Il test del motore valuta l’integrità di un motore attraverso l’uso di apparecchiature o strumenti supportati dal computer che monitorano le tendenze all’interno del motore.

Che cos’è il test del motore?

Il test del motore valuta l’integrità di un motore attraverso l’uso di apparecchiature o strumenti supportati dal computer che monitorano le tendenze all’interno del motore. L’obiettivo principale del test del motore è quello di rivelare problemi nascosti e prevenire guasti inutili. Specificamente per i motori elettrici, il test del motore valuta i parametri statici come l’isolamento, i danni ai fili e la perdita di corrente elettrica, così come i parametri più dinamici come la distorsione, le fluttuazioni di temperatura e l’equilibrio.

Il test meccanico del motore include cose come guardare le crepe del rotore di un motore e il trucco del foglio di laminazione. Mentre ogni test del motore si applica alla maggior parte dei motori a corrente alternata (AC) o continua (DC), ogni metodo di test dipende dalla costruzione e dall’applicazione del motore in questione.

I test dei motori sono regolati dall’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) attraverso standard come IEEE 43 – Insulation Resistance and Polarization Index, IEEE 56 – Maintenance AC Hipot Test, IEEE 95 – DC Hipot Test, e IEEE 400-2001 – The Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of Shielded Power Cable Systems. Questi standard sono costantemente rivisti e migliorati quando il consiglio lo ritiene necessario.

Il test del motore è spesso utilizzato in un programma di manutenzione preventiva o incentrato sull’affidabilità. Il test del motore con un programma di manutenzione preventiva può testare i motori mentre funzionano nel loro ambiente normale con carichi normali per confermare che stanno funzionando a limiti accettabili o ottimali. Il test del motore spesso allude a problemi prima che l’ispezione visiva li renda evidenti.

Fare il test del motore come parte di un programma di manutenzione è importante perché una volta che un motore subisce un danno, questo è spesso irreversibile (indicato come danno al nucleo); questo porta il motore a non funzionare con la stessa efficienza di una volta, se non del tutto. Il test del motore si presta a molteplici vantaggi, tra cui:

• Aumento del tempo di funzionamento. Identificare i motori difettosi prima che raggiungano un punto di guasto assicura che i vostri sistemi rimangano attivi e funzionanti. Questo spiana la strada per attività di manutenzione pianificate più economicamente per correggere i problemi scoperti.
• Risparmi sui costi. Il test dei motori vi dà un quadro chiaro delle condizioni in tempo reale dei motori all’interno delle vostre risorse, limitando i potenziali danni collaterali dovuti ai guasti e riducendo i costi di manutenzione. Che tipo di manutenzione richiede un motore o se deve essere sostituito è una decisione critica e potenzialmente costosa.
• Risparmio energetico. I test di analisi della corrente del motore (MCA) possono aiutare a identificare le condizioni all’interno di un motore che portano a un maggiore consumo di energia. Questo potrebbe avere un impatto negativo sulla qualità complessiva della potenza del motore, accelerare l’usura delle risorse e presentarsi come un costoso aumento del consumo energetico e dei picchi di utilizzo.
• Maggiore sicurezza. Il collaudo del motore riduce l’urgenza e la frequenza dei guasti, permettendo alle squadre di manutenzione di spostare la maggior parte del loro lavoro nei tempi di fermo programmati. Questo dà al personale una condizione di lavoro senza tensione in cui effettuare le riparazioni. Il test del motore può anche rilevare connessioni elettriche difettose in un circuito che potrebbero non essere rilevate con i normali test a infrarossi, riducendo il rischio di un incendio.

Mentre gli aspetti positivi e negativi del test del motore possono essere intimidatori e un po’ complessi, conoscere le basi e utilizzare strumenti e attrezzature moderni per il test del motore può semplificare notevolmente il compito di testare i motori.

Strumenti di test del motore

I moderni strumenti di test del motore rendono le letture e l’analisi delle condizioni attuali di un motore abbastanza semplici una volta che si capisce come funziona ogni strumento. Molti strumenti di test sono dotati di capacità multifunzione, incorporando più di un dispositivo in ogni strumento. Avere un toolkit di base con i seguenti strumenti è un buon punto di partenza.

