Przez Milesa Budimira, Starszego Redaktora
Testowanie silników elektrycznych nie musi być tajemnicą. Znajomość podstaw w połączeniu z nowym, wydajnym sprzętem testowym znacznie upraszcza zadanie.
Silniki elektryczne mają reputację mieszanki nauki i magii. Kiedy więc silnik nie działa, może nie być oczywiste, w czym tkwi problem. Znajomość kilku podstawowych metod i technik oraz posiadanie pod ręką kilku przyrządów testowych pomaga w łatwym wykrywaniu i diagnozowaniu problemów.
Gdy silnik elektryczny nie chce się uruchomić, pracuje z przerwami lub z wysoką temperaturą, lub nieustannie wyjeżdża z urządzenia nadprądowego, może być wiele różnych przyczyn. Czasami problem leży w zasilaniu, w tym w przewodach obwodu lub sterowniku silnika. Inną możliwością jest to, że napędzane obciążenie jest zakleszczone, związane lub niedopasowane. Jeśli sam silnik uległ uszkodzeniu, może to być spalony przewód lub połączenie, uszkodzenie uzwojenia, w tym pogorszenie izolacji, lub uszkodzone łożysko.
Liczne narzędzia diagnostyczne, takie jak amperomierze cęgowe, czujniki temperatury, Megger lub oscyloskop, mogą pomóc w wyjaśnieniu problemu. Testy wstępne zazwyczaj wykonuje się za pomocą wszechobecnego multimetru. Ten tester jest w stanie dostarczyć informacji diagnostycznych dla wszystkich rodzajów silników.
Pomiary elektryczne
Jeśli silnik jest całkowicie pozbawiony reakcji, nie ma szumów lub fałszywych startów, wykonaj odczyt napięcia na zaciskach silnika. Jeżeli nie ma napięcia lub napięcie jest obniżone, należy wykonać pomiary w górę rzeki. Wykonaj odczyty w dostępnych punktach, w tym odłączniki, sterownik silnika, wszelkie bezpieczniki lub skrzynki przyłączeniowe, i tak dalej, z powrotem do wyjścia urządzenia nadprądowego na panelu wejściowym. To, czego szukasz, to zasadniczo ten sam poziom napięcia, który został zmierzony na głównym wyłączniku panelu wejściowego.
Gdy nie ma obciążenia elektrycznego, to samo napięcie powinno pojawić się na obu końcach przewodów obwodu oddziału. Kiedy obciążenie elektryczne obwodu jest bliskie pojemności obwodu, spadek napięcia nie powinien przekraczać 3% dla optymalnej sprawności silnika. W trójfazowym podłączeniu, wszystkie nogi powinny mieć zasadniczo równe odczyty napięcia, bez opuszczonej fazy. Jeżeli te odczyty różnią się o kilka woltów, może być możliwe wyrównanie ich poprzez zwijanie połączeń, uważając, aby nie odwrócić obrotów. Chodzi o to, aby dopasować napięcia zasilania i impedancje obciążenia tak, aby zrównoważyć trzy nogi.
Jeśli zasilanie elektryczne sprawdza się, zbadać sam silnik. Jeśli to możliwe, odłączyć obciążenie. To może przywrócić działanie silnika. Z mocą odłączony i zablokowany, spróbuj obrócić silnik ręcznie. We wszystkich, ale największe silniki wał powinien obracać się swobodnie. Jeśli nie, istnieje przeszkoda wewnątrz lub zatarte łożysko. Całkiem nowe łożyska są podatne na zatarcie, ponieważ tolerancje są ciaśniejsze. Jest to szczególnie prawdziwe, jeśli jest wilgoć w otoczeniu lub silnik był nieużywany przez jakiś czas. Często dobre działanie można przywrócić poprzez naoliwienie przednich i tylnych łożysk bez demontażu silnika.
Jeśli wał obraca się swobodnie, należy ustawić multimetr na jego funkcję omową, aby sprawdzić opór. Uzwojenia (wszystkie trzy w silniku trójfazowym) powinny mieć niską wartość, ale nie zerową. Im mniejszy silnik, tym odczyt będzie wyższy, ale nie powinien być otwarty. Zazwyczaj będzie on wystarczająco niski (poniżej 30 Ω), aby włączył się słyszalny wskaźnik ciągłości.
