Cinque punti dei test principali per conoscere l’efficienza e le prestazioni del driver del motore

Secondo l’U.S. Department of Energy (DOE), i sistemi dei motori sono cruciali per il funzionamento di quasi ogni impianto poiché rappresentano dal 60% al 70% di tutta l’elettricità utilizzata. Il DOE indica anche che i driver a frequenza variabile (VFD) come una risorsa per consentire agli impianti di risparmiare notevolmente sui costi. Non a caso, i driver dei motori vengono impiegati comunemente in molte industrie. Per garantire i tempi di attività di questi sistemi dei motori, la manutenzione e la ricerca guasti sono una priorità.

La ricerca guasti e i test dei driver dei motori, noti anche come driver a frequenza variabile (VFD), driver a velocità variabile (VSD) o driver a velocità regolabile (ASD), vengono spesso svolti da specialisti con diversi strumenti di prova, inclusi oscilloscopi, multimetri digitali o altri strumenti di misura. A causa della complessità dei sistemi dei motori, spesso i test vengono effettuati annualmente salvo che un sistema inizi a presentare guasti. Stabilire il punto in cui iniziare i test può essere problematico dato che in genere la cronologia degli interventi dell’attrezzatura è assente o incompleta. I progressi in termini di tecnologia dei test hanno semplificato alcune sfide. Gli strumenti più recenti, come gli analizzatori del motore Fluke MDA-510 e MDA-550 sono studiati per rendere i test del driver del motore più efficaci e approfonditi con la capacità di documentare il processo in ogni fase. I report possono essere memorizzati e confrontati con test precedenti per ottenere un quadro più ampio della cronologia di manutenzione del driver del motore.

Unendo le funzioni di un oscilloscopio portatile e un registratore con la guida di un istruttore competente, questi analizzatori avanzati del motore utilizzano suggerimenti sullo schermo, schemi di configurazione chiari e istruzioni passo-passo scritte da esperti del settore per fornire una guida durante i test fondamentali. Questo nuovo metodo per semplificare i test più complessi consente agli specialisti dei driver dei motori di lavorare velocemente e con sicurezza per ottenere i dettagli richiesti. Lo strumento fornisce inoltre un percorso guidato per i tecnici meno esperti per avviare le analisi del driver del motore. In questo modo anche il tecnico meno esperto, seguendo passo a passo i consigli dello strumento stesso, può ottenere il risultato desiderato.
È possibile effettuare l’analisi grazie a una serie di test standard e alle misurazioni in corrispondenza dei punti principali presenti nel sistema. Si inizia con l’ingresso di alimentazione, i test principali con diverse tecniche di misurazione e la valutazione dei criteri vengono svolti lungo il sistema e si termina con l’uscita.

Nota: gli analizzatori del motore Fluke offrono una guida durante i test e automatizzano molti calcoli necessari in modo da avere risultati certi. Inoltre, è possibile salvare i dati su un report in quasi ogni punto del test, pertanto si può avere a disposizione una documentazione da caricare su un sistema di gestione della manutenzione computerizzato (CMMS) o da condividere con colleghi o esperti di consulenza.

Nota sulla sicurezza: Leggere sempre le informazioni di sicurezza dei prodotti prima di iniziare i test. Non lavorare da soli e attenersi ai codici di sicurezza locali e nazionali. Utilizzare dispositivi di protezione personale (guanti di gomma, maschera e indumenti ignifughi omologati) per impedire lesioni da scosse elettriche o arco elettrico in presenza di conduttori esposti sotto tensione pericolosa.

Di seguito sono riportati i test fondamentali per la ricerca guasti delle trasmissioni dei motori:

1. Ingresso della trasmissione

Analizzare l’alimentazione in ingresso nella trasmissione del motore è la fase iniziale per stabilire se l’alimentazione del driver presenta distorsioni, disturbi o rumori che possono incidere sulla massa di alimentazione.

Test

Confrontare la tensione nominale della trasmissione con la tensione effettiva erogata per verificare rapidamente se i valori rientrano nei limiti accettabili. Se i valori risultano fuori gamma di oltre il 10% potrebbe essere presente un problema relativo alla tensione di alimentazione. Stabilire se la corrente di ingresso rientra nella gamma massima e se i conduttori sono della misura opportuna.
Confrontare la frequenza misurata con quella specificata. Se la differenza fosse superiore a 0,5 Hz potrebbero verificarsi dei problemi.
Verificare se la distorsione delle armoniche rientra in un livello accettabile. Analizzare sia la forma d’onda che lo spettro delle armoniche che mostra per verificare sia la distorsione delle armoniche totale sia delle singole armoniche. Le forme d’onda con la sommità piatta, ad esempio, possono indicare un carico non lineare collegato allo stesso circuito dell’alimentatore. Se la distorsione delle armoniche totale (THD) è superiore al 6% è probabile che ci sia un problema.
Controllare poi lo squilibrio di tensione in corrispondenza dei terminali d’ingresso per garantire che lo squilibrio di fase non sia troppo elevato e che la rotazione di fase sia corretta. Uno squilibrio di tensione elevato può indicare guasti di fase. Uno squilibrio superiore al 2% può determinare il notching di tensione e causare l’innesco della protezione guasti per sovraccarico del driver o potrebbe disturbare altre attrezzature.
Test per lo squilibrio di corrente. Uno squilibrio eccessivo potrebbe indicare un problema al raddrizzatore del driver. Uno squilibrio di corrente superiore al 6% potrebbe indicare un problema presente nell’inverter del driver del motore e causare problemi

2. Bus CC

La conversione da CA a CC nel driver è di fondamentale importanza. Per ottenere delle prestazioni ottimali è necessario avere la tensione corretta e una fluidità adeguata con bassa ondulazione. Una tensione con ondulazione elevata può indicare condensatori guasti o dimensioni errate del motore collegato. La funzione di registrazione dell’analizzatore del motore Fluke serie MDA-500 può essere impiegata per controllare in maniera dinamica le prestazioni del bus CC nella modalità di esercizio mentre viene applicato un carico. Altrimenti, è possibile utilizzare lo strumento di misura Fluke ScopeMeter® o un multimetro avanzato per questo test.

