电机是一种将电能转换为机械能的机器,多数电机的工作原理是电流和绕组内部磁场的相互作用,这会以轴旋转的形式产生力。
这些电机可以用直流或交流电源供电。直流电源是电池,而交流电源是逆变器、电网、发电机,发电机在机械上与电机相似,但通过将机械能转换成电能而反向工作。电动机可以由转子、定子、气隙、绕组、轴承和换向器组成。电机绕组的定义是,电动机中的绕组是放置在线圈内的导线,通常被包裹在一个有涂层的柔性铁磁芯周围,以形成磁极,同时随着电流加强。
一般而言,电机绕上线圈后,至少应经过两道测试检测,分別为耐压测试及层间测试,之后在组装为完整的电机。甚至,有些厂商会在电机整体组装完成后,再进行一次测试,多一次检测多一分安全,这想法是很好;但要注意电机整体组装后,內部是否有电子元件,则检测规范需改为电子元件检测条件,而非电机检测规格,那会直接冲击伤害到电子元件,同样会造成电机损坏。
耐压测试
对的目标是线圈是否有漏电到电机其他部件上面,电机线圈是缠绕在矽钢片上的,所以生产时会先在矽钢片的表面擺放一层绝缘材料,避免电从漆包线圈传导到电机上。在真实的生产上,其实有两道防护,除了矽钢片上的绝缘层,漆包线材的表面也同样披附了一层绝缘漆。
因此测试时,往往是将测试仪器的一端接于线圈上,另一端则与矽钢片接触,输入一电压值,来量测漆包线圈与矽钢片之间的漏电流大小。至于检测时要输入的电压值大小,检测的时间长短及容许漏电流之大小,会随着电机的运用场合不同而有所变化,这三项量测参数电压、时间及漏电流是受到相应CCC规定的。
在耐压测试仪器中,除了漏电流的检测表示方式外,同时亦可用绝缘电阻来定义,它与漏电流值之间的转换就是基本电学公式:
若检测规范为输入1500V,时间1分钟,漏电流0.5mA,则换算后的绝缘阻抗为30 MΩ,因此绝缘阻抗的量测条件一样为输入电压1500V,时间1分钟,绝缘阻抗下限值为30MΩ即可。当然,大部分时会设定两着同时测试,也就是同一检测仪器先检测漏电流是否低于0.5mA,在检测绝缘阻抗是否高于30MΩ。当然,若有一项功能的测试仪器,也只要换算正确,亦可进行检测动作。
层间测试
电机线圈是一层一层的堆叠卷绕而成的,少则数圈多则上千圈的亦有,圈数与电机输出转矩有直接关系。已知漆包线圈上有绝缘层,因此电流会一圈一圈的流经电机线圈中,然而若是线圈上有破皮,则电流有更短路径可行经时,就会产生短路跳电的情况,则原本有100圈的效果,则变少成50圈,且电阻会降低,造成更大的电流进入,会增加导通铜损,使线圈发热甚至烧毀。
由上面公式可以看到,导通铜损跟电流为平方关系,因此电流增加后,损失Pc会大幅增加,产生热能。层间测试机就是用来检查线圈上是否有漏电情況产生的仪器,其实它就是打入一脉冲电压,量测线圈上的电流振荡情況,用比较的方式判断线圈是否正常稳定。其实就跟量测线圈电感值很像,由基本电学可知,线圈上会有一电感值,不同的圈数与线径,上面所感应生成的电感值就会有差异,则我们可用这电感值的比较来判断线圈特性是否一致。当然层间测试机的功能及功率更为強大,且比对检查的方式也较多,但基本的含义其实就是检查线圈上的电感作用。
常见的层间测试机可设定输入的脉冲电压值及脉冲时间两项参数,检查比对方式则有四种,分別为线段误差比对、面积误差比对、电晕数及拉式转换阶数。前两种是标准会设定的参数比对值,但电晕数及拉式转换阶数就容易被忽略掉。
由于层间测试的波型为一振荡的弦波,且不断的衰减,因此可以做线段的比对误差值量测;同样的要进行线段內所围绕的空间面积比对也是容易的,只要做数值运算就可以。
电晕数则是在检测线圈上因高压所产生的电弧数量,这些电弧在现阶段随然未让线圈直接短路导通,但算是一个潜在的危险因子,很有可能在多年之后,这些电弧击穿了漆包绝缘层,而造成破坏。这种高压或高频所产生的电弧效应已经越来越明显,所以漆包线制造商已着手研发成功出一种新产品,称为高频漆包线,其目的就是为了解决这些电弧所造成的破坏,因此电晕数多的线圈亦代表未来的损坏率越高。目前机台仅能依照仪器能力检测出电弧的数量,只能当成一个机率指标,若能设定检出电弧強度,那就更能確保漆包线圈未来的安全性;也就不会有出厂检测良好,但安裝运行一段时间后,仍然产生故障的情况。
拉斯转换阶数这就更数学理论了,这主要是要用拉斯转换后的阶数来判断波形的复杂程度,对于电感特性的分析有实际的帮助,因此用在电路板的电感元件较需要此一参数值的稳定性,有助于了解电路系统的频宽等信息。但用在电机上则无实际效果,因为电机系为电能转换为动能的系统结构,电感等电气特性对于电机的机械动能输出可忽略不计;且大多数的电机应用只在乎稳态的输出结果,电感这种暂态的特性表现只有伺服电机时需要留意。
以上的这两种方式为目前主流的线圈检测方式,其它就属于破坏性实验,不适合用于生产线上的检测。但事实上这两种检测也会破坏漆包线材,上述的说明,已知检测时要输入高压电进行测试,同时也会有电弧的产生,而这些电弧会逐渐破坏漆包层,所以测试的次数过多或是电压值过大,原本良好的电机线圈也有可能变成不良品,或是造成未来破坏的可能性增大