較,即可輕鬆瞭解軸電壓改善作業所帶來的影響。

Motor Shaft Events Off
事件關閉下的馬達軸電壓訊號可說明所有擷取訊號與峰對峰電壓讀數
Motor Shaft2
以表格型式顯示指定最低電壓與最大下降/上升時間下的軸電壓放電事件
Motor Shaft Event Wave
事件開啟時,只會顯示指定最低電壓及最大下降/上升時間的波形
Motor Shaft Replay
重播功能會顯示最近 100 個擷取波形以進行進一步分析

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