TWI666460B - 馬達層間短路快篩方法 - Google Patents

Abstract

一種馬達層間短路快篩方法，首先是設定不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值；接著在馬達處於運轉狀態時偵測產生三相電流不平衡率，並比對是否大於不平衡率判斷值；然後當三相電流不平衡率大於不平衡率判斷值時，偵測馬達產生三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值與馬達振動值，並比對是否分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值；當三者皆分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值時，偵測三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內來判斷馬達是否發生層間短路狀況。

Description

馬達層間短路快篩方法

本發明係關於一種馬達層間短路快篩方法，尤其是指一種在馬達處於運轉狀態下進行檢測之馬達層間短路快篩方法。

在現有的科技發展下，目前最常見的動力產生源主要包含以石化原料作為能源進行運作的引擎等熱機，或者以電力為能源進行運作的馬達等電動機，其中，由於馬達之運作可透過電力進行控制，因此在需要進行較精準作業的產業，大都還是以馬達所衍生的各種電機為主要設備。

一般來說，馬達的運作原理主要是將設置於定子的線圈通電來產生磁場，進而使轉子受到磁場的作用而轉動，因此在正常的設計下，線圈的狀況取決了馬達是否能正常運作，也因此在馬達的生產過程中，通常會針對線圈進行多道的檢測，其中更以層間測試為主要的檢測項目。

承上所述，由於繞成線圈的銅線很有可能在纏繞過程或組裝過程中，因為碰撞而造成表層的絕緣 漆破損，進而在通電時容易有短路的情形發生，因此層間測試會利用脈衝電壓來檢測線圈是否有短路的情形發生；然而，一般進行層間測試的時機主要是在線圈繞成後，或者是在線圈組裝於定子後，甚至在整個馬達組裝完成後，但這些測試的情況都是在靜止的情況下進行檢測，因此無法發現線圈受到馬達運作時所產生的溫度或轉動影響，甚至受到環境的影響而發生短路的情況，導致很有可能發生馬達在出廠前的檢測都沒問題，但到客戶端實裝運作後卻發生層間短路的情形。

此外，對已裝機馬達的層間檢測方式需要在馬達處於停機狀態下進行檢測，因此當運行中的馬達發生異常時，往往需要將已經處於運作狀態之馬達停機進行檢測，此舉不但會嚴重影響產能，且若檢測結果並非層間短路時，更是白白浪費了過多的人力資源。

有鑑於在現有技術中，為了檢測運轉中的馬達是否有層間短路的情形發生，必須將馬達停機，進而影響了整體的產能，且若檢測結果並非層間短路問題時，更是做了白工；緣此，本發明的目的在於提供一種馬達層間短路快篩方法，可以對正在運作的馬達進行檢測，以供使用者可以判斷是否須停機作進一步的檢測。

為了達到上述目的，本發明提供了一種馬達層間短路快篩方法，係在一馬達接收一電力供應源所提供之電力而處於一運轉狀態時，用以快篩馬達是否發 生一層間短路狀況，馬達層間短路快篩方法包含以下步驟：首先步驟(a)是設定一不平衡率判斷值、一相位角偏移判斷值、一線圈溫升判斷值以及一馬達振動判斷值；接著步驟(b)是在馬達處於運轉狀態時，對馬達進行偵測而產生一三相電流不平衡率，並比對三相電流不平衡率是否大於不平衡率判斷值；然後當三相電流不平衡率大於不平衡率判斷值時，對馬達進行偵測而產生一三相電流相位角偏移值、一馬達線圈溫升值以及一馬達振動值，並比對三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值與馬達振動值是否分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值；再來，當三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值與馬達振動值分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值時，偵測電流之一三相電壓不平衡率是否在一不平衡率容許值以內；最後，當三相電壓不平衡率在不平衡率容許值以內時，判斷馬達發生層間短路狀況。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，步驟(c)更包含以下步驟：步驟(c1)，當三相電流不平衡率大於不平衡率判斷值時，對馬達進行偵測而產生三相電流相位角偏移值；步驟(c2)，比對三相電流相位角偏移值是否大於相位角偏移判斷值；步驟(c3)，當三相電流相位角偏移值大於相位角偏移判斷值時，對馬達進行偵測而產生馬達線圈溫升值；步驟(c4)，比對馬達線圈溫升值是否大於馬達線圈溫升值；步驟(c5)，當馬達線圈溫升值大於馬達線圈溫升值時，對馬 達進行偵測而產生馬達振動值；步驟(c6)，比對馬達振動值是否大於馬達振動判斷值。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，步驟(d)更包含以下步驟：步驟(d1)，當三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值與馬達振動值分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值時，停止馬達之運作而使馬達處於停機狀態；步驟(d2)，利用一三相電壓計偵測馬達之三相電壓不平衡率，並比對三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，步驟(d)更包含以下步驟：步驟(d1)，當三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值與馬達振動值分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值時，將一三相電壓計並聯於電力供應源與馬達間之電路；步驟(d2)，利用三相電壓計偵測電力供應源與馬達間之電路的三相電壓不平衡率，並比對三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，相位角偏移判斷值為7°。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，線圈溫升判斷值為3℃。