• Multimetro digitale (DMM) – Un DMM misura più quantità elettriche, come la tensione (volt), la resistenza (ohm) o la corrente (ampere). Alcuni modelli di DMM includono funzioni speciali che permettono di prendere misure minime, massime e relative, nonché di testare diodi e condensatori. I DMM sono utilizzati per testare la perdita di potenza da fusibili bruciati, livelli di corrente eccessivi da circuiti sovraccarichi e resistenza impropria da isolamento o attrezzature danneggiate.

  I DMM sono considerati uno strumento multifunzione perché combinano più strumenti a funzione singola come un voltmetro, un amperometro e un ohmmetro. Questo strumento include un display dove le misure possono essere lette in tempo reale, pulsanti per selezionare una varietà di funzioni (a seconda del modello), un quadrante per scegliere i valori di misura primari (ampere, ohm o volt), e jack di ingresso dove vengono inseriti i puntali di prova.

• Amperometro a pinza – Un amperometro a pinza misura la corrente in un circuito valutando la forza del campo magnetico intorno a un conduttore. La maggior parte degli amperometri a pinza misura la corrente alternata, ma alcuni misurano sia la corrente alternata che quella continua. Le “ganasce” incernierate sul misuratore consentono ai tecnici di stringere le ganasce intorno a un filo, un cavo o un altro conduttore in un sistema elettrico. Questo permette al tecnico di misurare la corrente senza scollegare o togliere la tensione al sistema.

  Le ganasce sono fatte di ferro di ferrite (di solito incassate nella plastica) e progettate per rilevare, concentrare e misurare un campo magnetico che è generato dalla corrente mentre scorre attraverso un conduttore. Gli amperometri a pinza sono diventati tester multifunzione, con alcuni modelli che hanno capacità simili a un DMM. Sono popolari perché sono sicuri e convenienti, permettendo ai tecnici di rinunciare a tagliare i fili per inserire i cavi di un misuratore, dal momento che le ganasce dell’amperometro a pinza non hanno bisogno di toccare un conduttore per effettuare una misurazione.

• Megohmmetro – Spesso indicato come un megger, un megaohmmetro è un tipo di ohmmetro utilizzato per misurare la resistenza elettrica degli isolanti. In altre parole, i megaohmmetri sono utilizzati per determinare la condizione dell’isolamento su fili e avvolgimenti di motori. Lo fanno introducendo una carica DC ad alta tensione e bassa corrente e valutando la resistenza per identificare se c’è una perdita di corrente o un danno all’isolamento.

  La quantità di corrente dipende dalla tensione applicata, dalla capacità del sistema, dalla resistenza totale e dalla temperatura del materiale. In generale, maggiore è la corrente, minore è la resistenza. Il valore di resistenza di isolamento visualizzato sullo schermo è una funzione di tre sottocorrenti indipendenti: corrente di dispersione conduttiva, corrente di dispersione di carica capacitiva e corrente di dispersione di assorbimento di polarizzazione. Usare regolarmente un megger nel vostro programma di manutenzione è un buon modo per garantire che i vostri circuiti siano sicuri.

• Termometro senza contatto – Un termometro senza contatto o termometro spot è uno strumento di prova del motore che misura la temperatura in un singolo punto da una distanza sicura. Simili a pistole radar, questi termometri portatili sono ideali per determinare la temperatura in un punto specifico su una superficie. Sono utilizzati per misurare la radiazione termica su beni difficili da raggiungere o beni che operano in condizioni estreme.

  I termometri spot funzionano utilizzando il campo visivo (FOV) e il rapporto distanza-spot (D:S). Il D:S è il rapporto tra la distanza dall’oggetto da misurare e il diametro dell’area di misurazione della temperatura. Più grande è il numero del rapporto, migliore è la risoluzione dello strumento e più piccola è l’area che può essere misurata.

