Misurazione delle scariche di tensione dell'albero motore con l'analizzatore del motore Fluke MDA-550

Gli impulsi di tensione da una trasmissione a velocità variabile possono agganciarsi dallo statore al rotore di un motore, provocando l'apparizione di una tensione sull'albero rotore. Quando tale tensione dell'albero rotore supera la capacità di isolamento del lubrificante del cuscinetto, possono verificarsi degli archi di tensione o elettroerosione, che provocano la perforazione o la deformazione della corsa dei cuscinetti, un danno che può portare al guasto prematuro del motore. Questa nota applicativa spiega come utilizzare l'analizzatore del motore MDA-550 e la sonda di tensione dell'albero per misurare gli eventi di scarica di tensione dell'albero motore.

Scariche di tensione dell'albero

L'accoppiamento capacitivo tra lo statore e il rotore di un motore può creare una tensione sull'albero motore. Per questo motivo, i cuscinetti dei motori elettrici possono usurarsi e logorarsi non solo a causa della rotazione dell'albero ma anche per via delle correnti elettriche che scorrono dall'albero del motore alla massa attraverso i cuscinetti. I motori alimentati da un'alimentazione CA a onda sinusoidale possono avere tensioni da albero/cuscinetto al telaio di valori compresi tra circa 1 e 2 V. I motori alimentati da forme d'onda a commutazione rapida delle trasmissioni a frequenza variabile (VFD) possono, tuttavia, avere tensioni da albero/cuscinetto al telaio di valori compresi tra 8 e 15 V. Le tensioni a questi livelli possono oltrepassare le proprietà isolanti del lubrificante del cuscinetto; le scintille risultanti possono causare perforazione, deformazione, crateri di fusione e, infine, guasto prematuro di cuscinetti e motore.

Deformazione della corsa dei cuscinetti
Deformazione della corsa dei cuscinetti causata dalle correnti dei cuscinetti (Foto per gentile concessione di Electro Static Technology).
Uso di MDA
Misurazione della tensione dell'albero motore con il kit sonda di tensione dell'albero

Sonda di tensione dell'albero

L'accoppiamento capacitivo tra lo statore e il rotore di un motore può creare una tensione sull'albero motore. Per questo motivo, i cuscinetti dei motori elettrici possono usurarsi e logorarsi non solo a causa della rotazione dell'albero ma anche per via delle correnti elettriche che scorrono dall'albero del motore alla massa attraverso i cuscinetti. I motori alimentati da un'alimentazione CA a onda sinusoidale possono avere tensioni da albero/cuscinetto al telaio di valori compresi tra circa 1 e 2 V. I motori alimentati da forme d'onda a commutazione rapida delle trasmissioni a frequenza variabile (VFD) possono, tuttavia, avere tensioni da albero/cuscinetto al telaio di valori compresi tra 8 e 15 V. Le tensioni a questi livelli possono oltrepassare le proprietà isolanti del lubrificante del cuscinetto; le scintille risultanti possono causare perforazione, deformazione, crateri di fusione e, infine, guasto prematuro di cuscinetti e motore.

Dispositivo di misurazione

MDA-550 è progettato per testare e a ricercare i guasti più comuni in modo facile e veloce su sistemi a motore di tipo invertitore trifase o a singola fase. Oltre all'oscilloscopio portatile a 4 canali e alla funzionalità registratore, le funzioni di analisi specifiche per il motore offrono una guida di configurazione passo-passo con le informazioni sullo schermo. In questo modo è semplice configurare l'analizzatore ed effettuare le misurazioni dall'ingresso di alimentazione al motore installato, incluse le misurazioni di tensione dell'albero.

I picchi di tensione dell'albero possono essere estremamente rapidi, anche inferiori all'intervallo di misurazione del microsecondo. La banda larga a 500 MHz di Fluke MDA-550 e un campionamento rapido (campione/i fino a 5 G) forniscono le condizioni ottimali per la misurazione di variazioni rapide di tensione.

F-MDA-550-01a
Analizzatore del motore Fluke MDA-550

Risultati delle misurazioni

La misurazione dell'albero motore predefinita mostra le forme d'onda della tensione come misurate sull'albero motore stesso. I valori picco-picco di tensione mostrati nella parte superiore dello schermo indicano il livello massimo della forma d'onda acquisita; indicano che sull'albero sono presenti livelli elevati di tensione. Tuttavia, in questo modo non è possibile determinare la frequenza alla quale si verificano le scariche rapide. Utilizzando la funzione "EVENTS ON", MDA-550 mostrerà le forme d'onda con le scariche in base a una differenza di tensione minima e una differenza di tempo massima predefinite.

Il display si aggiorna con ogni forma d'onda acquisita con tempo di salita o discesa accentuato assieme al numero di eventi rilevati al secondo. Le forme d'onda di scarica mostreranno un aumento di tensione verso la massa seguito da una linea verticale verso la massa al momento della scarica. Per l'analisi dettagliata dell'ultima forma d'onda acquisita, MDA-550 offre la funzione "REPLAY" con un buffer delle schermate per le ultime 100 forme d'onda acquisite. È possibile selezionare la schermata individualmente o mostrarlo come animazione.

Le scariche di tensione superiori a 15 V e i tempi di transizione più rapidi di 50 nanosecondi possono indicare scariche in grado di danneggiare i cuscinetti. Tuttavia, questo unico elemento non è sufficiente per determinare potenziali danni ai cuscinetti poiché esistono numerosi altri fattori che possono incidere.

Se vengono rilevate tensioni dell'albero eccessive, è buona prassi verificare se è possibile ridurre la scariche di tensione adattando il cablaggio, la massa, i parametri di trasmissione o il lubrificante. Se non è possibile effettuare gli adattamenti o se non riducono il problema, i dispositivi di massa dell'albero o un albero isolato sono delle alternative valide. Gli effetti di questi sforzi di limitazione della tensione dell'albero possono essere compresi facilmente confrontando il numero degli eventi registrati prima e dopo l'implementazione delle modifiche.

Motor Shaft Events Off
Il segnale di tensione dell'albero motore con gli eventi disattivati mostra tutti i segnali acquisiti con la misura di tensione picco-picco
Motor Shaft2
Eventi di scarica di tensione dell'albero con tensione minima specificata e tempo massimo di discesa o salita sotto forma di tabella
Motor Shaft Event Wave
Con Events On, vengono mostrate soltanto le forme d'onda con una tensione minima e un tempo massimo di discesa o salita specificati
Motor Shaft Replay
La funzione Replay mostra le ultime 100 forme d'onda acquisite per l'analisi approfondita

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