Małe silniki uniwersalne, takie jak te używane w przenośnych wiertarkach elektrycznych, mogą zawierać rozbudowane obwody, w tym przełącznik i szczotki. W trybie omomierza, podłącz miernik do wtyczki i monitoruj opór, gdy poruszasz przewodem w miejscu, gdzie wchodzi on do obudowy. Przesuwaj przełącznik z boku na bok, a następnie, z przyklejonym przełącznikiem spustowym, naciskaj na szczotki i obracaj komutator ręcznie. Wszelkie wahania w odczycie cyfrowym mogą wskazywać na usterkę. Często nowy zestaw szczotek jest tym, co jest potrzebne do przywrócenia działania.
Odczyty natężenia lub prądu są również przydatne w testowaniu silnika. W przypadku odczytu napięcia, znasz energię elektryczną dostępną na zaciskach, ale nie wiesz ile prądu płynie. Multimetry zawsze mają funkcję prądową, ale są z nią dwa problemy. Jednym z nich jest to, że badany obwód musi zostać otwarty (i później przywrócony), aby umieścić przyrząd w szeregu z obciążeniem. Druga trudność polega na tym, że typowy multimetr nie jest w stanie poradzić sobie z prądem występującym nawet w małym silniku. Cały prąd musiałby przepłynąć przez miernik, spalając przewody sondy, a nawet niszcząc cały przyrząd.
Niezbędnym narzędziem do pomiaru prądu silnika jest amperomierz cęgowy. Omija on takie trudności poprzez pomiar pola magnetycznego związanego z prądem, wyświetlając wynik w postaci cyfrowego lub analogowego odczytu wyskalowanego w amperach.
Amperomierze cęgowe są przyjazne dla użytkownika. Wystarczy otworzyć sprężynujące szczęki, włożyć przewód gorący lub neutralny, a następnie zwolnić szczęki. Przewód nie musi być wyśrodkowany w otworze i dobrze jest, jeśli przechodzi pod kątem. Jednak nie można w ten sposób zmierzyć całego przewodu zawierającego żyły gorące i neutralne. Dzieje się tak dlatego, że prąd płynący przez te dwa przewody płynie w przeciwnych kierunkach, więc oba pola magnetyczne znoszą się. W związku z tym, nie jest możliwy pomiar prądu w kablu zasilającym, co jest często pożądane. Problem ten rozwiązuje zastosowanie rozgałęźnika. Jest to krótki przedłużacz o odpowiedniej wartości znamionowej z usuniętym płaszczem o długości około sześciu cali, dzięki czemu jeden z przewodów może być oddzielony i zmierzony.
Cyfrowe i starsze analogowe amperomierze cęgowe działają dobrze i są w stanie zmierzyć prąd do 200 A, co jest wystarczające dla większości prac przy silnikach.
Podstawową procedurą jest zmierzenie prądu rozruchowego i roboczego dla dowolnego silnika podłączonego do obciążenia. Porównać odczyt z udokumentowanymi lub podanymi na tabliczce znamionowej specyfikacjami. W miarę starzenia się silników, pobierany prąd generalnie wzrasta, ponieważ spada oporność izolacji uzwojenia. Nadmiar prądu powoduje wydzielanie ciepła, które musi zostać rozproszone. Degradacja izolacji przyspiesza aż do lawinowego spadku napięcia, powodującego spalenie silnika.
Odczyt amperomierza cęgowego powie Ci, gdzie jesteś na tym kontinuum. W zakładzie przemysłowym, w ramach rutynowej konserwacji silnika, można dokonywać okresowych odczytów prądu i zapisywać je w dzienniku umieszczonym w pobliżu, dzięki czemu można zawczasu zauważyć szkodliwe tendencje, aby uniknąć kosztownych przestojów.
Testowanie izolacji
Tester rezystancji izolacji (lub megaomomierz), znany pod nazwą handlową Megger, może dostarczyć krytycznych informacji dotyczących stanu izolacji silnika. W zakładach przemysłowych zalecaną procedurą jest przeprowadzanie okresowych testów i rejestrowanie wyników, dzięki czemu można wykryć i skorygować szkodliwe tendencje, aby zapobiec awarii i rozległym przestojom.
