Il dilemma del deterioramento: perché i motori elettrici si guastano
I fedeli lettori del blog sanno già che, quando parliamo di guasti ai motori, il 60% dei guasti all'isolamento è causato da calore eccessivo, perché lo hanno letto nell'articolo Motori e calore, naturalmente.
E per quanto riguarda il restante 40% dei guasti dell'isolamento?
Siete nel posto giusto.
Prima di esaminare direttamente i test del motore, bisogna capire cosa accade all'interno del motore, in particolare il processo di invecchiamento dell'isolamento. Una volta chiarito questo argomento, potrete passare a utilizzare il vostro tester di fiducia.
Come è fatto il sistema di isolamento di un motore?
All'interno del motore troverete un isolamento a parete di terra, tra fasi e tra spire.
In un tipico motore a induzione, l'isolamento a parete di terra è una protezione per il rame isolato collegato a terra, realizzata con carta di isolamento delle cave. L'isolamento tra le fasi è in genere un foglio di carta isolante che, come avrete intuito, è inserito tra le fasi. Infine, l'isolamento tra le spire protegge il rame sugli avvolgimenti o sulle bobine del motore. Sfortunatamente, è questo l'anello debole in un sistema di isolamento (di solito). Per la cronaca, l'isolamento tra spire e tra fasi rientra nella categoria di isolamento rame-rame.
Ecco un altro pensiero triste per il venerdì mattina. Non è possibile testare l'intero sistema di isolamento in un'unica operazione. Servono vari test diversi per ciascuno dei vari tipi di isolamento.
Quali test sono consigliati per il sistema di isolamento di un motore?
Andiamo a suddividerli per tipo di isolamento. Per l'isolamento a parete di terra, è possibile utilizzare un megaohmmetro (un tester della resistenza d'isolamento) per determinare la resistenza d'isolamento. Un test dell'indice di polarizzazione è inoltre consigliato per valutare l'elasticità dell'isolamento e rilevare l'eventuale presenza di umidità o contaminazione negli avvolgimenti. È inoltre possibile utilizzare un test Hi-pot CC per verificare la resistenza dielettrica dell'isolamento.
Per l'isolamento tra fasi e tra spire, i test di sovratensione sono la risposta giusta. Tuttavia, il test di sovratensione non è destinato a testare l'isolamento a parete di terra. Parleremo dei test di sovratensione in maggiore dettaglio più avanti.
Ora che abbiamo affrontato questo argomento…
Perché l'isolamento si deteriora?
Ci sono cinque fattori in gioco e il responsabile sarà probabilmente uno o più di questi.
- Contaminazione: se un deposito chimico penetra negli avvolgimenti, è assai probabile che si verifichi un deterioramento. Ha senso, giusto? Le fuoriuscite di sostanze chimiche di solito sono un brutto segno, e un buon motivo per andare nel panico. A meno che, naturalmente, non sia caduto un bottiglione di H2O o mezzo chilo di C12H22O11 sul pavimento. In tal caso niente panico, basta prendere un tovagliolo di carta (o 50) o chiamare il cane in cucina.
- Fattori meccanici: nel corso del tempo, le vibrazioni o il movimento degli avvolgimenti (o del motore stesso) possono causare l'usura del sistema di isolamento.
- Normale invecchiamento termico: con il normale funzionamento, l'isolamento di un avvolgimento si deteriora in modo naturale, anche se lentamente, nel corso della sua vita utile. Si tratta semplicemente di un'usura normale (prevista).
- Picchi di sovratensione: la commutazione, l'accensione e i design VFD possono tutti causare picchi di alta tensione, che possono portare all'invecchiamento dell'isolamento.
- Invecchiamento termico precoce: ecco che torna il tema del calore eccessivo. Un motore caldo non è un motore felice. Se le temperature degli avvolgimenti del motore tendono a essere alte, anche un guasto prematuro del motore è dietro l'angolo. Naturalmente, lo sapete già, perché era la primissima frase di questo articolo.
E allora?
Forse vi state chiedendo come fa un motore a passare dal deterioramento dell'isolamento al guasto totale?
È la combinazione di un isolamento debole e di picchi a fronte ripido che accelera il deterioramento e porta alla capitolazione finale del motore: il guasto elettrico. Ahi.
Per inciso, i picchi a fronte ripido si verificano comunemente all'accensione e allo spegnimento del motore.
L'abrasione meccanica nell'avvolgimento di un motore è un'altra causa di preoccupazione che accelera la degradazione dell'isolamento, in particolare nell'isolamento tra spire.
Queste erano le informazioni di base.
Torniamo ai test di sovratensione a cui avevamo accennato.
Cos'è un test di sovratensione?
I test di sovratensione esistono da quasi 100 anni, ma rispetto alla serie classica di test dei motori sono praticamente dei nuovi arrivati! A differenza degli altri, un test di sovratensione è in grado di rilevare un difetto dell'isolamento tra le spire, tra le bobine e tra le fasi. Comodo, vero?
Un test di sovratensione si basa sul presupposto che in uno statore del tutto privo di difetti di avvolgimento, tutti gli avvolgimenti delle tre fasi siano identici. Tuttavia, non tutti i motori sono progettati per essere perfettamente bilanciati tra le fasi. La maggior parte sì, ma non tutti. Di conseguenza, ogni fase viene testata rispetto alle altre: A rispetto a B, B rispetto a C e A rispetto a C.
Inoltre, una valutazione del rapporto P-P EAR (Pulse to Pulse Error Area Ratio) può valutare ogni fase, rispetto a se stessa, man mano che l'ampiezza del test aumenta fino alla tensione di test target. Questo parametro di test fornisce una valutazione affidabile nel caso in cui il motore da testare non sia bilanciato per progetto, oppure durante il test di un motore assemblato che potrebbe sembrare artificialmente sbilanciato a causa della posizione del rotore.
Chiaro?
Per ciascuna delle coppie sottoposte a test, lo strumento di prova invia un impulso di tensione rapido e gli impulsi riflessi vengono visualizzati sullo schermo dell'oscilloscopio dello strumento. Se non è chiaro, guardate l'immagine qui sotto per un esempio.
Se gli avvolgimenti sono identici, come dovrebbero essere in un motore integro, vedrete una traccia singola. Se notate una separazione tra le due onde all'aumentare della tensione di test, questo indica che l'isolamento nel motore è indebolito.
Perché è necessario eseguire un test di sovratensione?
Perché lo diciamo noi! A parte gli scherzi...
Il test di sovratensione è un componente essenziale di un programma di manutenzione predittiva del motore. Dal momento che, senza interventi di manutenzione e riparazione adeguati, tutti i motori prima o poi si guastano, un programma di manutenzione completo è un'esigenza fondamentale (o almeno dovrebbe esserlo).
Poiché il test di sovratensione è in grado di prevedere i guasti nell'isolamento rame-rame, come abbiamo già menzionato almeno dieci volte, è chiaro perché questo test si sia guadagnato un posto nei programmi di manutenzione.
Naturalmente, il test di sovratensione non è un test completo del motore e deve essere utilizzato in combinazione con gli altri test citati in precedenza, come la resistenza d'isolamento e l'indice di polarizzazione.
Se vi piace quello che avete appena letto, date un'occhiata a questi 20 e più motivi per iniziare a testare oggi stesso il vostro motore o condividete questo post facendo clic sul link Condividi in alto!
