Motortests bewerten die Integrität eines Motors durch den Einsatz von computergestützten Geräten oder Werkzeugen, die Trends innerhalb des Motors überwachen.

Was sind Motortests?

Motortests bewerten die Integrität eines Motors durch den Einsatz von computergestützten Geräten oder Werkzeugen, die Trends innerhalb des Motors überwachen. Das Hauptziel der Motorprüfung ist es, versteckte Probleme aufzudecken und unnötige Ausfälle zu verhindern. Speziell für Elektromotoren werden bei der Motorprüfung statische Parameter wie Isolierung, Drahtschäden und Kriechstrom sowie dynamischere Parameter wie Verzerrung, Temperaturschwankungen und Auswuchtung bewertet.

Mechanische Motortests beinhalten Dinge wie die Untersuchung der Risse im Rotor und des Blechaufbaus eines Motors. Während jede Motorprüfung auf die meisten Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrommotoren (DC) anwendbar ist, hängt jede Prüfmethode von der Konstruktion und Anwendung des jeweiligen Motors ab.

Motorentests werden vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) durch Standards wie IEEE 43 – Isolationswiderstand und Polarisationsindex, IEEE 56 – Maintenance AC Hipot Test, IEEE 95 – DC Hipot Test und IEEE 400-2001 – The Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of Shielded Power Cable Systems geregelt. Diese Standards werden ständig überprüft und verbessert, wenn das Board dies für notwendig erachtet.

Motorentests werden oft im Rahmen eines präventiven oder zuverlässigkeitsorientierten Wartungsprogramms eingesetzt. Motortests im Rahmen eines vorbeugenden Wartungsprogramms können Motoren testen, während sie in ihrer normalen Umgebung unter normaler Belastung arbeiten, um zu bestätigen, dass sie an akzeptablen oder optimalen Grenzen laufen. Motortests weisen oft auf Probleme hin, bevor sie durch eine visuelle Inspektion sichtbar werden.

Die Aufnahme von Motortests in ein Wartungsprogramm ist wichtig, denn wenn ein Motor erst einmal einen Schaden erlitten hat, ist dieser oft irreversibel (als Kernschaden bezeichnet); dies führt dazu, dass der Motor nicht mehr mit der gleichen Effizienz läuft wie früher, wenn er überhaupt noch läuft. Die Motorprüfung bietet mehrere Vorteile, darunter:

• Erhöhte Betriebszeit. Die Identifizierung defekter Motoren, bevor sie einen Ausfallpunkt erreichen, stellt sicher, dass Ihre Anlage(n) in Betrieb bleiben. Dies macht den Weg frei für wirtschaftlichere geplante Wartungsmaßnahmen, um entdeckte Probleme zu beheben.
• Kosteneinsparungen. Motortests geben Ihnen ein klares Bild über den Echtzeit-Zustand der Motoren in Ihren Anlagen, wodurch potenzielle Kollateralschäden durch Ausfälle begrenzt und die Wartungskosten gesenkt werden können. Welche Art von Wartung ein Motor benötigt oder ob er ersetzt werden muss, ist eine kritische und potenziell teure Entscheidung.
• Energieeinsparung. Die Prüfung der Motorstromanalyse (MCA) kann dabei helfen, Bedingungen innerhalb eines Motors zu identifizieren, die zu einer erhöhten Leistungsaufnahme führen. Dies kann sich negativ auf die Gesamtleistungsqualität des Motors auswirken, den Verschleiß der Anlage beschleunigen und sich in einem kostspieligen Anstieg des Energieverbrauchs und des Spitzenverbrauchs äußern.
• Verbesserte Sicherheit. Motortests reduzieren die Dringlichkeit und Häufigkeit von Ausfällen und ermöglichen es den Wartungsteams, den Großteil ihrer Arbeit auf geplante Stillstandszeiten zu verlagern. So hat das Personal einen stromlosen Arbeitszustand, in dem es Reparaturen durchführen kann. Motortests können auch fehlerhafte elektrische Verbindungen in einem Stromkreis aufspüren, die mit normalen Infrarottests nicht erkannt werden, was das Risiko eines Brandes verringert.

