使用 Fluke MDA-550 Motor Drive Analyzer 測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸的電壓放電

本文聚焦于電機(jī)軸電壓放電問(wèn)題，探討由變速驅(qū)動(dòng)器引起的電壓脈沖如何在電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間耦合，造成軸承損壞及電機(jī)過(guò)早故障。通過(guò)MDA-550 MotorDrive Analyzer與軸電壓探針的應(yīng)用，有效測(cè)量并分析電機(jī)軸電壓放電事件，提出緩解措施以保護(hù)電機(jī)軸承。

來(lái)自變速驅(qū)動(dòng)器的電壓脈沖可能在電機(jī)定子至轉(zhuǎn)子間發(fā)生耦合，從而造成轉(zhuǎn)子軸上出現(xiàn)電壓。當(dāng)這種轉(zhuǎn)子軸電壓高于軸承潤(rùn)滑脂的絕緣電壓時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)高壓電弧或電火花加工，從而造成電機(jī)軸承座圈發(fā)生點(diǎn)蝕和槽蝕，這種損壞可能造成電機(jī)過(guò)早出現(xiàn)故障。本應(yīng)用案例介紹了如何使用 MDA-550 MotorDrive Analyzer 和軸電壓探針來(lái)測(cè)量電機(jī)軸電壓放電事件

01、

由軸承電流引起的軸承座圈槽蝕(照片由 Electro Static Technology 提供)

軸電壓放電

電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的電容耦合會(huì)在電機(jī)軸上產(chǎn)生電壓。因此，電機(jī)中的軸承不僅會(huì)因軸的旋轉(zhuǎn)而受到磨損，還會(huì)因電流從電機(jī)軸經(jīng)過(guò)軸承流向地面而受到磨損。由正弦波交流電源供電的電機(jī)可能具有大約 1 到 2 V 的軸/軸承至機(jī)架電壓。然而，由變頻驅(qū)動(dòng)器 (VFD) 的快速變換波形供電的電機(jī)可能具有高達(dá) 8 到 15 V 的軸/軸承至機(jī)架電壓。這種電平的電壓可以戰(zhàn)勝軸承潤(rùn)滑脂的絕緣特性，由此產(chǎn)生的火花可能會(huì)造成點(diǎn)蝕、槽蝕、熔坑，并最終造成軸承和電機(jī)過(guò)早故障。

02、

使用軸電壓探針套件測(cè)量電機(jī)軸電壓

軸電壓碳刷探針

電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的電容耦合會(huì)在電機(jī)軸上產(chǎn)生電壓。因此，電機(jī)中的軸承不僅會(huì)因軸的旋轉(zhuǎn)而受到磨損，還會(huì)因電流從電機(jī)軸經(jīng)過(guò)軸承流向地面而受到磨損。由正弦波交流電源供電的電機(jī)可能具有大約 1 到 2 V 的軸/軸承至機(jī)架電壓。然而，由變頻驅(qū)動(dòng)器 (VFD) 的快速變換波形供電的電機(jī)可能具有高達(dá) 8 到 15 V 的軸/軸承至機(jī)架電壓。這種電平的電壓可以戰(zhàn)勝軸承潤(rùn)滑脂的絕緣特性，由此產(chǎn)生的火花可能會(huì)造成點(diǎn)蝕、槽蝕、熔坑，并最終造成軸承和電機(jī)過(guò)早故障。

03、

Fluke MDA-550 電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀

測(cè)量設(shè)備

MDA-550 旨在快速、輕松地檢測(cè)和排除三相和單相逆變器型電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各種注意事項(xiàng)。除了 4 通道便攜式示波器和記錄儀功能之外，特定電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析功能還提供帶有屏幕信息的程序化分步接線設(shè)置指導(dǎo)。這樣易于配置分析儀，并能實(shí)現(xiàn)從電源輸入到所裝電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)器測(cè)量，包括軸電壓測(cè)量。

軸電壓峰值可能變化非常快，甚至低于微秒級(jí)的測(cè)量范圍。Fluke MDA-550 具有 500 MHz 高帶寬和快速采樣率(高達(dá) 5 G 樣本/秒)，使其非常適合測(cè)量軸電壓的快速變化。

04、

默認(rèn)的電機(jī)軸電壓測(cè)量顯示電機(jī)軸自身上的電壓波形。屏幕頂部顯示的電壓峰值指出了捕獲的波形最大電平，這表明軸上存在高電壓電平。但是，這些快速放電的發(fā)生頻率不可用這種方式來(lái)確定。憑借“事件開(kāi)啟”功能，MDA-550 可顯示根據(jù)預(yù)定義的最小電壓差值和最大時(shí)間差值記錄的放電波形。

顯示結(jié)果會(huì)更新捕獲到的具有更陡上升或下降時(shí)間的每個(gè)波形，以及每秒檢測(cè)到的事件數(shù)量。放電波形將顯示對(duì)地電壓的增加，隨后在放電瞬間顯示一條清晰的對(duì)地垂直的電壓線。為了詳細(xì)分析最后捕獲的波形，MDA-550 提供了“重播”功能，屏幕緩沖區(qū)可捕獲最后100個(gè)波形。屏幕可以單獨(dú)挑選，或顯示為動(dòng)畫(huà)。

電壓放電高于 15 V 且瞬變時(shí)間短于 50 納秒時(shí)，表示放電可能會(huì)損壞軸承。但是，僅憑這一點(diǎn)還不足以確定對(duì)軸承的潛在損壞，因?yàn)檫€有許多其他因素會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。

如果檢測(cè)到的軸電壓過(guò)大，建議通過(guò)調(diào)整電纜、接地、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)或潤(rùn)滑油來(lái)下降放電電壓。如果上述建議不可能或無(wú)助于緩解問(wèn)題，則可以挑選使用軸接地裝置或絕緣軸。通過(guò)比較更改前后記錄的事件數(shù)量，可以很容易地了解這些軸電壓緩解措施的效果。