前言

伴隨EV與產業機器的高性能化，馬達需要在長時間且高壓的狀態下持續運轉。為了保證產品的可靠度，會在接近實際狀態下進行耐久測試。但是，因為負載變動或溫度上升，電氣壓力等施加在馬達上的要素非常多，要如何精準捕捉這些指標並找出劣化的原因也是一大課題。

馬達耐久測試的課題

馬達耐久測試有以下的課題:

• 電氣的變化(瞬間的變動、諧波與效率的低下
• 找不到馬達的繞組與外殼、周邊設備的溫度變動與電氣特徵的關係性
• 無法同步長時間的觀測數據

解決方法提案

HIOKI的高精度電力計(功率計)與溫度測量用的DATA LOGGER組合使用，能夠簡單的構成馬達耐久度測試的測量組合。

使用DATA LOGGER LR8450測量周邊設備與零組件的溫度，再使用電力計(功率計)PW8001、PW4001測量變頻器或馬達的各項參數。
由於電力計(功率計)PW8001、PW4001具備CAN輸出功能，所以測量的參數可以使用CAN訊號傳輸至DATA LOGGER LR8450中，就能實現同步測量。
另外，若具備變頻器的模擬CAN輸出功能，連控制訊號也能一並使用LR8450進行監控。透過長時間穩定的記錄電力與溫度的變化，可以快速的檢測出馬達劣化的跡象。
*1:使用LR8450選件CAN模組U8555。可讀取最快10 ms的CAN數據。

採用本解決方案的優點有以下。

1. 高精度連續監控馬達的電氣壓力

電壓與電流的平衡變化
效率的微小變動
協波成分的推移

2. 溫度變化正確的取樣

馬達的線圈溫度
外殼溫度
包含軸承與冷卻水等周邊設備的溫度。

3. 電氣數據與溫度數據的相關分析

使用DATA LOGGER的觸發功能記錄事件
透過CSV檔案進行數據的統合分析

實際測試案例

使用HIOKI的馬達台進行實際測試。

外觀圖片	馬達溫度測量場所

使用儀器清單

DUT規格

測量條件

• 馬達1000 rpm迴轉
• SiC變頻器　開關頻率 10 kHz
• 數據更新率10 ms
• 由於是簡易的測試，使馬達持續運轉約兩小時
• PW8001的測量參數使用CAN輸出並由LR8450集中收集

温度測量的要點

變頻器周圍會有因開關頻率導致的雜訊產生。會因為這個雜訊而導致溫度測量數值不穩定。所以溫度感測器(熱電偶)需要有屏障或是儀器本體需要有濾波器設定等抗雜訊對策。

這次使用溫度測量用且帶有屏障的熱電偶。將屏障連接在馬達底盤上強化GND。

設置帶有屏障的熱電偶

另外，LR8450主機可設定U8551的模組數據更新間隔為1秒，開啟數位濾波器，使超過60 Hz以上的高頻成分雜訊減少。

LR8450濾波器設定詳細

–: Setting not available
Unit: Hz

變頻器的測量要點

由於變頻器的輸出功率具有高頻低功率因素的特徵，特別是若要測量開關頻率與其高頻成分就需要電力計(功率計)與電流感測器配合使用。這次由於要測量SiC變頻器，所以推薦使用具有寬頻帶與優秀相位特性的PW8001與CT6904A來進行測量。

可參考其他應用案例： 使用高階功率計進行SiC變頻器的實測比較

判斷條件的範例

• 恆定運轉時馬達的轉速大約為1000 rpm±50 rpm
• 馬達的各種測量點為與溫度不超過50°C
• 恆定運轉時各自的效率變動在±5%以內
• 其他，沒有急遽的扭矩或是馬達功率的變動

測量結果

使用DATA LOGGER測量的數據，再使用GENNECT Space分析。

溫度與效率的關係

本次的耐久測試中，會加上馬達的轉速與扭矩，同時測量各自的效率與溫度變化。測試開始到結束為止，確認了各種測量值都在所設定的容許值範圍內。
實際的測試中，可以反覆變更負荷條件與周圍溫度、測量時間、判斷條件多次進行測量評估，確保馬達耐久測試的信賴性。
以上的測量，可以全部使用HIOKI所生產的儀器進行馬達的耐久測試定量評估。
 

結語

HIOKI的功率計與DATA LOGGER組合使用，可以同時且高精度的追蹤馬達的電氣壓力與溫度變化，確實捕捉劣化的跡象，並簡單的建構測試環境。