von Miles Budimir, Senior Editor
Das Testen von Elektromotoren muss kein Mysterium sein. Das Wissen um die Grundlagen zusammen mit leistungsfähigen neuen Testgeräten vereinfacht die Arbeit enorm.
Elektromotoren haben den Ruf, eine Mischung aus Wissenschaft und Magie zu sein. Wenn also ein Motor nicht funktioniert, ist es vielleicht nicht offensichtlich, was das Problem ist. Wenn Sie einige grundlegende Methoden und Techniken kennen und ein paar Testinstrumente zur Hand haben, können Sie Probleme leicht erkennen und diagnostizieren.
Wenn ein Elektromotor nicht anspringt, intermittierend oder heiß läuft oder ständig seine Überstromschutzeinrichtung auslöst, kann es eine Vielzahl von Ursachen geben. Manchmal liegt das Problem in der Stromversorgung, einschließlich der Abzweigleiter oder einer Motorsteuerung. Eine andere Möglichkeit ist, dass die angetriebene Last verklemmt, verklemmt oder falsch angepasst ist. Wenn der Motor selbst einen Fehler entwickelt hat, kann es sich um einen verbrannten Draht oder Anschluss, einen Wicklungsfehler einschließlich einer Verschlechterung der Isolierung oder um ein schadhaftes Lager handeln.
Eine Reihe von Diagnosewerkzeugen, wie Stromzangen, Temperatursensoren, ein Megger oder ein Oszilloskop, können helfen, das Problem zu beleuchten. Vorläufige Tests werden in der Regel mit dem allgegenwärtigen Multimeter durchgeführt. Dieses Messgerät ist in der Lage, Diagnoseinformationen für alle Arten von Motoren zu liefern.
Elektrische Messungen
Wenn der Motor völlig unempfindlich ist, kein Brummen oder Fehlstarts, messen Sie die Spannung an den Motorklemmen. Wenn keine oder eine reduzierte Spannung vorhanden ist, arbeiten Sie stromaufwärts. Messen Sie an zugänglichen Punkten, einschließlich Trennschalter, Motorsteuerung, Sicherungen oder Verteilerkästen und so weiter, bis hin zum Ausgang der Überstromeinrichtung an der Eingangstafel. Was Sie suchen, ist im Wesentlichen derselbe Spannungspegel, der am Hauptschalter der Eingangsschalttafel gemessen wird.
Wenn keine elektrische Last vorhanden ist, sollte an beiden Enden der Leiter des Abzweigstromkreises die gleiche Spannung auftreten. Wenn die elektrische Last des Stromkreises nahe an der Stromkreiskapazität liegt, sollte der Spannungsabfall für einen optimalen Motorwirkungsgrad 3 % nicht überschreiten. Bei einem dreiphasigen Anschluss sollten alle Schenkel im Wesentlichen die gleichen Spannungswerte aufweisen, ohne dass eine Phase abfällt. Wenn diese Werte um einige Volt variieren, kann es möglich sein, sie durch Umstecken der Anschlüsse auszugleichen, wobei darauf zu achten ist, dass die Drehrichtung nicht umgekehrt wird. Die Idee ist, die Versorgungsspannungen und die Lastimpedanzen so abzustimmen, dass die drei Schenkel ausgeglichen sind.
Wenn die elektrische Versorgung in Ordnung ist, untersuchen Sie den Motor selbst. Wenn möglich, schalten Sie die Last ab. Dadurch kann der Motorbetrieb wiederhergestellt werden. Versuchen Sie bei abgeschalteter und gesperrter Stromversorgung, den Motor von Hand zu drehen. Bei allen Motoren außer den größten sollte sich die Welle frei drehen lassen. Ist dies nicht der Fall, befindet sich ein Hindernis im Inneren oder ein festsitzendes Lager. Ziemlich neue Lager sind anfällig für ein Festfressen, da die Toleranzen enger sind. Dies gilt besonders, wenn Umgebungsfeuchtigkeit vorhanden ist oder der Motor eine Zeit lang unbenutzt war. Oft kann ein guter Betrieb wiederhergestellt werden, indem die vorderen und hinteren Lager geölt werden, ohne den Motor zu zerlegen.
Wenn sich die Welle frei dreht, stellen Sie das Multimeter auf seine Ohm-Funktion, um den Widerstand zu prüfen. Die Wicklungen (alle drei bei einem Drehstrommotor) sollten niedrige, aber nicht null Ohm anzeigen. Je kleiner der Motor ist, desto höher wird dieser Wert sein, aber er sollte nicht offen sein. Er wird normalerweise niedrig genug sein (unter 30 Ω), damit die akustische Durchgangsanzeige ertönt.