• Analizzatore di qualità della potenza – Gli analizzatori di qualità della potenza sono gli ultimi strumenti multifunzionali per il test dei motori. Mentre sono più costosi (da $1.000 a $8.000+) rispetto alla maggior parte degli altri strumenti discussi, possono includere più funzioni a seconda del modello. Oltre ad avere capacità DMM, alcuni analizzatori di qualità dell’alimentazione possono condurre studi sull’energia e registrazioni di qualità dell’alimentazione catturando e registrando un gran numero di parametri di qualità dell’alimentazione. Altre funzioni degli analizzatori di potenza possono includere:
  • misurare tutte e tre le fasi e il neutro;
  • catturare cali, sbalzi e correnti di spunto; e
  • analizzare l’integrazione e la compatibilità del software.

Tipi di test dei motori

Esistono numerose tecniche di test dei motori, soprattutto quando si tratta di test dei motori elettrici. La maggior parte di queste rientrano in una delle due categorie: test online o offline, o test statici o dinamici. Un buon programma di manutenzione predittiva di solito li usa entrambi.

Il test dinamico online viene fatto mentre il motore è in funzione. Fornisce ai tecnici dati sulla qualità dell’alimentazione e sulle condizioni di funzionamento del motore. L’attrezzatura per i test dinamici dovrebbe essere in grado di raccogliere e analizzare tutti i dati essenziali per i motori elettrici. Questo include la condizione di potenza, il livello di tensione, lo squilibrio di tensione e le distorsioni armoniche, i livelli e gli squilibri di corrente, i livelli di carico, la coppia e le firme della barra del rotore, ecc. L’analisi dei dati raccolti dai test online può rivelare problemi attraverso indicatori come la condizione della potenza, la condizione e le prestazioni del motore, la valutazione del carico e l’efficienza operativa.

Il test statico offline dovrebbe essere usato regolarmente per determinare come funzionano i componenti di un motore (avvolgimenti, barra rotore, ecc.) e per eseguire un’analisi della corrente e della tensione. Il test statico spesso trova problemi come barre del rotore rotte o allentate, problemi con gli anelli finali, un traferro disuguale tra il rotore e lo statore (eccentricità) e un disallineamento. Come suggerisce il nome, questo tipo di test del motore viene fatto quando la macchina è ferma. I test statici valutano cose come la resistenza/isolamento, i test ad alto potenziale (HiPot), la polarizzazione, i test di sovratensione e altro ancora.

Quasi la metà (48%) di tutti i guasti ai motori sono dovuti a problemi elettrici, secondo un’indagine dell’Electric Power Research Institute (EPRI). Di questo 48%, il 12% può essere attribuito a problemi al rotore e il 36% a problemi agli avvolgimenti. Per aiutare a mitigare questi guasti, una varietà di test del motore può essere eseguita sui motori elettrici. Alcuni dei più comuni includono:

• Test di impulso del motore elettrico: I test a impulsi aiutano a capire come un sistema elettrico può resistere a sovratensioni improvvise causate da eventi atmosferici (fulmini), situazioni di servizio regolari come quando un’apparecchiatura a bassa o alta tensione cambia operazione, o variazioni di alta tensione nell’uscita di un inverter AC-DC.
• Test di rotazione del motore elettrico: Il test del senso di rotazione è fondamentale prima di collegare un motore al suo carico, in modo da non danneggiare il carico o causare confusione per l’operatore. Per esempio, una girante azionata da un motore in un miscelatore è progettata per essere direzionale, quindi per ottenere una miscelazione adeguata, è importante mantenere la direzione prevista.

  Il test di rotazione corretto si fa con un misuratore di rotazione di fase. Per esempio, se state installando un motore trifase, il misuratore avrà sei conduttori – tre sul lato motore (lato conduttore) e tre sul lato linea (lato alimentazione).

