使用 Fluke MDA-550 Motor Drive Analyzer 测量电动机轴的电压放电

来自变速驱动器的电压脉冲可能在电机定子至转子间发生耦合，从而导致转子轴上出现电压。当这种转子轴电压超过轴承润滑脂的绝缘电压时，可能会出现高压电弧或电火花加工，从而导致电机轴承座圈发生点蚀和槽蚀，这种损坏可能导致电机过早出现故障。本应用案例介绍了如何使用 MDA-550 Motor Drive Analyzer 和轴电压探针来测量电机轴电压放电事件。

轴电压放电

电机定子和转子之间的电容耦合会在电机轴上产生电压。因此，电机中的轴承不仅会因轴的旋转而受到磨损，还会因电流从电机轴经过轴承流向地面而受到磨损。由正弦波交流电源供电的电机可能具有大约 1 到 2 V 的轴/轴承至机架电压。然而，由变频驱动器 (VFD) 的快速变换波形供电的电机可能具有高达 8 到 15 V 的轴/轴承至机架电压。这种电平的电压可以克服轴承润滑脂的绝缘特性，由此产生的火花可能会导致点蚀、槽蚀、熔坑，并终导致轴承和电机过早故障。

轴电压碳刷探针

电机定子和转子之间的电容耦合会在电机轴上产生电压。因此，电机中的轴承不仅会因轴的旋转而受到磨损，还会因电流从电机轴经过轴承流向地面而受到磨损。由正弦波交流电源供电的电机可能具有大约 1 到 2 V 的轴/轴承至机架电压。然而，由变频驱动器 (VFD) 的快速变换波形供电的电机可能具有高达 8 到 15 V 的轴/轴承至机架电压。这种电平的电压可以克服轴承润滑脂的绝缘特性，由此产生的火花可能会导致点蚀、槽蚀、熔坑，并终导致轴承和电机过早故障。

测量设备

MDA-550 旨在快速、轻松地检测和排除三相和单相逆变器型电机变频驱动系统的各种常见问题。除了 4 通道便携式示波器和记录仪功能之外，特定电机驱动分析功能还提供带有屏幕信息的程序化分步接线设置指导。这样易于配置分析仪，并能实现从电源输入到所装电机的变频驱动器测量，包括轴电压测量。

轴电压峰值可能变化非常快，甚至低于微秒级的测量范围。Fluke MDA-550 具有 500 MHz 高带宽和快速采样率（高达 5 G 样本/秒），使其非常适合测量轴电压的快速变化。

测量结果

默认的电机轴电压测量显示电机轴自身上的电压波形。屏幕顶部显示的电压峰值指出了捕获的波形大电平，这表明轴上存在高电压电平。但是，这些快速放电的发生频率不能用这种方式来确定。凭借“事件开启”功能，MDA-550 可显示根据预定义的小电压差值和大时间差值记录的放电波形。

显示结果会更新捕获到的具有更陡上升或下降时间的每个波形，以及每秒检测到的事件数量。放电波形将显示对地电压的增加，随后在放电瞬间显示一条清晰的对地垂直的电压线。为了详细分析后捕获的波形，MDA-550 提供了“重播”功能，屏幕缓冲区可捕获后100个波形。屏幕可以单独选择，或显示为动画。

电压放电超过 15 V 且瞬变时间短于 50 纳秒时，表示放电可能会损坏轴承。但是，仅凭这一点还不足以确定对轴承的潜在损坏，因为还有许多其他因素会对此产生影响。

如果检测到的轴电压过大，建议通过调整电缆、接地、驱动器参数或润滑油来降低放电电压。如果上述建议不可能或无助于缓解问题，则可以选择使用轴接地装置或绝缘轴。通过比较更改前后记录的事件数量，可以很容易地了解这些轴电压缓解措施的效果。