Kleine Universalmotoren, wie sie z.B. in tragbaren elektrischen Bohrmaschinen verwendet werden, können umfangreiche Schaltungen enthalten, einschließlich eines Schalters und Bürsten. Schließen Sie das Messgerät im Ohmmeter-Modus an den Stecker an und beobachten Sie den Widerstand, während Sie am Kabel wackeln, wo es in das Gehäuse eintritt. Bewegen Sie den Schalter von einer Seite zur anderen und drücken Sie mit einem mit Klebeband befestigten Auslöseschalter, damit er eingeschaltet bleibt, auf die Bürsten und drehen Sie den Kommutator von Hand. Jede Schwankung in der Digitalanzeige kann auf einen Defekt hindeuten. Oft ist ein neuer Satz Bürsten erforderlich, um den Betrieb wiederherzustellen.
Auch Strom- oder Spannungsmessungen sind bei der Motorprüfung nützlich. Mit einer Spannungsanzeige kennen Sie die elektrische Energie, die an den Klemmen zur Verfügung steht, aber Sie wissen nicht, wie viel Strom fließt. Multimeter haben immer eine Stromfunktion, aber es gibt zwei Probleme damit. Das eine ist, dass der zu untersuchende Stromkreis unterbrochen (und später wiederhergestellt) werden muss, um das Messgerät in Reihe mit der Last zu schalten. Die andere Schwierigkeit ist, dass das typische Multimeter nicht in der Lage ist, die Strommenge zu bewältigen, die selbst in einem kleinen Motor vorhanden ist. Der gesamte Strom müsste durch das Messgerät fließen und würde die Messleitungen verbrennen, wenn nicht sogar das gesamte Gerät zerstören.
Ein unverzichtbares Werkzeug für die Motorstrommessung ist das Strommessgerät mit Stromzange. Es umgeht solche Schwierigkeiten, indem es das mit dem Strom verbundene Magnetfeld misst und das Ergebnis in einer digitalen oder analogen Anzeige anzeigt, die in Ampere kalibriert ist.
Zangenstrommessgeräte sind benutzerfreundlich. Öffnen Sie einfach die federbelasteten Klemmbacken, stecken Sie entweder den Heiß- oder den Nullleiter ein und lassen Sie dann die Klemmbacken los. Der Draht muss nicht mittig in der Öffnung liegen, und es ist in Ordnung, wenn er schräg hindurchgeführt wird. Ein ganzes Kabel mit heißen und neutralen Leitern kann jedoch nicht auf diese Weise gemessen werden. Das liegt daran, dass der Strom, der durch die beiden Drähte fließt, in entgegengesetzte Richtungen fließt, so dass sich die beiden Magnetfelder aufheben. Folglich ist es nicht möglich, den Strom in einem Netzkabel zu messen, wie es oft gewünscht wird. Die Verwendung eines Verteilers behebt das Problem. Es handelt sich dabei um ein kurzes Verlängerungskabel mit ausreichender Leistung, bei dem die Ummantelung entfernt wurde, so dass einer der Leiter abgetrennt und gemessen werden kann.
Digitale und herkömmliche analoge Stromzangen funktionieren gut und können bis zu 200 A messen, was für die meisten Motorarbeiten ausreichend ist.
Das grundlegende Verfahren besteht darin, den Anlauf- und Betriebsstrom für jeden Motor zu messen, während er an eine Last angeschlossen ist. Vergleichen Sie den Messwert mit den dokumentierten oder auf dem Typenschild angegebenen Werten. Mit zunehmendem Alter des Motors steigt die Stromaufnahme in der Regel an, da der Isolationswiderstand der Wicklungen abnimmt. Überschüssiger Strom verursacht Wärme, die abgeführt werden muss. Der Abbau der Isolierung beschleunigt sich, bis es zu einem Lawinenereignis kommt, das zum Durchbrennen des Motors führt.
Der Messwert des Strommesszangens zeigt Ihnen, wo Sie sich auf diesem Kontinuum befinden. In einer Industrieanlage können als Teil der routinemäßigen Motorwartung regelmäßige Strommessungen vorgenommen und in einem Protokoll festgehalten werden, das in der Nähe aufgehängt wird, so dass schädliche Trends im Voraus erkannt werden können, um teure Ausfallzeiten zu vermeiden.
Isolationsprüfung
Das Isolationswiderstandsmessgerät (oder Megohmmeter), das allgemein unter dem Handelsnamen Megger bekannt ist, kann wichtige Informationen über den Zustand der Motorisolierung liefern. In einer Industrieanlage empfiehlt es sich, regelmäßige Tests durchzuführen und die Ergebnisse aufzuzeichnen, damit schädliche Trends erkannt und korrigiert werden können, um einen Ausfall und umfangreiche Stillstandszeiten zu vermeiden.