• Test del motore elettrico a rotore avvolto: Il test con un rotore avvolto permette di isolare i tre componenti di base (statore, rotore e banco di resistenze) per identificare più rapidamente la causa principale. Molto simile al rapporto primario-secondario in un trasformatore, qualsiasi variazione nel circuito del rotore (secondario) che include il banco di resistenze è evidente sullo statore (primario). Al contrario, qualsiasi problema sullo statore si riflette sul circuito del rotore.
• Test della resistenza di isolamento: Con l’isolamento dei motori elettrici, all’aumentare della temperatura, la resistenza diminuisce. Questo è noto come un coefficiente di temperatura negativo. Testare l’isolamento aiuta a garantire che la resistenza d’isolamento di un motore diseccitato diminuisca dopo l’avvio del motore. Non è raro che la temperatura aumenti inizialmente perché l’umidità evapora dall’aumento della temperatura degli avvolgimenti. Il test della resistenza d’isolamento richiede una rettifica della temperatura a 104 gradi Fahrenheit (40 Celsius), secondo lo standard IEEE 43.
• Test Megger: Uno dei test più popolari grazie alla sua semplicità, il test megohm (test megger) è un altro modo per testare la resistenza di isolamento di un motore elettrico. Un megaohmetro può fornire un’alta tensione continua (di solito da 500V a 15kV) a una capacità di corrente predeterminata per testare la resistenza dell’isolamento. È meglio usare un test megger con altre forme di test, poiché non è in grado di rilevare tutti i potenziali guasti all’interno dell’avvolgimento di un motore.
• Test di resistenza dell’avvolgimento: Il test della resistenza degli avvolgimenti porta alla luce cortocircuiti, connessioni allentate e circuiti aperti. Misurare la resistenza degli avvolgimenti assicura che tutti i circuiti siano cablati correttamente e che tutte le connessioni siano assicurate. Tutti gli avvolgimenti dovrebbero avere una resistenza predeterminata specificata dal produttore affinché il motore funzioni correttamente. Questa resistenza permette alla giusta quantità di corrente di fluire attraverso la bobina.

  Questo test è tipicamente fatto usando un multimetro digitale. Toccando il cavo rosso (positivo) del multimetro all’estremità positiva degli avvolgimenti e il cavo nero (negativo) del multimetro all’estremità negativa degli avvolgimenti, sullo schermo apparirà una lettura in ohm. Questa è la resistenza.

• Test dell’indice di polarizzazione (PI): Questo test del motore è usato per determinare l’idoneità di un motore. L’indice è costituito dal calcolo della misura della resistenza di isolamento degli avvolgimenti. Il PI dà un’idea di quanto sporco o accumulo di umidità ci sia, dell’integrità dell’isolamento e del buon funzionamento del motore. Per questo test, la tensione applicata deve essere mantenuta costante per 10 minuti, con una lettura della resistenza d’isolamento presa a un minuto e una seconda lettura della resistenza d’isolamento presa a 10 minuti. Il rapporto tra le misurazioni di un minuto e di 10 minuti dà l’indice di polarizzazione.
• Test della tensione continua a passi: Il test della tensione a gradini è un altro modo per valutare l’integrità dell’isolamento di un motore o di un sistema. Di solito viene fatto dopo un test PI riuscito, iniziando con la stessa tensione usata nel test PI. Come implica il nome, mentre il test di tensione a gradini progredisce, la tensione applicata al sistema di isolamento aumenta ogni 60 secondi, il che è predeterminato dal tecnico. Man mano che la tensione aumenta, la corrente viene tracciata su un grafico. Al termine del test, se si presenta un grafico non lineare, questo di solito avverte di problemi di isolamento. Il test della tensione a gradini è delineato dallo standard IEEE 95.
• Test HiPot: Abbreviazione di “alto potenziale”, un test HiPot verifica un buon isolamento o che non ci sia flusso di corrente da un punto all’altro. Pensate a questo come l’opposto di un test di continuità (dove la corrente scorre facilmente da un punto all’altro). Il test HiPot verifica che l’isolamento sia adeguato al transitorio di sovratensione che si verifica regolarmente. Questo test è ideale per identificare cose come isolamento intaccato o schiacciato, fili vaganti, schermature intrecciate, contaminanti conduttivi o corrosivi e problemi di spaziatura, tra gli altri. La tensione di base per il test HiPot è 2X (tensione operativa + 1.000V), secondo lo standard della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) 60950.
• Test automatizzati: La maggior parte delle moderne apparecchiature di prova dei motori utilizza test automatici e apparecchiature di diagnosi dei guasti per eliminare la possibilità di errore dell’operatore nell’interpretazione dei risultati. I test automatici possono rilevare i micro-archi e fermare il test automaticamente se necessario. L’attrezzatura di prova automatizzata viene fornita con un software che conserva tutti i dati di uscita della prova, così le letture storiche possono essere costruite nel tempo e i rapporti di questi dati possono essere generati. È possibile trovare tester automatizzati che combinano tutti i test elettrici statici in un unico dispositivo portatile.

