Elektrische Motoren - Fehler und Analyse

Asynchronmotoren sind der am häufigsten verwendete Motortyp. Sie sind bekannt für ihre Vorteile wie niedriger Anschaffungspreis, hoher Wirkungsgrad, einfache Regelung und einfache, aber robuste Konstruktion.

Trotz ihrer hohen Zuverlässigkeit leiden Asynchronmotoren unter einigen Ausfällen von Maschinenteilen. Wir können die Ausfälle eines Asynchronmotors in mechanische und elektrische Ausfälle sowie in Stator-, Rotor- und Lagerausfälle unterteilen.

Beginnen wir mit den Lagerfehlern.

Alle Teile des Wälzlagers unterliegen einer Verschlechterung. Die Ursache für einen Lagerschaden kann in der mechanischen Belastung während der Rotation und den Lagerströmen gesehen werden. Mechanische Belastung kann durch schlechten Einbau, schlechte Montage oder unsachgemäßen Gebrauch, Überlastung und schlechte Wartung verursacht werden. Lagerströme können durch Wellenspannungen (aufgrund unsymmetrischer Schaltungen oder Stromversorgungen) und kapazitive Ströme (verursacht durch die Pulsfrequenz der Stromversorgungssteuerung von Halbleiterumrichtern) verursacht werden.

Alle mechanischen (und einige elektrische) Motorfehler haben eine eindeutige Signatur im Schwingungsspektrum der Maschine und können durch Schwingungsanalyse erkannt werden. Fehler wie Fehlausrichtung, Lockerheit, Unwucht und Lagerschäden werden nach denselben Regeln diagnostiziert, die auch für alle anderen Maschinenteile gelten.

Wie analysieren wir mechanische Fehler? Die Antwort finden Sie in unserem Video "Wie wird man ein Experte in der Schwingungsanalyse" und in unseren anderen Lehrvideos.

Was ist Schwingungsanalyse? Unsere Videos zur Schwingungsanalyse für Einsteiger und unsere Artikel zur Schwingungsanalyse helfen Ihnen, dieses Thema zu verstehen.

Einige elektrische Fehler können auch im Schwingungsspektrum erkannt werden. Um sie zu finden, sollten Sie den Motor mit und ohne Spannungsversorgung messen. Einige Schwingungssignaturen können verschwinden, wenn der Strom abgeschaltet ist - solche, die einen elektrischen Ursprung haben. Sie können sich auch auf die genaue Frequenz der Peaks im Spektrum konzentrieren. Wenn Sie eine Spitzenwert bei der exakten Frequenz Ihrer Stromversorgung finden (z. B. 50 Hz und häufiger bei den harmonischen Frequenzen), handelt es sich wahrscheinlich um ein elektrisches Problem, da in einem belasteten Elektromotor immer ein gewisser Schlupf vorhanden ist und der Motor nicht mit seiner exakten Rotationsfrequenz läuft.

Elektrische (und einige mechanische) Motorfehler haben eine einzigartige Signatur im Frequenzspektrum des Motorstroms. Mit der MCSA-Methode können sie erkannt werden. MCSA steht für Motor Current Signature Analysis.

Elektromotoren erzeugen zahlreiche Seitenbänder, die das Frequenzspektrum verzerren. Jeder Fehler hat dann seine eigene spezifische Signatur. Einzelne Fehler können anhand ihrer Amplitudenbänder und Frequenz oder anderer Signaturen voneinander unterschieden werden.

Diese Methode basiert auf der Messung des Statorstroms einer oder mehrerer Phasen im Zeitbereich und seiner anschließenden Spektralanalyse.

Statorfehler

Fehler in der Statorwicklung verursachen die meisten Probleme bei Statoren. Eine gebrochene Wicklungsisolierung ist der häufigste Fehler im Stator. MCSA kann eine schadhafte Isolierung zwischen den Windungen erkennen, was zu einer Beschädigigung zwischen den Phasen führen kann, was für den Motor fatal ist. Die thermische Belastung hat den größten Einfluss auf die Lebensdauer und Qualität der Isolierung. Ein weiterer unerwünschter Effekt ist die elektrische Belastung durch die transiente Spannung. Bei der zunehmenden Verwendung von Softstart-Wechselrichtern werden am Ausgang des Wechselrichters Rechteckspannungsimpulse moduliert.

Fehler am Rotor

Der Rotor eines Asynchronmotors besteht aus einer Welle, isolierten Blechpaketen, die auf die Welle gepresst werden und mit den Wicklungen den magnetischen Kreis des Rotors bilden.

In den meisten Fällen besteht die Rotorwicklung aus einer Käfigstruktur, die durch an den Enden verbundene Stäbe gebildet wird.

Die häufigsten Fehler sind die Exzentrizität des Rotors (d. h. die Ungleichmäßigkeit des Luftspalts zwischen Rotor und Stator) und die Unterbrechung der Rotorstäbe. Diese Fehler können durch die Verwendung von minderwertigen Materialien, Überlastung oder Schwerstanlauf verursacht werden. Im Falle von Rotorstäben kann der Fehler den Widerstand des Stabes erhöhen oder den Stabstromkreis vollständig unterbrechen. Rotorstabbrüche führen vor allem zu einer Verschlechterung des Motorstarts und zur Erzeugung unerwünschter Momente. Darüber hinaus verursacht der gebrochene Stab zusätzliche Fehler in anderen Stäben, da der Strom in ihnen aufgrund des fehlenden Stabstrompfades (bei einem gebrochenen Stab) größer ist.

Der ADASH VA5 Pro Schwingungsanalysator bietet die einzigartige Möglichkeit, Schwingungen und Strom in einem Gerät zu analysieren. Darüber hinaus erweitert das MCSA-Modul die Möglichkeiten des Analysators und erlaubt Ihnen, die Stromsignatur aus dem Spektrum zu analysieren - basierend auf Ihrem Wissen und Ihrer Erfahrung, oder Sie können die automatische Erkennungsfunktion nutzen. Dies ist vergleichbar mit dem ADASH automatic Fault Source Identification Tool (FASIT) für die Schwingungsanalyse. Der Schwingungsanalysator VA5 kann die wichtigsten Fehlerursachen wie Unwucht, Lockerheit, Ausrichtungsfehler und Lagerfehler automatisch erkennen. Das MCSA-Modul des VA5 Pro kann automatisch Rotor- und Statorfehler, Exzentrizität, gebrochene Rotorstäbe und Netzqualität erkennen.