モーターテストとは、モーター内のトレンドを監視するコンピュータ支援機器やツールを使用して、モーターの健全性を評価するものです。

モータテストとは

モータテストは、コンピュータ支援機器やモータ内のトレンドを監視するツールを使用して、モータの健全性を評価するものです。 モーターテストの主な目的は、隠れた問題を明らかにし、不要な故障を防ぐことです。

機械的なモーター試験としては、モーターのローターのクラックやラミネートシートの化粧状態などがある。 それぞれのモーター試験は、ほとんどの交流（AC）または直流（DC）モーターに適用されますが、それぞれの試験方法は、対象となるモーターの構造や用途によって異なります。

モーター試験は、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）によって規定されており、IEEE 43 – Insulation Resistance and Polarization Index、IEEE 56 – Maintenance AC Hipot Test、IEEE 95 – DC Hipot Test、IEEE 400-2001 – The Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of Shielded Power Cable Systemsなどの規格があります。

モーターテストは、予防保全や信頼性を重視したメンテナンスプログラムによく用いられます。

モーターテストは、予防保全や信頼性中心のメンテナンスプログラムでよく使われます。予防保全プログラムでのモーターテストでは、通常の環境で通常の負荷で動作しているモーターをテストし、許容範囲または最適な範囲で動作していることを確認します。

メンテナンスプログラムの一環としてモーターテストを行うことは重要です。というのも、モーターは一度損傷を受けると元に戻らないことが多く（コア・ダメージと呼ばれます）、その結果、かつてのような効率では動作しなくなるからです。

• 稼働率の向上。 障害が発生する前に欠陥のあるモーターを特定することで、システムを確実に稼働させることができます。 これにより、発見された問題を修正するために、より経済的に計画されたメンテナンス作業の道が開かれます。
• コスト削減。 モーターテストにより、資産内のモーターの状態をリアルタイムで明確に把握することができ、故障による潜在的な付随的損害を制限し、メンテナンスコストを削減することができます。 モーターがどのようなメンテナンスを必要としているか、あるいは交換する必要があるかどうかは、重要かつ潜在的に高価な決断です。
• 省エネルギー。 モーター電流解析（MCA）試験は、消費電力の増加につながるモーター内の状態を特定するのに役立ちます。 これは、モーターの全体的な電力品質に悪影響を及ぼし、資産の摩耗を加速させ、エネルギー消費量やピーク時の使用量のコスト増として現れます。
• 安全性の向上。 モーターテストは、故障の緊急性と頻度を減らし、メンテナンスチームが作業の大部分を予定されたダウンタイムに移行することを可能にします。 これにより、担当者は修理を行うための無通電の作業状態を得ることができます。

モーターテストは、通常の赤外線テストでは検出されない回路内の欠陥のある電気接続を検出することができ、火災のリスクを低減します。

モーターテストツール

最新のモーターテストツールは、それぞれのツールがどのように機能するかを理解した上で、モーターの測定や現状の分析を非常に簡単に行うことができます。 多くのテストツールは、1つのツールに2つ以上のデバイスを組み込んだ多機能性を備えています。

• デジタルマルチメーター（DMM）：電圧（ボルト）、抵抗（オーム）、電流（アンペア）など、複数の電気量を測定することができます。 DMMの中には、最小値、最大値、相対値の測定や、ダイオードやコンデンサのテストができる特別な機能を備えたモデルもあります。 DMMは、ヒューズ切れによる電力損失、過負荷回路による過大な電流レベル、損傷した絶縁体や機器による不適切な抵抗のテストに使用されます。

  DMMは、電圧計、電流計、オームメーターなどの複数の単機能ツールを組み合わせたもので、多機能ツールと考えられています。

• クランプ式電流計 – クランプ式電流計は、導体の周りの磁界の強さを評価することで、回路内の電流を測定します。 大半のクランプ式電流計は AC を測定しますが、AC と DC の両方を測定するものもあります。 電流計のヒンジ付きの「ジョー」は、技術者がワイヤー、ケーブル、または電気システムのその他の導体の周りにジョーを固定することができます。 これにより、技術者はシステムを切り離したり、無電源にしたりすることなく、電流を測定することができます。