如上所述，本發明是在馬達處於運轉狀態下，透過三相電流不平衡率與不平衡率判斷值之比較，可以初步判斷馬達是否有發生層間短路狀況，接著更比 較三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值是否分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值，進而增加判斷發生層間短路狀況的可能性，最後再透過為電力供應源所供應之電力是否有問題來再次加強發生層間短路狀況的可能性，藉此，本發明可以在馬達不停機的狀態下快篩出是否發生層間短路狀況，有效的減少馬達停機的時間，增加使用上的便利性。

100、100a‧‧‧馬達層間短路快篩系統

1、1a‧‧‧分析模組

11、11a‧‧‧儲存單元

12、12a‧‧‧處理單元

13、13a‧‧‧操作介面

14、14a‧‧‧計算單元

15、15a‧‧‧訊號接收單元

16‧‧‧控制單元

2、2a‧‧‧三相電流偵測元件

3、3a‧‧‧溫度偵測元件

4、4a‧‧‧振動偵測元件

5、5a‧‧‧三相電壓計

200、200a‧‧‧馬達

300、300a‧‧‧電力供應源

S1‧‧‧三相電流訊號

S2‧‧‧溫度偵測訊號

S3‧‧‧振動偵測訊號

S4‧‧‧控制訊號

S5‧‧‧三相電壓訊號

第一圖係顯示本發明第一較佳實施例所提供之馬達層間短路快篩系統之系統示意圖；第二圖與第二A圖係顯示本發明第一較佳實施例之步驟流程圖；第三圖係顯示本發明第二較佳實施例所提供之馬達層間短路快篩系統之系統示意圖；以及第四圖與第四A圖係顯示本發明第二較佳實施例之步驟流程圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以 方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明第一較佳實施例所提供之馬達層間短路快篩系統之系統示意圖。如圖所示，一種馬達層間短路快篩系統100包含一分析模組1、一三相電流偵測元件2、一溫度偵測元件3、一振動偵測元件4以及一三相電壓計5。其中，馬達層間短路快篩系統100是在一馬達200接收一電力供應源300所提供之電力而處於一運轉狀態時，用以快篩馬達200是否發生一層間短路狀況。

分析模組1包含一儲存單元11、一處理單元12、一操作介面13、一計算單元14、一訊號接收單元15以及一控制單元16。

儲存單元11是儲存有一不平衡率判斷值、一相位角偏移判斷值、一線圈溫升判斷值、一馬達振動判斷值與一不平衡率容許值。

處理單元12是電性連結於儲存單元11，用以讀取或儲存不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值與不平衡率容許值，並用以將接收到之一三相電流不平衡率、一三相電流相位角偏移值、一馬達線圈溫升值、一馬達振動值以及一三相電壓不平衡率分別與不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值及不平衡率容許值進行比對判斷。

操作介面13是電性連結於處理單元12，用以供使用者對處理單元12設定不平衡率判斷值、相位角 偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值與不平衡率容許值，並將不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值與不平衡率容許值儲存至儲存單元11中。

計算單元14是電性連結於處理單元，用以將接收到的三相電流訊號S1、溫度偵測訊號S2、振動偵測訊號S3與三相電壓訊號S5分別轉換成三相電流不平衡率與三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值、馬達振動值以及三相電壓不平衡率，並傳送至處理單元12。

