di Miles Budimir, Senior Editor
Il test dei motori elettrici non deve essere un mistero. La conoscenza delle basi insieme a nuove potenti attrezzature di prova semplifica enormemente il lavoro.
I motori elettrici hanno la reputazione di essere un mix di scienza e magia. Così, quando un motore non funziona, potrebbe non essere ovvio quale sia il problema. Conoscere alcuni metodi e tecniche di base e avere alcuni strumenti di prova a portata di mano aiuta a individuare e diagnosticare i problemi con facilità.
Quando un motore elettrico non si avvia, funziona a intermittenza o a caldo, o scatta continuamente il suo dispositivo di sovracorrente, ci possono essere una varietà di cause. A volte il problema si trova all’interno dell’alimentazione, compresi i conduttori dei circuiti derivati o un controller del motore. Un’altra possibilità è che il carico azionato sia inceppato, vincolato o male assortito. Se il motore stesso ha sviluppato un guasto, il guasto può essere un filo o una connessione bruciata, un guasto all’avvolgimento, compreso il deterioramento dell’isolamento, o un cuscinetto deteriorato.
Un certo numero di strumenti diagnostici, come pinze amperometriche, sensori di temperatura, un Megger o un oscilloscopio, possono aiutare ad illuminare il problema. I test preliminari sono generalmente fatti usando l’onnipresente multimetro. Questo tester è in grado di fornire informazioni diagnostiche per tutti i tipi di motori.
Misure elettriche
Se il motore è completamente senza risposta, senza ronzii ac o false partenze, fate una lettura della tensione ai terminali del motore. Se non c’è tensione o se la tensione è ridotta, lavorare a monte. Prendete le letture nei punti accessibili, compresi i sezionamenti, il controllore del motore, qualsiasi fusibile o scatola di giunzione, e così via, fino all’uscita del dispositivo di sovracorrente al pannello di ingresso. Quello che stai cercando è essenzialmente lo stesso livello di tensione misurato all’interruttore principale del pannello d’ingresso.
Quando non c’è carico elettrico, la stessa tensione dovrebbe apparire alle due estremità dei conduttori del circuito derivato. Quando il carico elettrico del circuito è vicino alla capacità del circuito, la caduta di tensione non dovrebbe superare il 3% per un’efficienza ottimale del motore. In un collegamento trifase, tutte le gambe dovrebbero avere letture di tensione sostanzialmente uguali, senza cadute di fase. Se queste letture variano di qualche volt, può essere possibile pareggiarle arrotolando le connessioni, facendo attenzione a non invertire la rotazione. L’idea è quella di abbinare le tensioni di alimentazione e le impedenze di carico in modo da bilanciare le tre gambe.
Se l’alimentazione elettrica controlla, esaminate il motore stesso. Se possibile, disinnestare il carico. Questo può ripristinare il funzionamento del motore. Con l’alimentazione scollegata e bloccata, cercate di far girare il motore a mano. In tutti i motori, tranne i più grandi, l’albero dovrebbe girare liberamente. In caso contrario, c’è un’ostruzione all’interno o un cuscinetto grippato. I cuscinetti abbastanza nuovi sono soggetti a grippaggio perché le tolleranze sono più strette. Questo è particolarmente vero se c’è umidità ambientale o se il motore è stato inutilizzato per un po’. Spesso il buon funzionamento può essere ripristinato oliando i cuscinetti anteriori e posteriori senza smontare il motore.
Se l’albero gira liberamente, impostare il multimetro sulla sua funzione ohm per controllare la resistenza. Gli avvolgimenti (tutti e tre in un motore trifase) dovrebbero leggere ohm bassi ma non zero. Più piccolo è il motore, più alta sarà questa lettura, ma non dovrebbe essere aperta. Di solito sarà abbastanza bassa (sotto i 30 Ω) perché l’indicatore di continuità suoni.