  ジョーはフェライト鉄（通常はプラスチックで覆われている）でできており、電流が導体を流れるときに発生する磁界を検出し、集中させて測定するように設計されています。 クランプオン式電流計は、DMMと同等の機能を持つ機種もあり、多機能なテスターとなっています。

• メガオームメーター – メガーと呼ばれることもあるメガオームメーターは、絶縁体の電気抵抗を測定するためのオームメーターの一種です。 言い換えれば、メグメーターはワイヤーやモーターの巻線の絶縁状態を調べるために使用されます。 高電圧、低電流の直流電荷を導入し、その抵抗値を評価することで、電流の漏れや絶縁体の損傷の有無を確認することができます。

  電流の大きさは、印加された電圧、システムの容量、全抵抗値、材料の温度などによって決まります。 一般的には、電流が大きいほど抵抗値は小さくなります。 画面に表示される絶縁抵抗値は、「導電性漏洩電流」「容量性電荷漏洩電流」「分極吸収漏洩電流」という3つの独立した副電流の関数です。

• 非接触温度計 – 非接触温度計またはスポット温度計は、安全な距離から1点の温度を測定するモーターテストツールです。 レーダーガンに似たこれらの携帯型温度計は、表面上の特定の場所の温度を測定するのに最適です。 手の届かない場所にある資産や、過酷な条件下で稼働する資産の熱放射を測定するために使用されます。

  スポット温度計は、視野角（FOV）とスポット間距離比（D:S）を利用して動作します。 D:Sとは、測定対象物までの距離と、温度測定エリアの直径の比です。

• 電力品質分析器 – 電力品質分析器は、モーターテストのための究極の多機能ツールです。 これらは、取り上げた他のツールのほとんどよりも高価 (1,000ドルから8,000ドル以上) ですが、モデルによっては複数の機能を含むことができます。 電力品質アナライザの中には、DMM機能に加えて、多数の電力品質パラメータを捕捉して記録することにより、エネルギー研究や電力品質のロギングを行うことができるものがあります。 パワーアナライザのその他の機能としては、
  • 三相とニュートラルの測定、
  • ディップ、スウェル、突入電流の捕捉、
  • ソフトウェアの統合と互換性の分析などがあります。

モーターテストの種類

特に電気的なモーターテストに関しては、数多くのモーターテスト技術があります。 これらのほとんどは、オンラインテストかオフラインテストか、あるいは静的テストか動的テストかの2つのカテゴリーのいずれかに分類されます。

オンライン・ダイナミック・テストは、モーターが作動している間に行われます。 これにより、技術者はモーターの電力品質と動作状態に関するデータを得ることができます。 動的試験装置は、電気モーターに不可欠なすべてのデータを収集し、傾向を把握できる必要があります。 これには、電源状態、電圧レベル、電圧の不均衡と高調波歪み、電流レベルと不均衡、負荷レベル、トルクとローターバーのサインなどが含まれます。

モーター内のコンポーネント（巻線、ローターバーなど）がどのように機能しているか、電流や電圧の分析を行うために、オフラインの静的テストを定期的に使用する必要があります。 静的試験では、ローターバーの破損や緩み、エンドリングの問題、ローターとステーター間の不均等なエアギャップ（偏心）、ミスアライメントなどの問題が発見されることが多い。 このタイプのモーター試験は、その名の通り、機械が停止した状態で行われます。

Electric Power Research Institute（EPRI）の調査によると、モーターの故障の約半分（48パーセント）は電気的な問題が原因です。 その48パーセントのうち、12パーセントはローターの問題、36パーセントは巻線の問題に起因しています。 これらの故障を軽減するために、電気モーターには様々なモーターテストを行うことができます。

