door Miles Budimir, Senior Editor
Het testen van elektromotoren hoeft geen mysterie te zijn. Kennis van de basisprincipes in combinatie met krachtige nieuwe testapparatuur maakt het werk een stuk eenvoudiger.
Elektromotoren hebben de reputatie een mengeling te zijn van wetenschap en magie. Dus wanneer een motor niet werkt, is het niet altijd duidelijk wat het probleem is. Als u enkele basismethoden en -technieken kent en een paar testinstrumenten bij de hand hebt, kunt u problemen gemakkelijk opsporen en diagnosticeren.
Wanneer een elektromotor niet start, met tussenpozen of warm loopt, of voortdurend de overstroombeveiliging uitschakelt, kunnen er verschillende oorzaken zijn. Soms zit het probleem in de stroomtoevoer, met inbegrip van aftakkingsgeleiders of een motorcontroller. Een andere mogelijkheid is dat de aangedreven belasting is vastgelopen, geblokkeerd of niet goed is afgestemd. Als de motor zelf een storing heeft ontwikkeld, kan het gaan om een verbrande draad of verbinding, een defecte wikkeling, inclusief verslechterde isolatie, of een versleten lager.
Een aantal diagnostische instrumenten, zoals clamp-on ampèremeters, temperatuursensoren, een Megger of oscilloscoop, kunnen helpen het probleem op te helderen. Voorbereidende tests worden meestal gedaan met de alomtegenwoordige multimeter. Deze tester is in staat om diagnostische informatie te verschaffen voor alle soorten motoren.
Elektrische metingen
Als de motor totaal niet reageert, geen ac brom of valse starts, neem dan een spanningsmeting op de motorklemmen. Als er geen spanning is of verminderde spanning, werk dan stroomopwaarts. Neem lezingen op toegankelijke punten met inbegrip van scheidingen, de motorcontroller, alle zekeringen of kabeldozen, enzovoort, terug naar de overstroomapparaatoutput op het ingangspaneel. Wat u zoekt is in wezen hetzelfde spanningsniveau als gemeten bij de hoofdschakelaar van het ingangspaneel.
Wanneer er geen elektrische belasting is, moet dezelfde spanning verschijnen aan beide uiteinden van de geleiders van het aftakcircuit. Wanneer de elektrische belasting van het circuit dicht bij de capaciteit van het circuit ligt, mag de spanningsval niet meer dan 3% bedragen voor een optimaal motorrendement. Bij een driefasige aansluiting moeten de spanningswaarden van alle benen nagenoeg gelijk zijn, zonder faseverschil. Indien deze waarden enkele volts verschillen, kan het mogelijk zijn ze gelijk te maken door de aansluitingen om te rollen, waarbij erop moet worden gelet dat de draairichting niet wordt omgekeerd. Het idee is om de voedingsspanningen en de impedanties van de belasting op elkaar af te stemmen, zodat de drie benen in evenwicht zijn.
Als de elektrische voeding in orde is, onderzoek dan de motor zelf. Indien mogelijk, ontkoppel de belasting. Dit kan de werking van de motor herstellen. Probeer de motor met de hand te draaien, terwijl de stroom is uitgeschakeld en vergrendeld. Bij alle motoren, behalve de grootste, moet de as vrij kunnen draaien. Zo niet, dan is er een obstructie binnenin of een vastgelopen lager. Vrij nieuwe lagers zijn gevoelig voor vastlopen omdat de toleranties kleiner zijn. Dit is vooral het geval als er vocht in de omgeving is of als de motor een tijd niet is gebruikt. Vaak kan de goede werking worden hersteld door de voor- en achterlagers te oliën zonder de motor te demonteren.
Als de as vrij draait, stel dan de multimeter in op de ohms-functie om de weerstand te controleren. De wikkelingen (alle drie in een driefasenmotor) moeten een lage maar geen ohm-weerstand aangeven. Hoe kleiner de motor, hoe hoger deze waarde zal zijn, maar hij mag niet open zijn. De waarde zal meestal laag genoeg zijn (onder 30 Ω) om de continuïteitsindicator te laten klinken.
