Identifizieren und Beseitigen häufig vorkommender Motor- und Antriebsprobleme

Auszug aus dem Buch Motor and Drive Troubleshooting (Fehlersuche bei Motor und Antrieb) von Glen A. Mazur, erschienen im Verlag American Technical Publishers

Motorantriebe und Elektromotoren sind in vielen Wohngebäuden, gewerblichen und industriellen Anlagen, in öffentlichen Gebäuden und bei Behörden sowie überall dort zu finden, wo ein gesteuerter rotierender Ausgangsstrom benötigt wird.

Manchmal kann es zu Problemen mit Steuerungsanforderungen oder Umgebungsbedingungen kommen. Bei Motor- oder Antriebsanwendungen können Probleme wie durchgebrannte Sicherungen oder ausgelöste Leistungsschutzschalter auftreten, Anlagenteile können aufgrund von Feuchte, Schmutz, Öl oder Fett, Korrosion, Blitzschlag, Fehlbedienung und andere Bedingungen beschädigt werden, die über das hinausgehen, für was die Anlagen ausgelegt wurden. Ursache für Anlagenschäden können auch Alter, Überbeanspruchung, falsche Dimensionierung, Fehlausrichtung und Leistungsbedingungen sein, einschließlich Transientenspannungen, Oberschwingungen, Phasenverlust und Spannungseinbrüche und -spitzen.

Elektromotoren gehören zu den zuverlässigsten Teilen elektrischer Anlagen, unter der Voraussetzung, dass sie ordnungsgemäß verwendet und installiert werden, richtig dimensioniert sind und der Stromversorgungsanschluss berücksichtigt wird. Unter diesen Bedingungen kann erwartet werden, dass sie bei minimalen Instandhaltungsanforderungen mindestens ein Jahrzehnt oder länger betriebsbereit sind.

Phasenausfall ist schwer zu erkennen

Motoren können dennoch ausfallen und tun dies auch. Ein Dreiphasen-Motor kann eine der Phasenspannungen verlieren. Dies führt zu einem Problem, das als Phasenausfall bezeichnet wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das schwer zu erkennen. Bei einem Antrieb mit regelbarer Drehzahl wird ein Phasenausfall in der Regel durch eine offene Verbindung an einem Ende der Verkabelung zwischen Motor und Antrieb oder in einem der Kabelleiter verursacht. Andere Ursachen eines Phasenausfalls sind durchgebrannte Sicherungen, mechanische Fehler innerhalb der Schaltgeräte und sogar Blitzschläge.

Wenn ein Phasenausfall auftritt, müssen die Wicklungen der zwei anderen Phasen mehr Strom leiten. Dadurch kommt es zu einer übermäßigen Wärmeerzeugung und einem Ausfall des Motors. Ein Phasenausfall kann schwer zu erkennen sein, weil der Motor in vielen Fällen weiterläuft. Daher ist die Erfassung von Strommesswerten an allen Phasen bis zur Erkennung einer offenen Phase die beste Möglichkeit, um einen Phasenausfall auszumachen.

Stromüberschläge zu äußeren Lagern

Ein Motor erzeugt eine nicht vermeidbare Wellenspannung von der Statorwicklung an die Rotorwelle aufgrund kleiner asymmetrischer Unterschiede im Magnetfeld im Luftspalt. Wenn Wellenspannungen die Isolierfähigkeit des Lagerschmierfetts übersteigen, kann es zu Stromüberschlägen auf die äußeren Lager kommen. Ungewöhnliche laute Geräusche und Überhitzung sind die üblichen ersten Anzeichen des Problems, verursacht durch Lager, die ihre Form zu verlieren beginnen und mehr Reibung aushalten müssen. Die Wellenspannungen müssen mit einem tragbaren Oszilloskop anstatt einem Digitalmultimeter (DMM) gemessen werden, da die Spannungen als inkonsistente Spitzen erscheinen. Die Schwankungen zwischen diesen Spitzen sind nicht signifikant genug, um durch ein Digitalmultimeter registriert zu werden.

Häufig eingesetzte Messgeräte für die Fehlersuche

Auf einem tragbaren Oszilloskop wie diesem ScopeMeter® Fluke 190-204mit 4 Kanälen zeigt die Signallinie auf dem Display die Amplitude eines Signals im Zeitverlauf an.

