การตรวจสอบคุณภาพการเคลือบ Varnish ในมอเตอร์ ด้วยการวัดค่า tan δ ที่ความถี่ต่ำ

26/05/69 13:21 น.

การวัดค่า Dielectric Loss Tangent (tanδ) ที่ความถี่ต่ำด้วย LCR Meter ช่วยตรวจสอบคุณภาพการเคลือบ Varnish ของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ โดยสามารถแยกความแตกต่างระหว่าง Stator ที่เคลือบสมบูรณ์และเคลือบไม่เพียงพอ ผ่านค่าทางไฟฟ้า เช่น tanδ, Capacitance และ Insulation Resistance

การตรวจสอบคุณภาพการเคลือบ Varnish ในมอเตอร์ ด้วยการวัดค่า tan δ ที่ความถี่ต่ำ

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้กลายเป็นพลังงานกล และถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น รถยนต์ไฟฟ้า รถไฟ และระบบปรับอากาศ (HVAC)

ภายในมอเตอร์จะมี Stator ซึ่งประกอบด้วยขดลวดทองแดงที่พันรอบแกนเหล็ก โดยขดลวดเหล่านี้จำเป็นต้องมีฉนวนไฟฟ้าที่ดี เพื่อป้องกันไฟรั่ว ความเสียหาย และยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์ หลังจากพันขดลวดแล้ว ผู้ผลิตจะทำการเคลือบวานิช (Varnish Impregnation) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านฉนวนไฟฟ้า

Varnish ช่วยอะไรกับมอเตอร์

Varnish ไม่ได้ทำหน้าที่เป็นเพียงฉนวนไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังช่วยเติมเต็มช่องว่างภายในขดลวด ลดความชื้นและฝุ่น ลดการสั่นของขดลวด ป้องกันการเสื่อมสภาพของฉนวน และเพิ่มความแข็งแรงรวมถึงอายุการใช้งานของมอเตอร์ด้วย

หาก Varnish แทรกซึมเข้าไปไม่ทั่วถึง อาจทำให้เกิดช่องอากาศภายในขดลวด ซึ่งส่งผลให้ฉนวนไฟฟ้าเสื่อมเร็ว และอาจเกิดไฟรั่วหรือความเสียหายในอนาคตได้

วิธีเคลือบมี 2 แบบ:

Trickle impregnation เป็นการจุ่มหรือปล่อย Varnish ไหลผ่านขดลวดโดยตรง
Vacuum impregnation เป็นการดูดอากาศออกจากขดลวดก่อน แล้วจึงอัด Varnish เข้าไป ทำให้ Varnish ซึมเข้าไปได้ลึกและทั่วถึงมากกว่า

วิธีการตรวจสอบด้วยค่า tan δ

โดยทั่วไป การตรวจสอบคุณภาพฉนวนของมอเตอร์จะใช้การวัดค่า “Dielectric Loss Tangent” หรือค่า “tan δ”

ค่า tan δ เป็นค่าที่ใช้บอกระดับการสูญเสียพลังงานของฉนวนไฟฟ้า เมื่อมีการจ่ายไฟ AC เข้าไปยังขดลวดของมอเตอร์

สูตรการคำนวณคือ tan δ = 1/2πfCRp

โดย:

f = ความถี่
C = ค่าความจุไฟฟ้า
Rp = ค่าความต้านทานฉนวน

ค่า tan δ ใช้บอกถึงการสูญเสียของฉนวนไฟฟ้า ถ้าค่าดังกล่าวเปลี่ยนแปลง แสดงว่าคุณภาพของฉนวนแตกต่างกัน

ทำไมการวัดที่ความถี่ต่ำจึงสำคัญ

เครื่องวัดทั่วไปมักใช้ความถี่ 50 หรือ 60 Hz แต่จากการทดลองของ HIOKI พบว่า หากลดความถี่ลง เช่น วัดที่ 10 Hz จะทำให้เห็นความแตกต่างของสภาพการเคลือบ Varnish ได้ชัดเจนมากขึ้น เนื่องจากเมื่อความถี่ต่ำลง ค่า tan δ จะเปลี่ยนแปลงได้ชัด ทำให้สามารถแยกได้ง่ายว่ามอเตอร์ตัวใดเคลือบ Varnish สมบูรณ์ หรือ มอเตอร์ตัวใดมีการเคลือบไม่เพียงพอ

การทดสอบด้วยเครื่องวัด LCR Meter

HIOKI ได้ทดลองกับ Stator แบบ Vacuum Impregnation จำนวน 2 ตัว ได้แก่

ตัวอย่างที่เคลือบ Varnish สมบูรณ์
ตัวอย่างที่เคลือบ Varnish ไม่เพียงพอ

หลังจากนั้น ทำการวัดค่า tan δ ระหว่างขดลวด (Coil) และแกนเหล็ก (Core) โดยใช้เครื่อง LCR Meter รุ่น IM3533

ผลการทดสอบพบว่า ตัวอย่างที่เคลือบ Varnish อย่างสมบูรณ์มีค่า tan δ, Insulation Resistance (IR) และ Rp สูงกว่าตัวอย่างอื่นอย่างชัดเจน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ LCR Meter ในการตรวจสอบคุณภาพการเคลือบ Varnish ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทำไมเมื่อมี Varnish มากขึ้น ค่า tan δ ถึงเพิ่มขึ้น

อากาศมี dielectric constant ต่ำ ประมาณ 1

แต่ Varnish มี dielectric constant ประมาณ 2.8

เมื่อ Varnish เข้าไปแทนที่อากาศภายในขดลวด ค่า Capacitance จะเพิ่มขึ้น และค่า tanδ ก็จะเปลี่ยนตาม ดังนั้นจึงสามารถใช้วิธีนี้ในการวิเคราะห์คุณภาพของการเคลือบได้