Kleine universele motoren, zoals die in draagbare elektrische boormachines worden gebruikt, kunnen uitgebreide circuits bevatten, waaronder een schakelaar en borstels. Sluit de meter in de ohmmetermodus aan op de stekker en controleer de weerstand terwijl u het snoer heen en weer beweegt op de plaats waar het de behuizing binnenkomt. Beweeg de schakelaar van links naar rechts en druk, met een trekkerschakelaar opgeplakt zodat hij aan blijft staan, op de borstels en draai de commutator met de hand. Elke schommeling in de digitale uitlezing kan wijzen op een defect. Vaak is een nieuwe set koolborstels nodig om de motor weer te laten werken.
Hoeveelheden of stroomwaarden zijn ook nuttig bij het testen van motoren. Met een spanningsmeting weet u de elektrische energie die beschikbaar is aan de klemmen, maar u weet niet hoeveel stroom er loopt. Multimeters hebben altijd een stroomfunctie, maar er zijn twee problemen mee. Het ene is dat het te onderzoeken circuit moet worden opengeknipt (en later hersteld) om het instrument in serie met de belasting te zetten. Het andere probleem is dat de typische multimeter niet in staat is de hoeveelheid stroom te verwerken die zelfs in een kleine motor aanwezig is. Alle stroom zou door de meter moeten lopen, waardoor de sondeleidingen zouden verbranden of zelfs het hele instrument zou worden vernietigd.
Een essentieel instrument voor het meten van de motorstroom is de stroomtang-ampèremeter. Deze omzeilt dergelijke moeilijkheden door het magnetische veld te meten dat met de stroom is verbonden, en het resultaat in een digitale of analoge uitlezing in ampère weer te geven.
Klem ampèremeters zijn gebruiksvriendelijk. Open gewoon de veerbelaste bekken, steek de hete of neutrale geleider erin en laat de bekken los. De draad hoeft niet in het midden van de opening te liggen en het is OK als hij er onder een hoek doorheen gaat. Een volledige kabel met hete en neutrale geleiders kan echter niet op deze manier worden gemeten. Dat komt omdat de stroom die door de twee draden loopt in tegengestelde richtingen loopt, zodat de twee magnetische velden elkaar opheffen. Bijgevolg is het niet mogelijk de stroom in een netsnoer te meten, zoals vaak gewenst is. Het gebruik van een splitter lost het probleem op.
Digitale en oudere analoge clamp-on ampèremeters werken goed en kunnen tot 200 A meten, wat voldoende is voor het meeste motorwerk.
De basisprocedure is het meten van de aanloop- en bedrijfsstroom voor elke motor terwijl deze is aangesloten op een belasting. Vergelijk de meting met de gedocumenteerde specificaties of de specificaties op het typeplaatje. Naarmate motoren ouder worden, neemt de stroomopname toe omdat de isolatieweerstand van de wikkeling afneemt. Overtollige stroom veroorzaakt warmte, die moet worden afgevoerd. De afbraak van de isolatie versnelt totdat er een lawine ontstaat, waardoor de motor doorbrandt.
De meting van de ampèremeter geeft aan waar u zich op dit continuüm bevindt. In een industriële faciliteit kunnen, als onderdeel van het routine-onderhoud van de motor, periodieke stroommetingen worden gedaan en in een logboek in de buurt worden opgehangen, zodat schadelijke trends van tevoren kunnen worden gesignaleerd om dure stilstand te voorkomen.
Insolatietesten
De isolatieweerstandtester (of megohmmeter), algemeen bekend onder de handelsnaam Megger, kan kritische informatie verschaffen over de toestand van de motorisolatie. In een industriële installatie is de aanbevolen procedure om periodieke tests uit te voeren en de resultaten te registreren, zodat schadelijke tendensen kunnen worden opgespoord en gecorrigeerd om uitval en uitgebreide stilstand te voorkomen.
De isolatieweerstandstester lijkt op een conventionele ohmmeter. Maar in plaats van de gebruikelijke drie volt testspanning die uit een interne batterij wordt gehaald en bij de sondes aanwezig is, levert de Megger een veel hogere spanning die gedurende een voorgeschreven tijdsduur wordt toegepast. De lekstroom door de isolatie, uitgedrukt als weerstand, wordt weergegeven zodat deze in een grafiek kan worden uitgezet. Deze test kan worden uitgevoerd op geïnstalleerde of op de rol aanwezige kabels, gereedschappen, apparaten, transformatoren, stroomverdelingssubsystemen, condensatoren, motoren en alle soorten elektrische apparatuur of bedrading.