Während das Innenleben von Motortests einschüchternd und ein wenig komplex sein kann, kann die Kenntnis der Grundlagen zusammen mit der Verwendung moderner Motortestwerkzeuge und -geräte die Aufgabe des Testens von Motoren erheblich vereinfachen.

Motorprüfgeräte

Moderne Motorprüfgeräte machen das Ablesen und Analysieren des aktuellen Zustands eines Motors ziemlich einfach, wenn man erst einmal verstanden hat, wie jedes Gerät funktioniert. Viele Prüfwerkzeuge sind mit Multifunktionsfunktionen ausgestattet, die mehr als ein Gerät in jedem Werkzeug enthalten. Eine Grundausstattung mit den folgenden Werkzeugen ist ein guter Anfang.

• Digitalmultimeter (DMM) – Ein DMM misst mehrere elektrische Größen, wie Spannung (Volt), Widerstand (Ohm) oder Strom (Ampere). Einige DMM-Modelle verfügen über spezielle Funktionen, mit denen Sie Minimal-, Maximal- und Relativmessungen vornehmen sowie Dioden und Kondensatoren testen können. DMMs werden zum Testen von Leistungsverlusten aufgrund von durchgebrannten Sicherungen, übermäßigen Stromstärken aufgrund von überlasteten Stromkreisen und unzulässigen Widerständen aufgrund von beschädigten Isolierungen oder Geräten verwendet.

  DMMs gelten als Multifunktionswerkzeug, weil sie mehrere Einzelfunktionswerkzeuge wie Voltmeter, Amperemeter und Ohmmeter kombinieren. Dieses Werkzeug verfügt über ein Display, auf dem Messungen in Echtzeit abgelesen werden können, Tasten zur Auswahl einer Vielzahl von Funktionen (je nach Modell), einen Drehknopf zur Auswahl der primären Messwerte (Ampere, Ohm oder Volt) und Eingangsbuchsen, in die Messleitungen eingesteckt werden.

• Stromzangen-Amperemeter – Ein Stromzangen-Amperemeter misst den Strom in einem Stromkreis, indem es die Stärke des Magnetfelds um einen Leiter bewertet. Die meisten Stromzangen messen Wechselstrom, aber einige messen sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom. Die aufklappbaren „Backen“ am Messgerät ermöglichen es dem Techniker, die Backen um einen Draht, ein Kabel oder einen anderen Leiter in einem elektrischen System zu klemmen. Dadurch kann der Techniker den Strom messen, ohne das System abzuschalten oder stromlos zu machen.

  Die Klemmbacken bestehen aus Ferrit-Eisen (in der Regel mit Kunststoff ummantelt) und sind so konstruiert, dass sie ein Magnetfeld erkennen, konzentrieren und messen, das durch den Strom erzeugt wird, wenn er durch einen Leiter fließt. Stromzangen haben sich zu Multifunktionsmessgeräten entwickelt, wobei einige Modelle ähnliche Funktionen wie ein DMM haben. Sie sind beliebt, weil sie sicher und bequem sind und es Technikern erlauben, auf das Schneiden von Drähten zu verzichten, um die Leitungen eines Messgeräts einzuführen, da die Klemmbacken des Strommessgeräts den Leiter nicht berühren müssen, um eine Messung durchzuführen.

• Megohmmeter – Oft als Megger bezeichnet, ist ein Megohmmeter eine Art Ohmmeter, das zur Messung des elektrischen Widerstands von Isolatoren verwendet wird. Mit anderen Worten: Megohmmeter werden verwendet, um den Zustand der Isolierung von Drähten und Motorwicklungen zu bestimmen. Sie tun dies, indem sie eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ladung einführen und den Widerstand bewerten, um festzustellen, ob es einen Leckstrom oder eine Beschädigung der Isolierung gibt.

