Fehlerprüfung von elektrischen Maschinen im Feld

KOMPONENTEN & PERIPHERIE
01 . !"#!#er ist ein universelles Digitalmultimeter, Isolationsmessgerät und Motorwicklungstester in einem Gerät
Fehlerprüfung von
elektrischen Maschinen
im Feld
Diagnose, Wartung und Service an elektrischen Maschinen erfordern die Messung
verschiedener elektrischer Größen sowie Funktions- und Sicherheitstests. Dafür
wurden bisher mehrere Mess- und Prüfgeräte benötigt, die zum Teil nur bedingt
mobil und deshalb für den Feldeinsatz nicht geeignet sind. Beim Metrahit Coil hat
GMC-I Messtechnik GmbH alle Mess- und Prüffunktionen für elektrische Maschinen in einem Handgerät vereint.
Text: Klaus Leibold
l l l den Wicklungen oder der Ansteuerung bzw. Elektronik. Um die elektrische Sicherheit und die Funktion von
Elektromaschinen zu prüfen, sind verschiedene Messungen durchzuführen: Schutzleiter- und Isolationswiderstand,
Ableitstrom, Rest- und Hochspannung. Dafür bieten sich verschiedene Geräte an. Die elektrische Sicherheit lässt sich mit
· Hochspannungsprüfgeräten sowie mit
· elektrischen Prüfgeräten für Schutzleiterwiderstand,
Isolationswiderstand und Ableitstrommessung feststellen.
Für die Funktionsprüfung bieten sich
· Stoßspannungsprüfgeräte zur Erkennung von
Windungsschlüssen,
· Isolationswiderstandsmessgeräte mit hoher Prüfspannung
sowie
· Motor-Checker mit den Funktionen Isolationswider-
standsmessung, Widerstandsmessung und Induktivitätsmessung an.
Prüfaufgaben
Il
l l l
erkennt man durch den Vergleich der elektrischen Eigenschaften der Wicklungen mehrphasiger Motoren – dies gilt
sowohl für die Ständerwicklungen als auch für Läuferwicklungen von Kollektormotoren. Bei Einphasenmotoren vergleicht man die Messergebnisse mit bekannten Gut-Werten,
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Motor
V
1 000 V
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spannungsprüfung
mit Parallelschwingkreis
zum Beispiel beim neuen Motor erfasst wurden. Zu beachten ist, dass die
elektrischen Eigenschaften von der Motortemperatur abhängen und Fehler oft nur
bei Anliegen der Betriebsspannung auftreten.
Die Überprüfung der Elektronik, zum Beispiel eines Frequenzumrichters, ist
im Feld nicht praktikabel. Deshalb wird diese nach der Prüfung des Motors auf
Isolationsfehler und Windungsschluss meist ausgetauscht. Die Prüfungen werden
in der Regel mit Vielfachmessgeräten (zum Beispiel Multimetern), Isolations- und
Motorwicklungstestern vorgenommen. Letztere sind bislang nur in der Ausführung als Tischgerät verfügbar und für den Feldeinsatz nur bedingt geeignet.
Mit einfachen Multimetern lässt sich der Widerstand der Wicklungen zum
Gehäuse und zwischen den Anschlüssen messen. Ist damit ein Widerstand zum
Gehäuse messbar, liegt ein Isolationsschaden vor. Jedoch ist der Umkehrschluss
dass bei „Overload“ kein Isolationsschaden vorliegt nicht zulässig. Dies ist nur mit
einem Isolationstester messbar bei dem die Prüfspannung größer als die Betriebsspannung ist. Der Wicklungswiderstand zwischen den Anschlüssen liefert Aufschluss über einen Windungsschluss. Ein Windungsschluss lässt sich bei einer
mehrphasigen Maschine durch den Vergleich der Messwerte erkennen. Dies gilt
für Maschinen mit Dreieck- oder Sternschaltung. Für einphasige Maschinen
erfolgt der Vergleich mit einem bekannten Sollwert.
Sind die Durchlasswiderstände der Wicklungen von Ständer oder Läufer nahezu gleich, liegt wahrscheinlich kein Windungsschluss vor. Diese Prüfung eignet
sich aber nicht für Wicklungen mit dicken Drähten und kaum messbaren Widerständen. Außerdem ist damit ein Windungsschluss der erst bei Betriebsspannung
auftritt nicht feststellbar. Verlässliche Ergebnisse liefern Prüfgeräte mit Stoßspannungsprüfung – ausgenommen permanent erregte Motoren, bei denen das Permanentmagnetfeld die Messung in Abhängigkeit von der Läuferstellung beeinflusst.
Beim Vergleich der Messergebnisse für die Wicklungen ist zu berücksichtigen,
dass auch bei guten Motoren die elektrischen Werte der einzelnen Wicklungen
durch fertigungsbedingte Toleranzen streuen.
Außerdem kann bereits die Prüfung mit den Sinnesorganen Aufschluss über
eventuelle Probleme liefern. Elektrische Fehler kann man häufig sehen oder
riechen!
