2022-09-21|閱讀時間 ‧ 約 5 分鐘

馬達生產:漆包線圈檢測 ( II )

本文針對馬達漆包線圈的安全規範,說明層間及電阻的檢測方法。
不同於耐壓測試是針對漆包線圈是否漏電至外殼部份,層間測試僅是針對漆包線圈本體做檢測,因此測試接點為漆包線圈的頭尾兩端。
接線圈兩端
接線圈兩端
需要做層間測試,是因為馬達線圈為一層一層的堆疊捲繞而成的,少則數圈多則上千圈的亦有。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流通時,就會產生漆包線圈短路跳電的情況。以實例來說,原本繞了100圈的漆包線圈,假若在一半的位置有短路點,則實際電流會只流經了50圈,就跳到出口端點;此時漆包線圈的有效電阻值會降低,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。由公式可以得知,其中Pc為銅損功率,i為電流,Rc為漆包線圈電阻;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,造成馬達燒毀。
銅損
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。
層間測試機
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。
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。
而電阻量測的部份,主要是注意溫度的影響,如下圖所示,需針對現場溫度做溫度補償,才不會冬天跟夏天時的電阻值有差異。
電阻量測
下列銅材電阻溫度方程式,其中Rt2為銅材溫度補償後電阻值,Tc2為當下攝式溫度,Rt1為當下量測電阻值,Tc1為理想環境攝氏溫度。經過計算後,就可以不受到當下溫度影響,而得到一個相同理想環境攝氏溫度的電阻值。
銅材電阻溫度方程式
重點整理: 線圈短路是造成馬達燒毀的主因,需特別注意。 環境溫度其實也會直接影響馬達特性。
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