  Die Höhe des Stroms hängt von der angelegten Spannung, der Kapazität des Systems, dem Gesamtwiderstand und der Temperatur des Materials ab. Generell gilt, je höher der Strom, desto geringer der Widerstand. Der auf dem Bildschirm angezeigte Isolationswiderstandswert ist eine Funktion dreier unabhängiger Teilströme: leitender Ableitstrom, kapazitiver Ladungsableitstrom und Polarisationsabsorptionsableitstrom. Die routinemäßige Verwendung eines Meggers in Ihrem Wartungsprogramm ist eine gute Möglichkeit, die Sicherheit Ihrer Schaltkreise zu gewährleisten.

• Berührungsloses Thermometer – Ein berührungsloses Thermometer oder Punktthermometer ist ein Motorprüfgerät, das die Temperatur an einem einzigen Punkt aus sicherer Entfernung misst. Ähnlich wie Radarpistolen sind diese handgehaltenen Thermometer ideal, um die Temperatur an einem bestimmten Punkt auf einer Oberfläche zu bestimmen. Sie werden zur Messung der Wärmestrahlung an schwer zugänglichen Anlagen oder Anlagen, die unter extremen Bedingungen arbeiten, eingesetzt.

  Spot-Thermometer arbeiten mit dem Sichtfeld (FOV) und dem Verhältnis von Entfernung zu Messfleck (D:S). Das D:S ist das Verhältnis zwischen der Entfernung zum Messobjekt und dem Durchmesser des Temperaturmessbereichs. Je größer das Verhältnis ist, desto besser ist die Auflösung des Geräts und desto kleiner ist der Bereich, der gemessen werden kann.

• Netzqualitätsanalysator – Netzqualitätsanalysatoren sind die ultimativen Multifunktionswerkzeuge für die Motorprüfung. Sie sind zwar teurer ($1.000 bis $8.000+) als die meisten der anderen besprochenen Werkzeuge, können aber je nach Modell mehrere Funktionen beinhalten. Zusätzlich zu den DMM-Funktionen können einige Netzqualitätsanalysatoren Energiestudien und Netzqualitätsprotokolle durchführen, indem sie eine große Anzahl von Netzqualitätsparametern erfassen und aufzeichnen. Weitere Funktionen von Netzanalysatoren können sein:
  • Messung aller drei Phasen und des Nullleiters;
  • Erfassung von Einbrüchen, Schwellungen und Einschaltströmen; und
  • Analyse der Software-Integration und Kompatibilität.

Typen von Motortests

Es gibt zahlreiche Motortesttechniken, besonders wenn es um elektrische Motortests geht. Die meisten von ihnen fallen in eine von zwei Kategorien: Online- oder Offline-Tests oder statische oder dynamische Tests. Ein gutes Programm zur vorbeugenden Wartung verwendet typischerweise beide.

Die dynamische Online-Prüfung wird durchgeführt, während der Motor läuft. Sie liefert den Technikern Daten über die Stromqualität und den Betriebszustand des Motors. Dynamische Prüfgeräte sollten in der Lage sein, alle für Elektromotoren wichtigen Daten zu erfassen und aufzuzeichnen. Dazu gehören Leistungszustand, Spannungspegel, Spannungsunsymmetrie und harmonische Verzerrungen, Strompegel und -unsymmetrie, Lastpegel, Drehmoment und Rotorstabsignaturen, usw. Die Analyse der gesammelten Daten aus der Online-Prüfung kann Probleme durch Indikatoren wie Leistungszustand, Motorzustand und -leistung, Lastbeurteilung und Betriebseffizienz aufdecken.

Die statische Offline-Prüfung sollte regelmäßig eingesetzt werden, um festzustellen, wie die Komponenten innerhalb eines Motors (Wicklungen, Rotorstab usw.) funktionieren, sowie um eine Strom- und Spannungsanalyse durchzuführen. Bei der statischen Prüfung werden häufig Probleme wie gebrochene oder lose Rotorstäbe, Probleme mit Endringen, ein ungleicher Luftspalt zwischen Rotor und Stator (Exzentrizität) und Ausrichtungsfehler festgestellt. Wie der Name schon sagt, wird diese Art der Motorprüfung im Stillstand der Maschine durchgeführt. Bei der statischen Prüfung werden Dinge wie Widerstand/Isolationswiderstand, Hochspannungstests (HiPot), Polarisation, Überspannungstests und mehr bewertet.