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Mess- und Prüffunktionen an elektrischen Maschinen durchführen zu können.
Deswegen hat GMC-I Messtechnik [1], mit Ihrer Marke Gossen Metrawatt, das
Metrahit Coil (Bild ) entwickelt. Es ist Digitalmultimeter, Isolationsmessgerät
und Motorwicklungstester in einem Handgerät.
Mit 18 Multimeterfunktionen, Echteffektivwertmessung bis 10 kHz und einer
beleuchteten Anzeige von 30 000 Stellen ist das Metrahit Coil universell einsetzbar. Das Spezialmultimeter verfügt zudem über einen Datenspeicher für bis zu
15 000 Messwerte und einer patentierten Data-Hold-Funktion. Die Messwerte
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03 W#8onstante der abklingenden Spannung im Schwingkreis
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-/ll Adapter komfortabel an die Software Matrawin 10 übergeben werden.
Das Messverfahren
Ml l Zeitkonstante eines LC-Parallelschwingkreises (Bild ). Dieser besteht aus der Wicklung und dem Kondensator im
Testadapter, der für Induktivitäten im Bereich von ca. 10 µH
bis 10 mH ausgelegt ist. Der Induktivitätsmessbereich kann
durch Ändern der Kapazität einfach angepasst werden.
Nach dem Aufladen des Kondensators mit 1 000 V erfolgt
die Entladung über den LC-Kreis. Die Abklingzeit zwischen
den ersten beiden Nulldurchgängen wird gemessen und am
Display angezeigt. Die Zeitkonstante (Bild ) ist direkt
proportional zur Induktivität der Wicklung. Nacheinander
werden alle Wicklungen vermessen. Metrahit Coil zeigt die
Abweichung der Messwerte in Prozent auf der Analogskala
an. Bei guten Motoren liegt die Abweichung im Bereich
einiger Prozent. Liegt die prozentuale Abweichung bei mehr
als 10 %, ist von einem Windungsschluss auszugehen. Ein
exakter Wert kann nicht angegeben werden, da die Güte des
Motors das Messergebnis beeinflusst. Dabei ist die
Windungsschlusserkennung in einem feldtauglichen Handgerät eine Weltpremiere (Bild ). Da die Messung mit 1 kV
erfolgt, lassen sich auch Fehler erkennen, die nur unter
Betriebsbedingungen auftreten.
Ein Nachteil ist jedoch, dass die Windungsschlusserkennung mit der Stoßspannungsprüfung für permanent erregte
Motoren keine eindeutigen Ergebnisse liefert.
Das angewandte Messverfahren ermöglicht die kurvenformunabhängige Effektivwertmessung (TRMS) bei
Wechselgrößen (AC) und Mischgrößen (AC und DC) für
Spannungen und Ströme bis 10 kHz. Das Multimeter misst
zudem den Isolationswiderstand bis 3,1 GΩ, mit einstellbarer Prüfspannung von 50 V bis 1 000 V und automatischer
Fremdspannungserkennung. Bei Bedarf kann ein 1-kHzTiefpassfilter zugeschaltet werden, zum Beispiel für Messungen an Leitungen mit eingekoppelten Fremdsignalen. Das
Eingangssignal wird während der Tiefpassfilterfunktion, von
einem Spannungskomparator auf gefährliche Spannungen
untersucht und wenn vorhanden in Anzeige signalisiert.
,
04 4# +! 5?6Test-Adapter ermöglicht das Metrahit Coil die
Windungsschlussmessung im Feld
In der Praxis
Al einer der ersten Kunden hat der international führende
Hersteller von elektrischen Gabelstaplern Still [2] das
Metrahit Coil im Feldeinsatz benutzt. Bei Gabelstaplern ist
die Ursache von Motorfehler überwiegend der Frequenzumrichter (Inverter), der deshalb bislang zuerst ausgetauscht
wurde. War das Problem in der Motorwicklung, konnte
man dies vor Ort nicht sofort erkennen, sondern erst nach
dem unnötigen Austausch des Umrichters in mehreren teuren Arbeitsstunden. Dementsprechend schnell amortisierte
sich die Investition in ein Metrahit Coil, nachdem nur ein
unnötiger Austausch eines Umrichters vermieden wurde.
In den Bereichen Service, Diagnose und elektrischer
Sicherheit, insbesondere an Elektromotoren ist das Metrahit
Coil ein vielseitig einsetzbares Spezialmultimeter. Ein im
Lieferumfang enthaltener „DAkkS“-Kalibrierschein dokumentiert seine Qualität und Zuverlässigkeit.
(no)
Literatur
012 34567 4stechnik GmbH, Nürnberg:
www.gossenmetrawatt.com
[2] Still GmbH, Hamburg: www.still.de
Autor
Dipl.-Ing. Klaus Leibold, C)oduktmanager Test &
Measurement bei Gossen Metrawatt in Nürnberg.
[email protected]
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