Das Isolationswiderstandsmessgerät ähnelt einem herkömmlichen Ohmmeter. Aber statt der typischen Drei-Volt-Prüfspannung, die von einer internen Batterie abgeleitet wird und an den Prüfspitzen anliegt, liefert der Megger eine viel höhere Spannung, die für eine vorgeschriebene Zeitspanne angelegt wird. Der Ableitstrom durch die Isolierung, ausgedrückt als Widerstand, wird angezeigt, so dass er grafisch dargestellt werden kann. Diese Prüfung kann an installierten oder aufgerollten Kabeln, Werkzeugen, Geräten, Transformatoren, Stromverteilungs-Subsystemen, Kondensatoren, Motoren und jeder Art von elektrischer Ausrüstung oder Verdrahtung durchgeführt werden.
Die Prüfung kann zerstörungsfrei sein, für in Betrieb befindliche Ausrüstung, oder bei erhöhter Spannung verlängert werden, um Prototypen bis zur Zerstörung zu prüfen. Die Verwendung des Megger erfordert eine gewisse Lernkurve. Die richtigen Einstellungen, Anschlussprozeduren, Testdauern und Sicherheitsvorkehrungen müssen implementiert werden, um eine Beschädigung der Ausrüstung oder einen Stromschlag für den Bediener oder die Mitarbeiter zu vermeiden.
Der zu prüfende Motor muss ausgeschaltet und von allen Geräten und Kabeln getrennt werden, die nicht in den Test einbezogen werden sollen. Neben der Ungültigkeit der Prüfung könnten solche fremden Geräte durch die angelegte Spannung beschädigt werden. Außerdem könnten ahnungslose Personen gefährlichen Hochspannungen ausgesetzt werden.
Alle Verdrahtungen und Geräte haben eine inhärente Kapazität, die bei großen Motoren im Allgemeinen erheblich ist. Da es sich bei dem Gerät um einen Speicherkondensator handelt, ist es wichtig, dass die verbleibende elektrische Energie vor und nach jeder Prüfung entladen wird. Schalten Sie dazu die betreffenden Leiter gegen Erde und untereinander ab, bevor Sie die Stromquelle wieder einschalten. Das Gerät sollte mindestens viermal so lange entladen werden, wie die Prüfspannung angelegt war.
Der Megger kann verschiedene Spannungen anlegen, wobei die Höhe auf die Art des Prüflings und den Umfang der Untersuchung abgestimmt werden sollte. In der Regel liegt die Prüfspannung zwischen 100 und 5.000 V oder mehr. Ein Protokoll, das die Spannungshöhe, die Zeitdauer, die Intervalle zwischen den Prüfungen und die Anschlussmethoden beinhaltet, muss unter Berücksichtigung der Art und Größe des Geräts, seines Werts und seiner Rolle im Produktionsprozess und anderer Faktoren erstellt werden.
Motorprüfgeräte
Neuere, zeitgemäßere Geräte machen die Prüfung noch einfacher. So analysieren Prüfgeräte wie der 438-II Power Quality and Motor Analyzer von Fluke mit Hilfe von Algorithmen nicht nur die dreiphasige Netzqualität, sondern auch Drehmoment, Wirkungsgrad und Drehzahl, um die Systemleistung zu bestimmen und Überlastungszustände zu erkennen, was den Einsatz von Motorlastsensoren überflüssig macht.
Es liefert Analysedaten sowohl für die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften des Motors während des Betriebs. Unter Verwendung proprietärer Algorithmen misst der 438-II die dreiphasigen Strom- und Spannungswellenformen und vergleicht sie mit den Nennspezifikationen, um die mechanische Leistung des Motors zu berechnen. Die Analyse wird in einfachen Anzeigen dargestellt, so dass es einfach ist, die Betriebsleistung zu beurteilen und festzustellen, ob Anpassungen erforderlich sind, bevor Fehler zu einer Betriebsabschaltung führen.
Der Analysator bietet auch Messungen zur Bestimmung des Wirkungsgrads eines Motors (z. B. die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanisches Drehmoment) und der mechanischen Leistung unter Betriebslastbedingungen. Diese Messungen ermöglichen es, die Betriebsleistung des Motors im Vergleich zu seiner Nennleistung zu bestimmen, um festzustellen, ob der Motor in überlastetem Zustand arbeitet oder umgekehrt, ob er für die Anwendung überdimensioniert ist, wodurch Energie verschwendet und die Betriebskosten erhöht werden können.
Weitere Entwicklungen umfassen die Integration mehrerer Gerätefunktionen in ein Gerät. So verfügt beispielsweise ein neues Wärmebild-Strommessgerät von FLIR über eine eingebaute Infrarotkamera, die dem Anwender eine visuelle Anzeige von Temperaturunterschieden und thermischen Anomalien liefert.
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FLIR
www.flir.com
Fluke
www.fluke.com
Keithley/Tektronix
www.tek.com/keithley