In aggiunta a questi test specifici per i motori elettrici, possono essere utilizzati altri metodi comuni di test dei motori come l’analisi delle vibrazioni (specialmente per i cuscinetti), la termografia e i test di allineamento dell’albero.

Test di un motore trifase AC

I motori trifase (motori a induzione) sono progettati per funzionare con la corrente alternata trifase (AC) utilizzata nella maggior parte delle applicazioni industriali. L’elettricità AC cambia direzione (da negativo a positivo) e viceversa numerose volte al secondo. Per esempio, l’elettricità in casa tua alterna avanti e indietro da negativo a positivo, 60 volte al secondo. Questi cambiamenti di potenza avvengono tramite un’onda continua regolare chiamata onda sinusoidale. La corrente alternata trifase ha tre sorgenti di corrente alternata che sono tutte fuori fase tra loro, il che significa che non ci sono mai due onde alternate nello stesso punto alla volta.

I motori trifase sono comunemente usati in ambienti commerciali e industriali per la loro facilità di funzionamento, basso costo, bassa manutenzione, variazione di velocità, durata e alta coppia di avviamento. Assicurare la salute di un motore trifase mette in pratica molti dei metodi di prova menzionati sopra.

• Test di continuità e resistenza di terra: Usando un multimetro, misurate la resistenza tra il corpo del motore e la terra. Stai cercando una lettura di 0,5 ohm o meno. Alcuni standard possono specificare 0,1 ohm.
• Test dell’alimentazione: Per i motori trifase (negli Stati Uniti), la tensione prevista per un sistema a 230/400V è 230V da fase a neutro e 400V tra ciascuna delle linee trifase, secondo la National Electric Manufacturers Association (NEMA). Usando un multimetro, controllare per confermare che la tensione corretta sia applicata al motore. Verificare che il tipo di connessione sia in buone condizioni. Per i motori trifase, il tipo di connessione è a stella (Y) o a delta.
• Test di continuità dell’avvolgimento del motore AC: Usare un multimetro per controllare la continuità dell’avvolgimento del motore da ogni fase. Se una qualsiasi fase non supera il test di continuità, si potrebbe avere un motore bruciato. Nota che l’identificazione degli avvolgimenti varia a seconda del luogo in cui ti trovi. Secondo l’IEC, le designazioni degli avvolgimenti negli Stati Uniti sono le seguenti: I terminali ad alta tensione appaiono come L1, L2 o L3. I terminali a bassa tensione appaiono come 1, 2 o 3. In Europa, U, V o W sarebbero usati per i terminali ad alta tensione e R, S o T per i terminali a bassa tensione. Nel Regno Unito, R, Y o B sarebbero visti per i terminali ad alta tensione e A, B o C per i terminali a bassa tensione.
• Test di resistenza dell’avvolgimento del motore AC: Usare un multimetro o un ohmmetro per testare la resistenza dell’avvolgimento dei terminali fase-fase. Per gli Stati Uniti, questo sarebbe L1 a L2, L2 a L3 e L3 a L1. Assicurarsi che la lettura degli ohm per ogni avvolgimento sia la stessa (o vicina alla stessa).
• Test della resistenza di isolamento: Nei motori trifase, la resistenza d’isolamento viene tipicamente misurata tra ogni avvolgimento o fase del motore e tra ogni fase del motore e il telaio del motore (terra). Usando un megger o un tester d’isolamento, impostare la tensione degli strumenti a 500V e controllare da fase a fase e da fase a telaio del motore (terra). Generalmente, una cattiva lettura è qualsiasi cosa inferiore a 2 megaohm, mentre una lettura eccellente sarebbe di 100 megaohm o superiore.
• Test degli ampere in funzione: Infine, con il motore in funzione, è possibile controllare gli ampere a pieno carico con uno strumento come una pinza amperometrica.