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October 9, 2023

如何測試電動馬達

電動馬達驅動我們的世界。都讓現代生活成為可能。事實上，我們是如此的依賴電動馬達，只有在其停止運轉的時候我們才會注意到它們的存在，然而多虧有電動馬達測試，讓我們可以有效預防這個問題。

電動馬達測試的重要性

電動馬達測試對於確保我們所依賴之機器可靠性、效率與安全性至關重要。這些測試會在電動機生命週期的各個階段進行，提供馬達整體健全狀況的重要資訊，並提供許多優點給設計師、製造商、技術人員和消費者。

電動馬達測試可改善：

  • 可靠性：測試可找出潛在問題，並讓您進行主動維護，以預防故障並延長馬達的使用壽命。
  • 效率：透過測試，技術人員可以解決電能問題，以減少損失並降低營運成本。
  • 安全：為保護使用電動馬達的人員，測試會指出潛在危險，例如觸電或火災。
  • 性能：藉由評估速度與能源消耗等特性，測試可發現改善性能的機會。
  • 研究與開發：測試會收集資料，讓您知道如何創造更先進的馬達技術。
  • 標準合規：在部署馬達以供使用之前，測試確保它符合所有相關的產業標準。

電動馬達測試的類型

雖然所要進行的具體測試會因馬達的複雜性、其應用和所評估的參數而有所不同，然而電動馬達測試過程中使用的一些關鍵測試包括：

  • 電氣測試，例如極性檢查和電壓位準測量。
  • 震動測試，偵測任何失衡或失準。
  • 散熱測試，監測馬達溫度，以避免過熱。
  • 動態測試，查看馬達在瞬間狀態下的表現。
  • 噪音測試，評估聲音特徵是否符合音效標準。
  • 絕緣測試，確保馬達的絕緣材質在操作時不會劣化。其中一些範例包括高阻計測試、耐壓 (高壓) 測試和雷擊測試，這些測試可找出導致電氣故障之匝間絕緣、線圈間絕緣和相間絕緣的弱點。

電動馬達測試的產業界標準

在使用電動馬達的每一種應用中，上至工業壓縮機下至鑽牙機，測試可驗證馬達符合製造商設定的規格以及產業標準訂定的品質和安全參數 (例如耗能和音量)。

為符合產業標準，電動馬達測試必須同時滿足國際與當地要求。在國際層級，互通性和安全性等標準在各個國家/地區間皆保持一致，而當地標準可能包括接受特定國家優先事項的要求，例如環境和文化。部分建立並執行這些標準的組織包括：

電動馬達測試工具

您測試的是風力發電機還是運輸系統？是工業風扇或者是電梯？視您所評估的參數和特性而定，電動馬達測試中會使用多種不同類型的工具。其中一些工具包括：

  • 電力分析儀：測量電壓和電流等電氣參數，以診斷電氣連接狀況。
  • 轉速表：測量馬達的轉速。
  • 熱像儀：擷取溫度變化，以識別熱點和散熱問題。
  • 絕緣測試儀：測量馬達繞組的絕緣電阻，以偵測絕緣劣化 (也稱為高阻計)。
  • 扭力計：將機械旋轉轉換成電力訊號，藉此測量扭力。

電動馬達測試模擬

雖然實體測試對於深入瞭解馬達效能至關重要，但仍有其限制。模擬使技術人員能夠擴展測試，透過查看機器內部，準確顯示目前和未來的情況，同時展示馬達最深層內部運作的健康狀態。

IPM magnetic status

電氣測試：以虛擬方式測量同步永磁馬達中的磁通量

藉由模擬，工程師可針對不同操作情境探索各種設計選擇，並在生產前、生產過程中，甚至在馬達使用期間進行調整。特別是在物理測試受到能見度限制的情況下（由於測試的大小或位置），模擬可以快速進行所需的計算，以便進行準確的評估。一些常見需使用模擬進行的電動馬達測試包括：

電氣測試：測量無刷永磁馬達中的反電磁場 (EMF)。

Brushless PM motor back EMF test

電氣測試：以虛擬方式測量無刷永磁馬達中的反 磁動勢

  • 散熱測試：估計連續操作 S1 期間的過熱情況。
Transient thermal services

散熱測試：以虛擬方式估計電動機連續操作 S1 期間的繞組過熱情況。溫度範圍介於環境溫度 (40°C) 與最高可接受溫度 (100°C) 之間

  • 動態測試：預測無刷永磁馬達的短路故障，並測量交流感應馬達中的鎖定轉子性能。
Short circuit brushless PM motor test

動態測試：以虛擬方式測量無刷永磁馬達中的短路電流

在電動馬達測試中使用模擬，不僅能改善測試流程本身的速度和效率，更提高了收集到的數據的質量、深度和可靠性或確定性。Ansys Maxwell 和 Ansys Motor-CAD 這類模擬軟體可執行耦合多物理計算，為技術人員提供對複雜系統的全面評估，這種評估是難以用一次性測試實現的。

透過利用模擬在虛擬環境中進行實際測試，工程團隊可以節省時間和成本。模擬也能減少設計迭代的次數，並在建立任何硬體之前找出問題。這能帶來更好、更堅固的設計，並確保在進行實體測試時不會發生意外。 

「測試」即是解答

現代世界的許多最重要功能都仰賴電動馬達的可靠性、安全性和效率。透過測試，我們能獲得寶貴的觀察資料、學習內容和深入見解，帶領我們發展更進步的動力生產技術，讓我們能持續向前邁進。

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