I piccoli motori universali, come quelli usati nei trapani elettrici portatili, possono contenere un circuito esteso che include un interruttore e spazzole. In modalità ohmmetro, collegate il misuratore alla spina e monitorate la resistenza mentre muovete il cavo dove entra nell’involucro. Muovete l’interruttore da un lato all’altro e, con un interruttore a grilletto incollato in modo che rimanga acceso, premete sulle spazzole e girate il commutatore a mano. Qualsiasi fluttuazione nella lettura digitale può indicare un difetto. Spesso un nuovo set di spazzole è ciò che è necessario per ripristinare il funzionamento.
Anche le letture dell’amperaggio o della corrente sono utili nel test del motore. Con una lettura di tensione, si conosce l’energia elettrica disponibile ai terminali, ma non si sa quanta corrente scorre. I multimetri hanno sempre una funzione di corrente, ma ci sono due problemi. Uno è che il circuito in esame deve essere aperto (e poi ripristinato) per mettere lo strumento in serie con il carico. L’altra difficoltà è che il tipico multimetro non è in grado di gestire la quantità di corrente presente anche in un piccolo motore. Tutta la corrente dovrebbe fluire attraverso lo strumento, bruciando i cavi della sonda se non distruggendo l’intero strumento.
Uno strumento essenziale per la misurazione della corrente del motore è l’amperometro a pinza. Esso aggira tali difficoltà misurando il campo magnetico associato alla corrente, visualizzando il risultato in una lettura digitale o analogica calibrata in ampere.
Gli amperometri a pinza sono facili da usare. Basta aprire le ganasce a molla, inserire il conduttore caldo o neutro, quindi rilasciare le ganasce. Il filo non ha bisogno di essere centrato nell’apertura e va bene se passa attraverso un angolo. Tuttavia, un intero cavo contenente conduttori caldi e neutri non può essere misurato in questo modo. Questo perché la corrente che scorre attraverso i due fili viaggia in direzioni opposte, quindi i due campi magnetici si annullano. Di conseguenza, non è possibile misurare la corrente in un cavo di alimentazione, come spesso si desidera. L’uso di uno splitter risolve il problema. Si tratta di una breve prolunga di valore adeguato con circa sei pollici di rivestimento rimosso in modo che uno dei conduttori possa essere separato e misurato.
Gli amperometri digitali e analogici a pinza funzionano bene e sono in grado di misurare fino a 200 A, che è adeguato per la maggior parte del lavoro del motore.
La procedura di base è quella di misurare la corrente di avvio e di funzionamento per qualsiasi motore mentre è collegato a un carico. Confrontare la lettura con le specifiche documentate o di targa. Quando i motori invecchiano, la corrente assorbita generalmente aumenta perché la resistenza di isolamento degli avvolgimenti diminuisce. L’eccesso di corrente causa calore, che deve essere dissipato. Il degrado dell’isolamento accelera fino a quando non si verifica un evento a valanga, causando la bruciatura del motore.
La lettura dell’amperometro a pinza vi dirà dove vi trovate in questo continuum. In un impianto industriale, come parte della manutenzione di routine del motore, le letture periodiche della corrente possono essere prese e messe in un registro affisso nelle vicinanze in modo che le tendenze dannose possano essere individuate in anticipo per evitare costosi tempi di inattività.
Test dell’isolamento
Il tester di resistenza dell’isolamento (o megaohmmetro), generalmente conosciuto con il suo nome commerciale Megger, può fornire informazioni critiche per quanto riguarda la condizione dell’isolamento del motore. In un impianto industriale, la procedura raccomandata è quella di eseguire test periodici e registrare i risultati in modo che le tendenze dannose possano essere rilevate e corrette per prevenire un’interruzione e un lungo tempo di inattività.