Nahezu die Hälfte (48 Prozent) aller Motorausfälle sind laut einer Studie des Electric Power Research Institute (EPRI) auf elektrische Probleme zurückzuführen. Von diesen 48 Prozent sind 12 Prozent auf Rotorprobleme und 36 Prozent auf Wicklungsprobleme zurückzuführen. Um diese Ausfälle einzudämmen, kann eine Vielzahl von Motortests an Elektromotoren durchgeführt werden. Einige der gängigsten sind:

• Impulsprüfung von Elektromotoren: Impulsprüfungen helfen Ihnen zu verstehen, wie ein elektrisches System plötzlichen Überspannungen standhalten kann, die durch Wettereinflüsse (Blitzschlag), regelmäßige Betriebssituationen, wie z. B. wenn Nieder- oder Hochspannungsgeräte den Betrieb wechseln, oder Hochspannungsschwankungen im AC-DC-Wechselrichterausgang verursacht werden.
• Elektromotor-Drehtests: Die Prüfung der Drehrichtung ist entscheidend, bevor Sie einen Motor an seine Last anschließen, um die Last nicht zu beschädigen oder den Bediener zu verwirren. Zum Beispiel ist ein motorbetriebenes Laufrad in einem Mischer so konstruiert, dass es gerichtet ist. Um eine angemessene Durchmischung zu erreichen, ist es wichtig, die vorgesehene Richtung beizubehalten.

  Die korrekte Prüfung der Drehrichtung wird mit einem Phasendrehungsmesser durchgeführt. Wenn Sie beispielsweise einen Dreiphasenmotor installieren, hat das Messgerät sechs Leitungen – drei auf der Motorseite (Zuleitungsseite) und drei auf der Netzseite (Versorgungsseite).

• Prüfung von Elektromotoren mit gewickeltem Rotor: Das Testen mit einem gewickelten Rotor ermöglicht es Ihnen, die drei Grundkomponenten (Stator, Rotor und Widerstandsbank) zu isolieren, um die Grundursache schneller zu identifizieren. Ähnlich wie bei der Primär-Sekundär-Beziehung in einem Transformator zeigt sich jede Abweichung im Rotorkreis (sekundär), die die Widerstandsbank einschließt, am Stator (primär). Umgekehrt spiegeln sich alle Probleme am Stator im Rotorkreis wider.
• Isolationswiderstandsprüfung: Bei der Isolierung von Elektromotoren nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur ab. Dies wird als negativer Temperaturkoeffizient bezeichnet. Die Prüfung der Isolierung hilft sicherzustellen, dass der Isolationswiderstand eines stromlosen Motors nach dem Starten des Motors abnimmt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Temperatur zunächst ansteigt, da Feuchtigkeit durch die steigende Temperatur der Wicklungen verdampft. Die Isolationswiderstandsprüfung benötigt eine Temperaturgleichrichtung auf 104 Grad Fahrenheit (40 Celsius), entsprechend dem IEEE 43 Standard.
• Megger-Prüfung: Der Megohm-Test (Megger-Test) ist aufgrund seiner Einfachheit eine der beliebtesten Prüfungen, um den Isolationswiderstand eines Elektromotors zu testen. Ein Megohmmeter kann eine hohe Gleichspannung (in der Regel 500 V bis 15 kV) bei einer vorgegebenen Stromstärke liefern, um die Isolationsfestigkeit zu prüfen. Es ist ratsam, einen Megohmmeter-Test zusammen mit anderen Formen der Prüfung zu verwenden, da er nicht in der Lage ist, alle potenziellen Fehler in der Wicklung eines Motors zu erkennen.
• Wicklungswiderstandsprüfung: Die Prüfung des Wicklungswiderstands bringt tote Kurzschlüsse, lose Verbindungen und offene Stromkreise ans Licht. Die Messung des Wicklungswiderstands stellt sicher, dass alle Stromkreise ordnungsgemäß verdrahtet und alle Anschlüsse gesichert sind. Alle gewickelten Wicklungen sollten einen vom Hersteller vorgegebenen Widerstand haben, damit der Motor korrekt funktioniert. Dieser Widerstand lässt genau die richtige Strommenge durch die Spule fließen.