• 電気モーターのインパルス試験。
• 電動モーターのインパルス試験：天候（落雷）による突然の過電圧、低電圧または高電圧の機器が動作を変更したときのような通常の負荷状況、AC-DCインバーター出力の高電圧変動に、電気システムがどのように耐えられるかを理解するのに役立ちます。 モーターを負荷に接続する前に、回転方向をテストすることは、負荷を損傷したり、オペレーターを混乱させたりしないために重要です。 例えば、ミキサーのインペラーは方向性があるように設計されているので、十分な混合を得るためには、意図した方向を維持することが重要です。 例えば、三相モーターを設置する場合、メーターにはモーター側（リード側）に3本、ライン側（供給側）に3本の計6本のリード線が付いています。
• 巻線式ローターの電動機テスト。 巻線式ローターを使ったテストでは、3つの基本コンポーネント（ステーター、ローター、抵抗バンク）を分離して、より早く根本原因を特定することができます。 トランスの一次側と二次側の関係のように、抵抗器バンクを含むローター回路（二次側）の変動は、ステーター（一次側）に反映されます。
• 絶縁抵抗試験。 電動機の絶縁体は、温度が上がると抵抗値が下がります。 これを「負の温度係数」といいます。 絶縁体をテストすることで、無通電状態のモーターの絶縁抵抗がモーター起動後に減少することを確認することができます。 巻線の温度上昇により水分が蒸発するため、最初は温度が上昇することも珍しくありません。 絶縁抵抗試験では、IEEE43規格に基づき、華氏104度（摂氏40度）までの温度整流が必要である。
• メガー試験。 メガオームテスト（メガーテスト）は、電気モーターの絶縁抵抗をテストするもう一つの方法で、そのシンプルさから最も人気のあるテストの一つです。 メガオームメーターは、所定の電流容量で高い直流電圧（通常は500V～15kV）を供給し、絶縁強度を試験することができます。 モーターの巻線内のすべての潜在的な欠陥を検出できるわけではないので、メガーテストは他のテストと併用するのがベストです。
• 巻線抵抗テスト。 巻線の抵抗値を測定することで、デッドショート、接続の緩み、開回路を明らかにすることができます。 巻線の抵抗を測定することで、すべての回路が適切に配線され、すべての接続が固定されていることを確認します。 すべてのコイル状の巻線は、モーターが正しく動作するために、メーカーによって指定された所定の抵抗値を持つ必要があります。

  このテストは通常、デジタルマルチメーターを使って行います。 マルチメーターの赤（プラス）のリード線を巻線のプラス側に、黒（マイナス）のリード線を巻線のマイナス側に接触させると、画面上にオーム単位の数値が表示されます。 これが抵抗値です。