訊號接收單元15是電性連結於計算單元14，用以將接收到的三相電流訊號、溫度偵測訊號S2、振動偵測訊號S3與三相電壓訊號S5傳送至計算單元14。

控制單元16是電性連結於處理單元12，並受處理單元12之驅動而用以控制馬達200之啟閉。

三相電流偵測元件2是電性連結於訊號接收單元15與馬達200，用以偵測馬達200處於一運轉狀態時之三相電流，並據以產生三相電流訊號傳送至訊號接收單元15。

溫度偵測元件3是電性連結於訊號接收單元15，用以偵測馬達200處於運轉狀態時之馬達線圈溫升值，並據以產生溫度偵測訊號S2傳送至訊號接收單元15。

振動偵測元件4是電性連結於訊號接收單元15，用以偵測馬達200處於運轉狀態時之振動程度，並據以產生振動偵測訊號S3傳送至訊號接收單元15。

三相電壓計5是電性連結於訊號接收單元15與馬達200，用以偵測馬達200處於一停機狀態時之三相電壓，並據以產生三相電壓訊號S5傳送至訊號接收單元15。

請繼續參閱第二圖與第二A圖，第二圖與第二A圖係顯示本發明第一較佳實施例之步驟流程圖。如圖所示，在上述之馬達層間短路快篩系統100為基礎的情況下，本實施例之馬達層間短路快篩方法包含以下步驟：首先，步驟S101是設定不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值與不平衡率容許值；其中，不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值、馬達振動判斷值與不平衡率容許值可以是使用者透過操作介面13對處理單元12進行設定，並進而儲存在儲存單元11中。

此外，在本實施例中，不平衡率判斷值是設定為5%，相位角偏移判斷值是設定為7°，線圈溫升判斷值為3°℃，馬達振動判斷值是設定成額定工作振動值，不平衡率容許值是設定為3%。其中，額定工作振動值指得是在正常運作下的數值，可依據歷史數據或經驗來制定。

步驟S102是在馬達200處於運轉狀態時，對馬達200進行偵測而產生三相電流不平衡率；其中，步驟S102主要是將三相電流偵測元件2對處於運轉狀態時之馬達200進行偵測所得之三相電流訊號，傳送至訊號接收單元15，並透過計算單元14分析三相電流訊號而產生 三相電流不平衡率，而在實務上，三相電流不平衡率的計算方式可以是(最大電流-最小電流)/最大電流，或者是(最大電流-三相平均電流)/三相平均電流。

步驟S103是比對三相電流不平衡率是否大於不平衡率判斷值；在本實施例中，不平衡率判斷值為5%。

步驟S104是當三相電流不平衡率大於不平衡率判斷值時，對馬達200進行偵測而產生三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值；在本實施例中，當處理單元12比較並判斷三相電流不平衡率大於5%時，處理單元12會控制三相電流偵測元件2、溫度偵測元件3以及振動偵測元件4對馬達200進行偵測，進而使計算單元14將訊號接收單元15所接收到的三相電流訊號S1、溫度偵測訊號S2與振動偵測訊號S3分別轉換成三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值。在實務上，計算單元14可由三相電流訊號分析計算出三相電流不平衡率與三相電流相位角，且三相電流相位角為電工角。

步驟S105是比對三相電流相位角偏移值是否大於相位角偏移判斷值；在本實施例中，相位角偏移值為電工角，且相位角偏移判斷值為7°。

步驟S106是當三相電流相位角偏移值大於相位角偏移判斷值時，比對馬達線圈溫升值是否大於線圈溫升判斷值；在本實施例中，當三相電流相位角偏移值大於相位角偏移判斷值時，處理單元12會進一步比 對馬達線圈溫升值是否大於線圈溫升判斷值，此外，線圈溫升判斷值為3℃，意即處理單元12實際上是比對判斷線圈溫度減掉馬達200周圍的環境溫度所計算出的馬達線圈溫升值是否大於線圈溫升判斷值所設定之3℃。