  Dieser Test wird normalerweise mit einem Digitalmultimeter durchgeführt. Durch Berühren der roten (positiven) Leitung des Multimeters mit dem positiven Ende der Wicklungen und der schwarzen (negativen) Leitung des Multimeters mit dem negativen Ende der Wicklungen wird auf dem Bildschirm ein Wert in Ohm angezeigt. Dies ist der Widerstand.

• Polarisationsindex (PI)-Test: Dieser Motortest wird verwendet, um die Fitness eines Motors zu bestimmen. Der Index setzt sich aus der Berechnung der Messung des Isolationswiderstandes der Wicklung zusammen. Der PI gibt Aufschluss über den Grad der Verschmutzung oder Feuchtigkeit, die Integrität der Isolierung und die Funktionsfähigkeit des Motors. Für diesen Test sollte die angelegte Spannung 10 Minuten lang konstant gehalten werden, wobei eine Isolationswiderstandsmessung nach einer Minute und eine zweite Isolationswiderstandsmessung nach 10 Minuten vorgenommen wird. Das Verhältnis zwischen der einminütigen und der 10-minütigen Messung ergibt den Polarisationsindex.
• DC-Schrittspannungsprüfung: Die Schrittspannungsprüfung ist eine weitere Möglichkeit, die Isolationsintegrität eines Motors oder Systems zu bewerten. Sie wird typischerweise nach einer erfolgreichen PI-Prüfung durchgeführt, indem mit der gleichen Spannung begonnen wird, die bei der PI-Prüfung verwendet wurde. Wie der Name schon sagt, wird bei der Schrittspannungsprüfung die an das Isolationssystem angelegte Spannung alle 60 Sekunden erhöht, was vom Techniker vorgegeben wird. Während die Spannung erhöht wird, wird der Strom in einem Diagramm aufgezeichnet. Wenn sich nach Abschluss der Prüfung ein nichtlinearer Graph zeigt, ist dies in der Regel ein Hinweis auf Isolationsprobleme. Die Schrittspannungsprüfung ist in der Norm IEEE 95 beschrieben.
• HiPot-Test: Kurz für „High Potential“, ein HiPot-Test prüft auf gute Isolation oder dass kein Strom von einem Punkt zu einem anderen Punkt fließt. Stellen Sie sich dies als das Gegenteil eines Durchgangstests vor (bei dem der Strom leicht von einem Punkt zum anderen fließt). Der HiPot-Test prüft, ob die Isolierung für die regelmäßig auftretenden Überspannungstransienten ausreichend ist. Dieser Test ist ideal, um u. a. Dinge wie eingekerbte oder gequetschte Isolierung, verirrte Drähte, geflochtene Abschirmungen, leitende oder korrosive Verunreinigungen und Abstandsprobleme zu identifizieren. Die Basisspannung für die HiPot-Prüfung beträgt das 2-fache (Betriebsspannung + 1.000 V), gemäß der Norm der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) 60950.
• Automatisierte Prüfungen: Die meisten modernen Motorprüfgeräte verwenden automatische Prüf- und Fehlerdiagnosegeräte, um die Möglichkeit von Bedienerfehlern bei der Interpretation der Ergebnisse auszuschließen. Automatisierte Tests können Mikrofehler erkennen und den Test bei Bedarf automatisch stoppen. Automatisierte Testgeräte werden mit Software geliefert, die alle Testausgabedaten speichert, so dass historische Messwerte im Laufe der Zeit aufgebaut werden können und Berichte über diese Daten erstellt werden können. Sie können automatisierte Prüfgeräte finden, die alle statischen elektrischen Tests in einem tragbaren Gerät vereinen.

Zusätzlich zu diesen elektromotorspezifischen Tests können auch andere gängige Motortestmethoden verwendet werden, wie z.B. Vibrationsanalyse (besonders für Lager), Thermografie und Wellenausrichtungstest.