Test

Stabilire se la tensione del bus CC è proporzionale al picco della tensione di rete in ingresso. Ad eccezione dei raddrizzatori controllati, la tensione dovrebbe essere da 1,31 a 1,41 volte la tensione di rete RMS. Una misura bassa di tensione CC può innescare la protezione del driver ; questa condizione può essere causata da una tensione in ingresso di alimentazione bassa o da una distorsione della tensione in ingresso come la sommità piatta.
Verificare l’eventuale presenza di distorsioni o errori nell’ampiezza di picco della tensione di rete. Questa condizione può causare un errore di tensione eccessiva o insufficiente. Una misura di tensione CC di una percentuale di +/- 10% dalla tensione nominale può indicare un problema.
Stabilire se i picchi di ondulazione CA hanno un livello di ripetizione diverso. Dopo la conversione CA-CC, una piccola componente di ondulazione CA resterà sul bus CC. Le tensioni di ondulazione superiori a 40 V possono essere provocate da condensatori guasti o da un driver di dimensioni troppo piccole per il motore o carico collegati. Generalmente il ripple in CA dovrebbe essere inferiore ai 40V.

3. Uscita della trasmissione

Il test dell’uscita della trasmissione è di fondamentale importanza per il funzionamento adeguato del motore e può offrire indizi relativi ai problemi presenti nei circuiti di comando.

Test

Stabilire se la tensione e la corrente rientrano nei limiti. La corrente di uscita elevata può surriscaldare il motore e ridurre la durata dell’isolamento dello statore, portando a guasti prematuri.
Controllare che il rapporto tensione/frequenza (V/Hz) rientri nei limiti specificati del motore. Un rapporto elevato può surriscaldare il motore; un rapporto basso determinerà una perdita di coppia. Una frequenza stabile e una tensione instabile possono indicare un problema del bus CC; una frequenza instabile e una tensione stabile possono indicare problemi di commutazione dei componenti elettronici (IGBT). Frequenza e tensione instabili indicano probabili guasti ai circuiti di comando velocità.
Controllare l’uscita della trasmissione focalizzandosi sia sulla tensione rispetto al rapporto di frequenza (V/Hz) sia sulla modulazione di tensione. Quando risultano delle misurazioni del rapporto V/Hz elevate, il motore potrebbe surriscaldarsi. Con rapporti V/Hz bassi, il motore connesso potrebbe non essere in grado di fornire la coppia necessaria al carico per azionare sufficientemente il processo desiderato.

Verificare la modulazione di tensione con le misurazioni da fase a fase. I picchi di alta tensione possono danneggiare l’isolamento degli avvolgimenti del motore e causare l’innesco della trasmissione. I picchi di tensione superiori al 50% rispetto alla tensione nominale sono problematici.
Controllare l’intensità degli impulsi di commutazione indicata dalla misura della trasmissione. Il tempo di salita o l’intensità degli impulsi sono indicati mediante la misura dV/dt (rapporto della variazione di tensione nel tempo) e deve essere confrontata con l’isolamento specifico del motore.
Testare la frequenza di commutazione con fase verso CC. Identificare se è presente un guasto relativo alla massa o alla commutazione elettronica, che può essere indicato quando il segnale fluttua verso l’alto e verso il basso.

Misurare lo squilibrio di tensione, preferibilmente a pieno carico. Lo squilibrio non dovrebbe superare il 2%. Uno squilibrio di tensione determina di conseguenza uno squilibrio di corrente, che può provocare il surriscaldamento degli avvolgimenti del motore. Tra le cause dello squilibrio possono esserci dei circuiti di comando guasti. Se una fase mostra un guasto viene chiamata “fase singola”: il motore si surriscalda, non si riavvia dopo l’arresto, perde notevolmente efficienza e danneggia potenzialmente il motore e il carico collegato. Misurare lo squilibrio di corrente, che non deve superare il 10% per i motori trifase. Un grande squilibrio quando la tensione è bassa può indicare il cortocircuito a massa degli avvolgimenti del motore o delle fasi. Uno squilibrio elevato può causare anche l’azionamento della trasmissione, temperature elevate del motore e la bruciatura dei cavi degli avvolgimenti.

5. Tensione dell’albero motore

Gli impulsi di tensione da una trasmissione del motore 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 delle correnti di scarica (scintille), che provocano la perforazione o la deformazione della corsa dei cuscinetti, un danno che può portare al guasto prematuro del motore.

Test

Misurare la tensione tra il telaio del motore e l’albero della trasmissione. Il Fluke MDA-550 è dotato di una sonda con spazzola in fibra di carbonio da utilizzare a tale scopo. Il test è in grado di rilevare facilmente la presenza di correnti di scarica distruttive, mentre l’ampiezza dell’impulso e il conteggio degli eventi consentiranno di intervenire prima che si verifichi un guasto. Sono da tenere in conto sia la tensione dell’albero che il tempo di scarica.