使用 Fluke MDA-550 Motor Drive Analyzer 測量電動機軸的電壓放電

來自變速驅動器的電壓脈沖可能在電機定子至轉子間發生耦合，從而導致轉子軸上出現電壓。當這種轉子軸電壓超過軸承潤滑脂的絕緣電壓時，可能會出現高壓電弧或電火花加工，從而導致電機軸承座圈發生點蝕和槽蝕，這種損壞可能導致電機過早出現故障。本應用案例介紹了如何使用 MDA-550 Motor Drive Analyzer 和軸電壓探針來測量電機軸電壓放電事件。

軸電壓放電

電機定子和轉子之間的電容耦合會在電機軸上產生電壓。因此，電機中的軸承不僅會因軸的旋轉而受到磨損，還會因電流從電機軸經過軸承流向地面而受到磨損。由正弦波交流電源供電的電機可能具有大約 1 到 2 V 的軸/軸承至機架電壓。然而，由變頻驅動器 (VFD) 的快速變換波形供電的電機可能具有高達 8 到 15 V 的軸/軸承至機架電壓。這種電平的電壓可以克服軸承潤滑脂的絕緣特性，由此產生的火花可能會導致點蝕、槽蝕、熔坑，并終導致軸承和電機過早故障。

軸電壓碳刷探針

電機定子和轉子之間的電容耦合會在電機軸上產生電壓。因此，電機中的軸承不僅會因軸的旋轉而受到磨損，還會因電流從電機軸經過軸承流向地面而受到磨損。由正弦波交流電源供電的電機可能具有大約 1 到 2 V 的軸/軸承至機架電壓。然而，由變頻驅動器 (VFD) 的快速變換波形供電的電機可能具有高達 8 到 15 V 的軸/軸承至機架電壓。這種電平的電壓可以克服軸承潤滑脂的絕緣特性，由此產生的火花可能會導致點蝕、槽蝕、熔坑，并終導致軸承和電機過早故障。

測量設備

MDA-550 旨在快速、輕松地檢測和排除三相和單相逆變器型電機變頻驅動系統的各種常見問題。除了 4 通道便攜式示波器和記錄儀功能之外，特定電機驅動分析功能還提供帶有屏幕信息的程序化分步接線設置指導。這樣易于配置分析儀，并能實現從電源輸入到所裝電機的變頻驅動器測量，包括軸電壓測量。

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

測量結果

默認的電機軸電壓測量顯示電機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，這些快速放電的發生頻率不能用這種方式來確定。憑借“事件開啟”功能，MDA-550 可顯示根據預定義的小電壓差值和大時間差值記錄的放電波形。

顯示結果會更新捕獲到的具有更陡上升或下降時間的每個波形，以及每秒檢測到的事件數量。放電波形將顯示對地電壓的增加，隨后在放電瞬間顯示一條清晰的對地垂直的電壓線。為了詳細分析后捕獲的波形，MDA-550 提供了“重播”功能，屏幕緩沖區可捕獲后100個波形。屏幕可以單獨選擇，或顯示為動畫。

電壓放電超過 15 V 且瞬變時間短于 50 納秒時，表示放電可能會損壞軸承。但是，僅憑這一點還不足以確定對軸承的潛在損壞，因為還有許多其他因素會對此產生影響。

如果檢測到的軸電壓過大，建議通過調整電纜、接地、驅動器參數或潤滑油來降低放電電壓。如果上述建議不可能或無助于緩解問題，則可以選擇使用軸接地裝置或絕緣軸。通過比較更改前后記錄的事件數量，可以很容易地了解這些軸電壓緩解措施的效果。