Motorprüfung eines Drehstrommotors

Drehstrommotoren (Induktionsmotoren) sind für den Betrieb mit dem in den meisten industriellen Anwendungen verwendeten Dreiphasen-Wechselstrom (AC) ausgelegt. Wechselstrom wechselt mehrmals pro Sekunde die Richtung (von negativ zu positiv) und zurück. Zum Beispiel wechselt der Strom in Ihrem Haus 60 Mal pro Sekunde von negativ zu positiv und zurück. Diese Stromänderungen erfolgen über eine gleichmäßige, kontinuierliche Welle, die Sinuswelle genannt wird. Dreiphasen-Wechselstrom hat drei Wechselstromquellen, die alle zueinander phasenverschoben sind, was bedeutet, dass nie zwei Wechselstromwellen gleichzeitig am selben Punkt sind.

Dreiphasen-Motoren werden häufig in kommerziellen und industriellen Umgebungen verwendet, da sie einfach zu bedienen, kostengünstig, wartungsarm, drehzahlvariabel, langlebig und mit einem hohen Anlaufmoment ausgestattet sind. Die Sicherstellung des Zustands eines Drehstrommotors setzt viele der oben genannten Prüfmethoden in die Praxis um.

• Erdungskontinuitäts- und Widerstandstest: Messen Sie mit einem Multimeter den Widerstand zwischen dem Körper des Motors und der Erde. Sie suchen nach einem Wert von 0,5 Ohm oder weniger. Einige Normen schreiben 0,1 Ohm vor.
• Prüfung der Stromversorgung: Für dreiphasige Motoren (in den Vereinigten Staaten) ist die erwartete Spannung für ein 230/400-V-System 230 V Phase zu Nullleiter und 400 V zwischen jeder der drei Phasenleitungen, gemäß der National Electric Manufacturers Association (NEMA). Prüfen Sie mit einem Multimeter, ob die richtige Spannung am Motor anliegt. Stellen Sie sicher, dass der Anschlusstyp in gutem Zustand ist. Bei dreiphasigen Motoren ist der Anschlusstyp entweder Stern (Y) oder Dreieck.
• Durchgangsprüfung der AC-Motorwicklung: Verwenden Sie ein Multimeter, um den Durchgang der Motorwicklung von jeder Phase zu prüfen. Wenn eine Phase die Durchgangsprüfung nicht besteht, könnte ein durchgebrannter Motor vorliegen. Beachten Sie, dass die Identifizierung der Wicklungen je nach Standort unterschiedlich ist. Laut IEC sind die Wicklungsbezeichnungen in den Vereinigten Staaten wie folgt: Hochspannungsklemmen erscheinen als L1, L2 oder L3. Niederspannungsklemmen erscheinen als 1, 2 oder 3. In Europa würden U, V oder W für Hochspannungsklemmen und R, S oder T für Niederspannungsklemmen verwendet werden. In Großbritannien würde man R, Y oder B für Hochspannungsklemmen und A, B oder C für Niederspannungsklemmen verwenden.
• Prüfung des Wicklungswiderstandes von Wechselstrommotoren: Verwenden Sie ein Multimeter oder Ohmmeter für die Prüfung des Wicklungswiderstands von Phase zu Phase. Für die Vereinigten Staaten wäre dies L1 zu L2, L2 zu L3 und L3 zu L1. Stellen Sie sicher, dass der Ohm-Wert für jede Wicklung gleich (oder annähernd gleich) ist.
• Isolationswiderstandsprüfung: Bei Drehstrommotoren wird der Isolationswiderstand typischerweise zwischen jeder Motorwicklung oder Phase und zwischen jeder Motorphase und dem Motorrahmen (Erde) gemessen. Stellen Sie mit einem Megaohmmeter oder Isolationsprüfgerät die Spannung der Geräte auf 500 V ein und prüfen Sie von Phase zu Phase und von Phase zum Motorrahmen (Erde). Im Allgemeinen ist ein schlechter Messwert alles unter 2 Megaohm, während ein ausgezeichneter Messwert 100 Megaohm oder mehr wäre.
• Test der laufenden Ampere: Schließlich können Sie bei laufendem Motor die Volllast-Ampere mit einem Werkzeug wie einem Zangenmessgerät prüfen.