• 極性指数（PI）テスト。 このモーターテストは、モーターの適合性を判断するために使用されます。 この指数は、巻線の絶縁抵抗の測定値を計算することでできています。 PIは、汚れや水分の蓄積の程度、絶縁体の完全性、モーターの動作の良し悪しを知ることができます。 このテストでは、印加電圧を10分間一定に保ち、1分後に絶縁抵抗値を測定し、10分後に2回目の絶縁抵抗値を測定します。 1分後の測定値と10分後の測定値の比が分極指数となります。
• DCステップ電圧試験。 ステップ電圧試験は、モーターやシステムの絶縁性を評価する別の方法です。 通常、PIテストが成功した後に、PIテストで使用したのと同じ電圧で開始して行われます。 その名の通り、ステップ電圧試験が進むにつれて、絶縁システムにかかる電圧は技術者が事前に決めた60秒ごとに増加します。 電圧が上昇すると、電流がグラフ上に表示される。 テスト終了時に、非線形のグラフが現れれば、通常は絶縁の問題を警告することになる。 ステップ電圧試験は、IEEE 95規格に基づいて行われます。 HiPotテストは、「高電位」の略で、絶縁状態が良好であるか、ある点から別の点に電流が流れていないかをチェックします。 これは、導通テスト（ある点から別の点へ簡単に電流が流れる）とは逆のものと考えてください。 HiPotテストでは、定期的に発生する過電圧トランジェントに対して絶縁が適切であるかどうかを確認します。 この試験は、絶縁体の傷や破砕、迷走ワイヤ、編組シールド、導電性または腐食性の汚染物質、間隔の問題などを特定するのに最適である。 HiPot試験の基本電圧は、国際電気標準会議（IEC）60950規格では、2倍（動作電圧＋1,000V）となっています。
• 自動試験。 最新のモーター試験装置のほとんどは、自動試験および故障診断装置を使用しており、結果を解釈する際のオペレーターによるエラーの可能性を排除しています。 自動テストでは、マイクロアークを検出し、必要に応じてテストを自動的に停止することができます。 自動試験装置には、すべての試験出力データを保持するソフトウェアが付属しているので、時間の経過とともに過去の測定値が蓄積され、そのデータのレポートを作成することができます。

これらの電動機固有の試験に加えて、振動分析（特にベアリング）、サーモグラフィー、シャフトアライメント試験など、一般的なモーター試験方法を使用することができます。

三相交流モーターの試験

三相モーター（誘導モーター）は、ほとんどの産業用途で使用される三相交流（AC）電力で動作するように設計されています。 交流の電気は、1秒間に何度も方向転換（マイナスからプラスへ）します。 例えば、家の中の電気は1秒間に60回、マイナスとプラスを交互に繰り返している。 このような電力の変化は、正弦波と呼ばれる滑らかな連続波で行われる。

三相モーターは、操作のしやすさ、低コスト、低メンテナンス、回転数の変化、耐久性、高い始動トルクなどの理由から、商業および産業分野でよく使用されています。

• アースの導通と抵抗のテスト。 マルチメーターを使って、モーターのボディとアースの間の抵抗を測定します。 測定値は0.5Ω以下を目安とします。 規格によっては0.1オームと規定されている場合もあります。
• 電源テスト。 三相モーターの場合（米国の場合）、230/400Vシステムの予想電圧は、NEMA（National Electric Manufacturers Association）によると、相-ニュートラル間が230V、三相各線間が400Vです。 マルチメーターを使用して、正しい電圧がモーターに印加されていることを確認します。 接続タイプが良好な状態であることを確認します。 三相モーターの場合、接続タイプはスター(Y)またはデルタです。
• ACモーター巻線の導通テスト。 マルチメーターを使用して、各相からのモーター巻線の導通を確認する。 導通テストで不合格になる相があれば、モーターが焼損している可能性があります。 なお、巻線の識別は場所によって異なります。 IECによると、米国での巻線の呼称は以下の通りです。 高電圧端子はL1、L2、L3と表示されます。 低電圧端子は1、2、3と表示されます。 ヨーロッパでは、高電圧端子にはU、V、W、低電圧端子にはR、S、Tを使用します。
• ACモーターの巻線抵抗テスト。 マルチメーターやオームメーターを使って、相間端子の巻線抵抗をテストします。 米国の場合、これはL1からL2、L2からL3、L3からL1となります。 各巻線のオーム値が同じ（またはほぼ同じ）であることを確認する。
• 絶縁抵抗試験。 三相モーターでは、通常、各モーター巻線または相の間、および各モーター相とモーターフレーム（アース）の間の絶縁抵抗を測定します。 メガーまたは絶縁テスターを使用して、ツールの電圧を500Vに設定し、相から相、相からモーターフレーム（アース）までをチェックします。 一般的に、悪い測定値は2メガオーム以下であり、優れた測定値は100メガオーム以上である。 最後に、モーターを回転させた状態で、クランプオンメーターなどのツールを使って全負荷アンペアをチェックします。