Il tester di resistenza di isolamento assomiglia a un ohmmetro convenzionale. Ma piuttosto che la tipica tensione di prova di tre volt derivata da una batteria interna e presente alle sonde, il Megger fornisce una tensione molto più alta applicata per un tempo prescritto. La corrente di dispersione attraverso l’isolamento, espressa come resistenza, viene visualizzata in modo da poter essere graficata. Questo test può essere effettuato su cavi installati o in bobina, strumenti, apparecchi, trasformatori, sottosistemi di distribuzione dell’energia, condensatori, motori e qualsiasi tipo di apparecchiatura elettrica o cablaggio.
Il test può essere non distruttivo, per apparecchiature in servizio, o prolungato a tensione elevata per testare prototipi fino al punto di distruzione. L’uso del Megger comporta un po’ di curva di apprendimento. Le impostazioni corrette, le procedure di connessione, la durata del test e le precauzioni di sicurezza devono essere implementate per evitare di danneggiare l’attrezzatura o fulminare l’operatore o i colleghi.
Il motore in prova deve essere spento e scollegato da tutte le attrezzature e i cablaggi che non devono essere inclusi nel test. Oltre a invalidare il test, tali apparecchiature estranee potrebbero essere danneggiate dalla tensione applicata. Inoltre, individui ignari potrebbero essere esposti ad alte tensioni pericolose.
Tutti i cablaggi e le attrezzature hanno una quantità intrinseca di capacità, che è generalmente significativa nei grandi motori. Poiché l’attrezzatura è in effetti un condensatore di stoccaggio, è essenziale che l’energia elettrica residua sia scaricata prima e dopo ogni test. Per fare questo, shuntate il/i conduttore/i interessato/i a terra e tra di loro prima di ricollegare la fonte di alimentazione. L’unità dovrebbe essere scaricata almeno quattro volte la durata della tensione di prova applicata.
Il Megger è in grado di applicare diverse tensioni, e il livello dovrebbe essere coordinato con il tipo di attrezzatura in prova e lo scopo dell’indagine. Il test si applica generalmente tra 100 e 5.000 V o più. Un protocollo che coinvolge il livello di tensione, la durata del tempo, gli intervalli tra i test e i metodi di connessione deve essere composto, tenendo conto del tipo e delle dimensioni dell’attrezzatura, del suo valore e del suo ruolo nel processo di produzione e di altri fattori.
Apparecchiature per il test dei motori
I nuovi strumenti più moderni rendono il test ancora più facile. Per esempio, apparecchiature di prova come il Fluke 438-II Power Quality and Motor Analyzer utilizza algoritmi per analizzare non solo la qualità della potenza trifase ma anche la coppia, l’efficienza e la velocità per determinare le prestazioni del sistema e rilevare condizioni di sovraccarico, eliminando la necessità di sensori di carico del motore.
Fornisce dati di analisi delle caratteristiche elettriche e meccaniche del motore durante il funzionamento. Utilizzando algoritmi proprietari, il 438-II misura le forme d’onda di corrente e tensione trifase e le confronta con le specifiche nominali per calcolare le prestazioni meccaniche del motore. L’analisi è presentata in semplici letture, rendendo facile valutare le prestazioni operative e determinare se sono necessarie regolazioni prima che i guasti causino un arresto operativo.
L’analizzatore fornisce anche misure per determinare l’efficienza di un motore (per esempio, la conversione di energia elettrica in coppia meccanica) e la potenza meccanica in condizioni di carico operativo. Queste misure permettono di determinare la potenza operativa in servizio del motore rispetto alla sua potenza nominale per vedere se il motore sta funzionando in condizioni di sovraccarico o, al contrario, se è sovradimensionato per l’applicazione, l’energia può essere sprecata e il costo operativo aumentato.
Altri sviluppi includono l’integrazione di più funzioni strumentali in una sola unità. Per esempio, un nuovo amperometro a pinza per immagini termiche di FLIR ha una telecamera a infrarossi integrata, che fornisce all’utente un’indicazione visiva delle differenze di temperatura e delle anomalie termiche.
Info stampa >>
FLIR
www.flir.com
Fluke
www.fluke.com
Keithley/Tektronix
www.tek.com/keithley