步驟S107是當馬達線圈溫升值大於線圈溫升判斷值時，比對馬達振動值是否大於馬達振動判斷值；在本實施例中，當馬達線圈溫升值大於線圈溫升判斷值時，處理單元12會進一步比對馬達振動值是否大於馬達振動判斷值，在本實施例中，馬達振動值與馬達振動判斷值皆以mm/s為單位進行比較。在實務上，馬達振動判斷值可以依據ISO-10816之標準進行設定，以小型馬達為例，小型馬達在振動值超過4.5mm/s後為Unsatisfactory的範圍，因此馬達振動判斷值可以定為4.5mm/s，但不限於此，馬達振動判斷值還可依據實際狀況或歷史數據進行設定。

步驟S108是當馬達線圈溫升值大於線圈溫升判斷值時，停止馬達之運作而使馬達處於停機狀態；在本實施例中，在確認三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值以及馬達振動判斷值後，處理單元12會驅使控制單元16發送一控制訊號S4去控制馬達200停止運作而處於停機狀態。其中，上述之步驟S105、步驟S106與步驟S107之實質順序可以是不分先後的，意即可以任意排列順序，只要最後結果是三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值分別大於相位角 偏移判斷值、線圈溫升判斷值以及馬達振動判斷值，即可接續至步驟S108。

步驟S109是利用三相電壓計偵測馬達200之三相電壓不平衡率，並比對三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內；其中，在馬達200處於停機狀態時，三相電壓計5便能偵測馬達200之三相電壓不平衡率。

步驟S110是當三相電壓不平衡率在不平衡率容許值以內時，判斷馬達發生層間短路狀況；其中，當處理單元12確認三相電壓不平衡率在不平衡率容許值以內後，便判斷馬達200發生層間短路狀況。

如上所述，由於本發明是在馬達200處於運轉狀態時，先利用三相電流偵測元件2進行偵測，並比較三相電流不平衡率是否大於不平衡率判斷值，進而判斷是否有可能發生層間短路的情況，當三相電流不平衡率大於不平衡率判斷值時，表示馬達200有可能發生層間短路，此時再進一步確認三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值是否分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值，進而判斷更有可能發生層間短路狀況，最後再透過馬達200停機後，量測馬達200在未運轉時的三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內，當確認三相電壓不平衡率在不平衡率容許值以內時，即可排除電力供應源300之電力不穩定的可能，進而確認為馬達200發生層間短路狀況。

請參閱第三圖，第三圖係顯示本發明第二較佳實施例所提供之馬達層間短路快篩系統之系統示意 圖。如圖所示，一種馬達層間短路快篩系統100a包含一分析模組1a、一三相電流偵測元件2a、一溫度偵測元件3a、一振動偵測元件4a以及一三相電壓計5a。其中，馬達層間短路快篩系統100a是在一馬達200a接收一電力供應源300a所提供之電力而處於運轉狀態時，用以快篩馬達200a是否發生層間短路狀況。

承上所述，馬達層間短路快篩系統100a與上述第一較佳實施例之馬達層間短路快篩系統100相似，其差異主要在於馬達層間短路快篩系統100a以分析模組1a取代上述之分析模組1，且三相電壓計5a是電性連結於馬達200a與電力供應源300a間之電路。其中，分析模組1a包含一儲存單元11a、一處理單元12a、一操作介面13a、一計算單元14a以及一訊號接收單元15a，但分析模組1a相較於分析模組1未包含控制單元16。

請繼續參閱第四圖與第四A圖，第四圖與第四A圖係顯示本發明第二較佳實施例之步驟流程圖。如圖所示，在上述之馬達層間短路快篩系統100a為基礎的情況下，由於本實施例之馬達層間短路快篩方法相較於上述第一較佳實施例之馬達層間短路快篩方法之差異主要在於步驟S208與步驟S209相較於步驟S108與步驟S109有所差異，故僅針對步驟S208與步驟S209進行說明。

步驟S208是當馬達線圈溫升值大於線圈溫升判斷值時，將三相電壓計5a並聯於電力供應源300a與馬達200a間之電路。而步驟S209是利用三相電壓計5a 偵測電力供應源300a與馬達200a間之電路的三相電壓不平衡率，並比對三相電壓不平衡率是否在不平衡率容許值以內；其中，本實施例是在馬達200a仍處於運轉狀態下，透過偵測電力供應源300a與馬達200a間之電路來獲得三相電壓不平衡率，同樣可以判斷是否馬達200a之三相電流不平衡率、三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值分別大於不平衡率判斷值、相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值的原因是否與電力供應源300a之供電有關，當確認三相電壓不平衡率在不平衡率容許值以內後，即可排除電力供應源300a之供電不穩定的情況，進而判斷馬達200a確實發生層間短路狀況。

