馬達線圈檢測說明 

 

實在是最近已經有兩家廠商在問,為什麼馬達量測是好的,但客戶收到裝上卻燒壞;連台北捷運公司都打電話來問,它們馬達維修保養後,要如何檢驗及定義馬達線圈的好壞,這些都促成了這篇文章的產生。 

 

基本上國際上的法規都有明確的定義,無論是CE、UL、TUV甚至是CCC都有相關規範,這些都查得到,也都有相對應的檢測設備,但還是會有遺珠之憾。一般而言,馬達繞上線圈後,至少應經過兩道測試檢測,分別為耐壓測試及層間測試,之後在組裝為完整的馬達。甚至,有些廠商會在馬達整體組裝完成後,再進行一次測試,多一次檢測多一分安全,這想法是很好;但要注意馬達整體組裝後,內部是否有電子元件,則檢測規範需改為電子元件檢測條件,而非馬達檢測規格,那會直接衝擊傷害到電子元件,同樣會造成馬達損壞。 

 

耐壓測試

其針對的目標是線圈是否有漏電到馬達其他部件上面,一般而言馬達線圈是纏繞在矽鋼片上的,所以生產時會先在矽鋼片的表面擺放一層絕緣材料,避免電從漆包線圈傳導到馬達上。

矽鋼片絕緣在真實的生產上,其實有兩道防護,除了矽鋼片上的絕緣層,漆包線材的表面也同樣披附了一層絕緣漆。

 漆包線圈

因此測試時,往往是將測試儀器的一端接於線圈上,另一端則與矽鋼片接觸,輸入一電壓值,來量測漆包線圈與矽鋼片之間的漏電流大小。至於檢測時要輸入的電壓值大小,檢測的時間長短及容許漏電流之大小,會隨著這顆馬達的運用場合不同而有所變化;這三項量測參數電壓、時間及漏電流是受到法令規定的。

耐壓測試    

在耐壓測試儀器中,除了漏電流的檢測表示方式外,同時亦可用絕緣電阻來定義,它與漏電流值之間的轉換就是基本電學公式。

電壓公式   

若檢測規範為輸入1500V,時間1分鐘,漏電流0.5mA,則換算後的絕緣阻抗為30 MΩ,因此絕緣阻抗的量測條件一樣為輸入電壓1500V,時間1分鐘,絕緣阻抗下限值為30MΩ即可。當然,大部份時會設定兩著同時測試,也就是同一檢測儀器先檢測漏電流是否低於0.5mA,在檢測絕緣阻抗是否高於30MΩ。當然,若僅有一項功能的測試儀器,也只要確定換算正確,亦可進行檢測動作。

 

層間測試 

馬達線圈是一層一層的堆疊捲繞而成的,少則數圈多則上千圈的亦有,圈數與馬達輸出轉矩有直接關係。已知漆包線圈上有絕緣層,因此電流會一圈一圈的流經馬達線圈中,然而若是線圈上有破皮,則電流有更短路徑可行經時,就會產生短路跳電的情況,則原本有100圈的效果,則變少成50圈,且電阻會降低,造成更大的電流進入,會增加導通銅損,使線圈發熱甚至燒毀。由公式可以看到,導通銅損跟電流為平方關係,因此電流增加後,損失Pc會大幅增加,產生熱能。 

線圈  

損失公式   

層間測試機就是用來檢查線圈上是否有漏電情況產生的儀器;其實它就是打入一脈衝電壓,量測線圈上的電流振盪情況,用比較的方式判斷線圈是否正常穩定。其實就跟量測線圈電感值很像,由基本電學可知,線圈上會有一電感值,不同的圈數與線徑,上面所感應生成的電感值就會有差異,則我們可用這電感值的比較來判斷線圈特性是否一致。當然層間測試機的功能及功率更為強大,且比對檢查的方式也較多,但基本的涵義其實就是檢查線圈上的電感作用。

 

常見的層間測試機可設定輸入的脈衝電壓值及脈衝時間兩項參數,檢查比對方式則有四種,分別為線段誤差比對、面積誤差比對、電暈數及拉式轉換階數。前兩種是標準會設定的參數比對值,但電暈數及拉式轉換階數就容易被忽略掉。

層間   

由於層間測試的波型為一振盪的弦波,且不斷的衰減,因此可以做線段的比對誤差值量測;同樣的要進行線段內所圍繞的空間面積比對也是容易的,只要做數值運算就可以。

 

電暈數則是在檢測線圈上因高壓所產生的電弧數量,這些電弧在現階段雖然未讓線圈直接短路導通,但算是一個潛在的危險因子,很有可能在多年之後,這些電弧擊穿了漆包絕緣層,而造成破壞。這種高壓或高頻所產生的電弧效應已經越來越明顯,也被注意到了,所以漆包線製造商已著手研發成功出一種新產品,稱為高頻漆包線,其目的就是為了解決這些電弧所造成的破壞。因此電暈數多的線圈亦代表未來的損壞率越高。可惜的是目前機台僅能依照儀器能力檢測出電弧的數量,只能當成一個機率指標,若能設定檢出電弧強度,那就更能確保漆包線圈未來的安全性;也就不會有出廠檢測良好,但安裝運行一段時間後,仍然產生故障的情況。

 

拉式轉換階數這就更數學理論了,這主要是要用拉式轉換後的階數來判斷波型的複雜程度,對於電感特性的分析有實際的幫助,因此用在電路板的電感元件較需要此一參數值的穩定性,有助於了解電路系統的頻寬等資訊。但用在馬達上則無實際效果,因為馬達係為電能轉換為動能的系統結構,電感等電氣特性對於馬達的機械動能輸出可忽略不計;且大多數的馬達應用只在乎穩態的輸出結果,電感這種暫態的特性表現只有伺服馬達需要留意。

 

以上介紹的這兩種方式為目前主流的線圈檢測方式,其它就屬於破壞性實驗,不適合用於生產線上的檢測。但事實上這兩種檢測也會破壞漆包線材,經由上述的說明,已知檢測時要輸入高壓電進行測試,同時也會有電弧的產生,而這些電弧會逐漸破壞漆包層,所以測試的次數過多或是電壓值過大,原本良好的馬達線圈也有可能變成不良品,或是造成未來破壞的可能性增大,這觀念也需要建立才不會造成錯誤的應用。 

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