Tester rezystancji izolacji przypomina konwencjonalny omomierz. Jednak zamiast typowego napięcia testowego o wartości trzech woltów, pochodzącego z wewnętrznej baterii i obecnego na sondach, Megger dostarcza znacznie wyższe napięcie przyłożone na określony czas. Prąd upływu przez izolację, wyrażony jako rezystancja, jest wyświetlany i można go wykreślić na wykresie. Próba może być przeprowadzona na zainstalowanym lub zwiniętym kablu, narzędziach, urządzeniach, transformatorach, podsystemach dystrybucji energii, kondensatorach, silnikach i wszelkiego rodzaju urządzeniach elektrycznych lub okablowaniu.
Próba może być nieniszcząca, dla urządzeń w trakcie eksploatacji, lub przedłużona przy podwyższonym napięciu w celu przetestowania prototypów do punktu zniszczenia. Używanie Meggera wymaga nieco czasu na naukę. Aby uniknąć uszkodzenia sprzętu, porażenia prądem operatora lub współpracowników, należy zastosować odpowiednie ustawienia, procedury podłączania, czas trwania testu oraz środki ostrożności.
Testowany silnik musi być wyłączony i odłączony od wszystkich urządzeń i przewodów, które nie będą objęte testem. Poza unieważnieniem próby, taki obcy sprzęt może zostać uszkodzony przez przyłożone napięcie. Dodatkowo, niczego niepodejrzewające osoby mogą być narażone na niebezpieczne wysokie napięcia.
Wszystkie przewody i urządzenia mają nieodłączną ilość pojemności, która jest zazwyczaj znacząca w dużych silnikach. Ponieważ sprzęt jest w efekcie kondensatorem, konieczne jest rozładowanie zalegającej energii elektrycznej przed i po każdym teście. W tym celu, przed ponownym podłączeniem źródła zasilania, należy połączyć odpowiednie przewody z masą i między sobą. Urządzenie powinno być rozładowane co najmniej czterokrotnie dłużej niż przyłożone napięcie testowe.
Megger jest w stanie stosować różne napięcia, a ich poziom powinien być skoordynowany z rodzajem testowanego sprzętu i zakresem zapytania. W teście stosuje się zazwyczaj napięcie od 100 do 5000 V lub więcej. Należy sporządzić protokół obejmujący poziom napięcia, czas trwania, odstępy pomiędzy testami i metody podłączenia, biorąc pod uwagę rodzaj i wielkość sprzętu, jego wartość i rolę w procesie produkcyjnym oraz inne czynniki.
Urządzenia do testowania silników
Nowocześniejsze przyrządy sprawiają, że testowanie jest jeszcze łatwiejsze. Na przykład, urządzenia testujące takie jak Fluke 438-II Power Quality and Motor Analyzer wykorzystują algorytmy do analizy nie tylko jakości zasilania trójfazowego, ale także momentu obrotowego, sprawności i prędkości w celu określenia wydajności systemu i wykrycia przeciążenia, eliminując potrzebę stosowania czujników obciążenia silnika.
Dostarcza on dane analityczne dotyczące zarówno elektrycznej, jak i mechanicznej charakterystyki silnika podczas jego pracy. Wykorzystując opatentowane algorytmy, 438-II mierzy przebiegi prądu i napięcia trójfazowego i porównuje je ze specyfikacjami znamionowymi w celu obliczenia charakterystyki mechanicznej silnika. Analiza jest przedstawiana w postaci prostych odczytów, co ułatwia ocenę wydajności operacyjnej i określenie, czy konieczne są korekty, zanim awarie spowodują wyłączenie silnika z eksploatacji.
Analizator zapewnia również pomiary w celu określenia sprawności silnika (np. konwersja energii elektrycznej na mechaniczny moment obrotowy) i mocy mechanicznej w warunkach obciążenia operacyjnego. Pomiary te pozwalają na określenie mocy eksploatacyjnej silnika w porównaniu z jego mocą znamionową, aby sprawdzić, czy silnik pracuje w warunkach przeciążenia lub odwrotnie, czy jest przewymiarowany do danego zastosowania, co może powodować marnowanie energii i wzrost kosztów eksploatacji.
Inne osiągnięcia obejmują integrację wielu funkcji przyrządów w jednym urządzeniu. Na przykład nowy termowizyjny amperomierz zaciskowy firmy FLIR posiada wbudowaną kamerę na podczerwień, co daje użytkownikowi wizualne wskazanie różnic temperatur i anomalii termicznych.
Informacja do druku >>
FLIR
www.flir.com
Fluke
www.fluke.com
Keithley/Tektronix
www.tek.com/keithley