綜上所述，相較於先前技術必須在馬達停機的狀態下才能偵測是否發生層間短路，進而影響到產能或增加人力的成本，本發明在馬達處於運轉狀態下，透過三相電流不平衡率與不平衡率判斷值之比較，可以初步判斷馬達是否有發生層間短路狀況，接著更比較三相電流相位角偏移值、馬達線圈溫升值以及馬達振動值是否分別大於相位角偏移判斷值、線圈溫升判斷值與馬達振動判斷值，進而增加判斷發生層間短路狀況的可能性，最後再透過為電力供應源所供應之電力是否有問題來再次加強發生層間短路狀況的可能性，藉此，本發明可以在馬達不停機的狀態下快篩出是否發生層間短路狀況，有效的減少馬達停機的時間，增加使用上的便利性。

上述僅為本發明較佳之實施例而已，並不 對本發明進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

Claims (6)

1. 一種馬達層間短路快篩方法，係在一馬達接收一電力供應源所提供之電力而處於一運轉狀態時，用以快篩該馬達是否發生一層間短路狀況，該馬達層間短路快篩方法包含以下步驟：(a)設定一不平衡率判斷值、一相位角偏移判斷值、一線圈溫升判斷值以及一馬達振動判斷值；(b)在該馬達處於該運轉狀態時，對該馬達進行偵測而產生一三相電流不平衡率，並比對該三相電流不平衡率是否大於該不平衡率判斷值；(c)當該三相電流不平衡率大於該不平衡率判斷值時，對該馬達進行偵測而產生一三相電流相位角偏移值、一馬達線圈溫升值以及一馬達振動值，並比對該三相電流相位角偏移值、該馬達線圈溫升值與該馬達振動值是否分別該大於該相位角偏移判斷值、該線圈溫升判斷值與該馬達振動判斷值；(d)當該三相電流相位角偏移值、該馬達線圈溫升值與該馬達振動值分別該大於該相位角偏移判斷值、該線圈溫升判斷值與該馬達振動判斷值時，偵測該馬達之一三相電壓不平衡率是否在一不平衡率容許值以內；以及(e)當該三相電壓不平衡率在該不平衡率容許值以內時，判斷該馬達發生該層間短路狀況。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達層間短路快篩方法，其中，步驟(c)更包含以下步驟：(c1)當該三相電流不平衡率大於該不平衡率判斷值時，對該馬達進行偵測而產生該三相電流相位角偏移值；(c2)比對該三相電流相位角偏移值是否大於該相位角偏移判斷值；(c3)當該三相電流相位角偏移值大於該相位角偏移判斷值時，對該馬達進行偵測而產生該馬達線圈溫升值；(c4)比對該馬達線圈溫升值是否大於該線圈溫升判斷值；(c5)當該馬達線圈溫升值大於該線圈溫升判斷值時，對該馬達進行偵測而產生該馬達振動值；以及(c6)比對該馬達振動值是否大於該馬達振動判斷值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達層間短路快篩方法，其中，步驟(d)更包含以下步驟：(d1)當該三相電流相位角偏移值、該馬達線圈溫升值與該馬達振動值分別該大於該相位角偏移判斷值、該線圈溫升判斷值與該馬達振動判斷值時，停止該馬達之運作而使該馬達處於停機狀態；以及(d2)利用一三相電壓計偵測該馬達之該三相電壓不平衡率，並比對該三相電壓不平衡率是否在該不平衡率容許值以內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達層間短路快篩方法，其中，步驟(d)更包含以下步驟：(d1)當該三相電流相位角偏移值、該馬達線圈溫升值與該馬達振動值分別該大於該相位角偏移判斷值、該線圈溫升判斷值與該馬達振動判斷值時，將一三相電壓計並聯於該電力供應源與該馬達間之電路；以及(d2)利用該三相電壓計偵測該電力供應源與該馬達間之電路的該三相電壓不平衡率，並比對該三相電壓不平衡率是否在該不平衡率容許值以內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達層間短路快篩方法，其中，該相位偏移角判斷值為7°。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達層間短路快篩方法，其中，該線圈溫升判斷值為3℃。