Tragbare Oszilloskope sind aufgrund ihrer erweiterten Funktionen in einer Vielzahl von Situationen das ideale Messgerät. Auf dem Display eines tragbaren Oszilloskops stellt die X-Achse die Zeit und die Y-Achse die Amplitude eines Signals dar. Eine Signallinie ist eine Linie auf dem Display, die die Amplitude eines Signals im Zeitverlauf anzeigt. Diese kann mit den Zeitbasiseinstellungen angepasst werden. Auf tragbaren Oszilloskopen mit mehreren Kanälen können bis zu vier Linien auf einmal angezeigt werden.

Korrekturmechanismen ermöglichen Anpassungen an der horizontalen und vertikalen Positionierung. So können zwei verschiedene Messwerte überlagert werden. Die Anzeige von Messdaten in dieser Weise macht deutlich erkennbar, ob die Messdaten miteinander gleichphasig sind oder nicht. Je stärker die Messdaten phasenverschoben sind, desto größer ist der Unterschied zwischen der Wirkleistung und der Scheinleistung des Schaltkreises. Ein Schaltkreis, bei dem ein Unterschied zwischen der Wirkleistung und der Scheinleistung besteht, hat einen schlechten Leistungsfaktor.

Digitalmultimetersind ein weiteres häufig verwendetes Messgerät. Sie messen elektrische Eigenschaften und zeigen die Eigenschaften in numerischen Werten an. In der Regel werden sie für grundlegende Spannungs-, Widerstands- und Strommessungen von Basisteilen wie Sicherungen und Schaltern verwendet. Sie können auch für grundlegende Messungen zur Fehlersuche eingesetzt werden, z. B. Spannung oder Strom zum Motor. Es gibt verschiedene Kategorien von Digitalmultimetern: universell, Standard und erweitert.

Das eigensichere Echt-Effektivwert-Digitalmultimeter Fluke 28II Ex gehört zur Kategorie der erweiterten Messgeräte. Sie können es in den Bereichen IIC (Gas) Zone 1 und 2 und IIIC (Staub) Zone 21 und 22 einsetzen. Es ist besonders nützlich für die Arbeit an Motoren und Antrieben im Bereich Petrochemie, Chemie oder in der Pharmaindustrie.

Universelle Digitalmultimeter werden für Spannungsmessungen an der Quelle verwendet. Darüber hinaus können diese Geräte verwendet werden, um die Spannung zwischen Phasen zu messen, z. B. Phase-zu-Masse oder Phase-zu-Neutral. Allerdings sind universelle Digitalmultimeter nicht immer so genau wie Digitalmultimeter mit erweiterten Funktionen und sind mehr Einschränkungen unterworfen.

Ein Standard-Digitalmultimeter bietet eine Reihe von Funktionen und Möglichkeiten, die über die eines universellen Digitalmultimeters hinausgehen, beispielsweise die Möglichkeit, Dioden und Kondensatoren direkt zu prüfen, sowie zusätzliche Wahlschalterpositionen, die für die Erfassung von niederohmigem Strom- und Spannungsmessungen genutzt werden. Standard-Digitalmultimeter können auch Balkendiagramme anzeigen, anstatt die Werte nur numerisch auszugeben.

Erweiterte Digitalmultimeter bieten zusätzliche Funktionen, beispielsweise Displays mit Möglichkeiten für genauere Messungen, die Fähigkeit zum Erfassen und Speichern von Messdaten für die spätere Anzeige sowie Trenddarstellungsfunktionen, die es ermöglichen, dass über längere Zeit hinweg erfasste Messdaten als eine einzige Zeile oder ein Diagramm angezeigt werden.

Universelle Digitalmultimeter sind für die meisten Anwendungen nützlich, aber bei der Fehlersuche ist es sinnvoll, ein erweitertes Digitalmultimeter mit mehreren Zubehörteilen zu verwenden. Die Messdaten, die auf einigen der erweiterten Digitalmultimeter erfasst werden, können zur späteren Anzeige auf einen PC heruntergeladen werden, um so eine gründliche Überwachung der Leistung im Zeitverlauf zu ermöglichen.

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