De test kan niet-destructief zijn, voor apparatuur die in gebruik is, of worden verlengd bij verhoogde spanning om prototypen te testen tot het punt van vernietiging. Het gebruik van de Megger vergt een zekere leercurve. De juiste instellingen, verbindingsprocedures, testduur en veiligheidsmaatregelen moeten worden toegepast om beschadiging van de apparatuur of elektrocutie van de operator of medewerkers te voorkomen.
De te testen motor moet worden uitgeschakeld en losgekoppeld van alle apparatuur en bedrading die niet in de test moet worden opgenomen. Naast het ongeldig maken van de test, zou dergelijk vreemd materiaal door het toegepaste voltage kunnen worden beschadigd. Bovendien zouden nietsvermoedende personen kunnen worden blootgesteld aan gevaarlijke hoge spanningen.
Alle bedrading en apparatuur heeft een inherente hoeveelheid capaciteit, die in het algemeen aanzienlijk is bij grote motoren. Omdat de apparatuur in feite een opslagcondensator is, is het essentieel dat achtergebleven elektrische energie voor en na elke test wordt afgevoerd. Om dit te doen, moet(en) de betreffende geleider(s) naar aarde en naar elkaar worden gerangeerd alvorens de stroombron weer aan te sluiten. Het apparaat moet ten minste viermaal zo lang worden ontladen als de testspanning werd aangelegd.
De Megger is in staat verschillende spanningen aan te brengen, en het niveau moet worden afgestemd op het type te testen apparatuur en de omvang van het onderzoek. De test wordt in het algemeen uitgevoerd tussen 100 en 5.000 V of meer. Er moet een protocol worden samengesteld met betrekking tot het spanningsniveau, de tijdsduur, de intervallen tussen de tests en de aansluitingsmethoden, waarbij rekening wordt gehouden met het type en de grootte van de apparatuur, de waarde en de rol ervan in het produktieproces en andere factoren.
Testapparatuur voor motoren
Nieuwere, meer eigentijdse instrumenten maken het testen nog eenvoudiger. Testapparatuur zoals de 438-II Power Quality and Motor Analyzer van Fluke maakt bijvoorbeeld gebruik van algoritmen om niet alleen de driefasige stroomkwaliteit te analyseren, maar ook het koppel, de efficiëntie en de snelheid om de systeemprestaties te bepalen en overbelastingscondities te detecteren, waardoor sensoren voor de motorbelasting niet meer nodig zijn.
Hij levert analysegegevens voor zowel de elektrische als de mechanische kenmerken van de motor terwijl deze in bedrijf is. Met behulp van eigen algoritmen meet de 438-II de driefasige stroom- en spanningsgolfvormen en vergelijkt deze met de nominale specificaties om de mechanische prestaties van de motor te berekenen. De analyse wordt gepresenteerd in eenvoudige uitlezingen, waardoor het gemakkelijk is om de bedrijfsprestaties te meten en te bepalen of aanpassingen nodig zijn voordat storingen een operationele uitschakeling veroorzaken.
De analyzer biedt ook metingen om de efficiëntie van een motor (bijvoorbeeld de omzetting van elektrische energie in mechanisch koppel) en het mechanisch vermogen onder bedrijfsbelastingsomstandigheden te bepalen. Met deze metingen kan het bedrijfsvermogen van de motor in vergelijking met zijn nominaal vermogen worden bepaald om te zien of de motor in overbelaste toestand werkt of, omgekeerd, als hij te groot is voor de toepassing, energie wordt verspild en de bedrijfskosten worden verhoogd.
Andere ontwikkelingen omvatten de integratie van meerdere instrumentfuncties in één eenheid. Een nieuwe thermische clamp-on ampèremeter van FLIR heeft bijvoorbeeld een ingebouwde infraroodcamera, die de gebruiker een visuele indicatie geeft van temperatuurverschillen en thermische anomalieën.
Reprint info >>
FLIR
www.flir.com
Fluke
www.fluke.com
Keithley/Tektronix
www.tek.com/keithley