Come monitorare un motore? Misura della corrente di avviamento, controllo dei sovraccarichi e analisi delle vibrazioni di motori e cuscinetti

Un motore elettrico deve essere monitorato tramite la misurazione regolare della corrente di avviamento e di esercizio, il controllo dei sovraccarichi, il rilevamento degli squilibri di fase e l’analisi delle vibrazioni del motore e dei cuscinetti. Questo approccio consente di valutare se l’azionamento funziona in modo stabile e se non si verificano carico eccessivo, surriscaldamento, usura dei cuscinetti, problemi di alimentazione o funzionamento scorretto della macchina. Nella pratica industriale, il monitoraggio del motore è uno degli elementi fondamentali della diagnostica preventiva, perché consente di rilevare un problema prima che provochi un guasto, un fermo produzione o il danneggiamento di ulteriori componenti del sistema di azionamento.

Negli stabilimenti produttivi, un motore raramente funziona come dispositivo isolato. Molto spesso fa parte di un sistema più ampio in cui lavora con un inverter, un softstarter, un riduttore, una pompa, un ventilatore, un trasportatore, un encoder, un controllore PLC, un pannello HMI, moduli I/O ed elettronica di controllo. Per questo motivo la misurazione del funzionamento del motore deve includere sia parametri elettrici sia parametri meccanici. Solo il confronto dei risultati delle misure permette di stabilire se il problema deriva dal motore stesso, dal carico meccanico, dall’alimentazione, dal sistema di controllo o dagli organi attuatori della macchina.

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Come monitorare il funzionamento di un motore in uno stabilimento industriale?

Perché il monitoraggio del motore è alla base della diagnostica preventiva?

Il monitoraggio di un motore elettrico consiste nel controllo sistematico dei suoi parametri più importanti durante l’avviamento, il funzionamento sotto carico e il funzionamento a regime. L’obiettivo non è solo confermare che il motore “funziona”, ma verificare se lavora in condizioni sicure per gli avvolgimenti, l’isolamento, i cuscinetti, il sistema di raffreddamento e l’intero impianto di alimentazione.

Nella manutenzione è particolarmente importante il fatto che molti guasti si sviluppano gradualmente. Sovraccarico, temperatura elevata, vibrazioni crescenti, peggioramento dello stato dei cuscinetti o squilibrio dell’alimentazione possono per un certo periodo non fermare la macchina. Allo stesso tempo, però, causano un’usura accelerata del motore e aumentano il rischio di un fermo improvviso. Un controllo periodico dei motori regolare permette di rilevare tali fenomeni in anticipo e pianificare gli interventi di assistenza in un momento opportuno.

Nella pratica, il monitoraggio del motore aiuta a rispondere ad alcune domande chiave:

• se il motore assorbe la corrente corretta durante l’avviamento e il funzionamento,
• se l’azionamento non è soggetto a sovraccarico,
• se tra le fasi non si verifica uno squilibrio pericoloso,
• se cuscinetti, ventilatore ed elementi meccanici non generano vibrazioni eccessive,
• se protezioni, relè termici e sistema di alimentazione sono scelti correttamente,
• se il problema riguarda il motore, l’inverter, il softstarter, l’impianto o la macchina stessa.

Quali parametri del motore vale la pena controllare regolarmente?

I parametri più importanti controllati durante la diagnostica del motore possono essere suddivisi in elettrici, termici e meccanici. Nel caso dei motori che lavorano in applicazioni industriali, sono particolarmente importanti:

• corrente di avviamento – mostra quanto carico compare durante l’avviamento del motore,
• corrente di esercizio – permette di valutare se il motore non lavora oltre i valori nominali,
• squilibrio di corrente e tensione – indica un carico non uniforme delle fasi o un problema di alimentazione,
• temperatura di lavoro – aiuta a rilevare sovraccarico, raffreddamento inefficiente o peggioramento dello stato degli avvolgimenti,
• vibrazioni del motore e dei cuscinetti – permettono di riconoscere danni meccanici, sbilanciamento, giochi, problemi al ventilatore o ai cuscinetti,
• tempo di avviamento – indica se il motore raggiunge lo stato di funzionamento a regime nel tempo corretto,
• comportamento delle protezioni – permette di valutare se gli interventi non siano causati da sovraccarico, picchi di corrente o errata scelta della protezione.

Se il motore lavora con un inverter, un servoazionamento o un softstarter, vale la pena analizzare anche i parametri dell’azionamento, lo storico degli errori, gli allarmi di sovraccarico, la frequenza di uscita, le rampe di accelerazione, i limiti di corrente e i segnali dall’encoder o da altri elementi di retroazione.

Cosa può indicare un problema del motore prima del guasto?

Un motore elettrico segnala molto spesso un peggioramento dello stato di funzionamento prima che si verifichi un guasto completo. Il problema è che i primi sintomi vengono talvolta confusi con un sovraccarico temporaneo della macchina, un errore di processo o la normale usura d’esercizio.

I segnali di avvertimento tipici includono:

• interventi frequenti delle protezioni motore,
• corrente troppo elevata durante l’avviamento,
• tempo di accelerazione del motore prolungato,
• funzionamento del motore oltre la corrente nominale,
• riscaldamento eccessivo della carcassa,
• aumento del livello di vibrazioni,
• rumore insolito nella zona dei cuscinetti o del ventilatore,
• funzionamento instabile della macchina sotto carico,
• cadute di tensione nell’impianto durante l’avviamento,
• errori dell’inverter, del softstarter o del sistema di controllo,
• arresti ripetuti della linea di produzione senza una causa chiara.

Quanto prima vengono eseguite le misure, tanto maggiore è la possibilità di limitare i costi. Un sovraccarico o un’usura dei cuscinetti non rilevati possono portare non solo al guasto del motore, ma anche al danneggiamento del riduttore, del giunto, dell’inverter, dello stadio di potenza, degli elementi meccanici della macchina o dell’impianto di alimentazione.

Quali misure eseguire durante il monitoraggio di un motore?

Misura della corrente di avviamento del motore. Cosa mostra e quando è particolarmente importante?

La misura della corrente di avviamento permette di valutare quanta corrente assorbe il motore al momento dell’avvio e quanto dura il passaggio al funzionamento stabile. È una delle misure di base eseguite quando una macchina causa cadute di tensione, interventi delle protezioni, funzionamento instabile di altri dispositivi o problemi di avviamento sotto carico.

Durante l’avviamento, un motore può assorbire una corrente notevolmente superiore rispetto al funzionamento a regime. Se l’impianto, le protezioni, il softstarter, l’inverter o il sistema di alimentazione non sono scelti correttamente, un tale picco può causare disturbi nel funzionamento dell’intera macchina. Una corrente di avviamento elevata accelera inoltre l’usura dei componenti del motore, in particolare degli avvolgimenti e dell’isolamento, se gli avviamenti sono frequenti o avvengono in condizioni di carico difficili.

La misura dovrebbe includere non solo il valore di picco, ma anche la durata dell’avviamento e il momento in cui viene raggiunta la corrente di esercizio. Un avviamento troppo lungo può indicare un carico meccanico eccessivo, problemi al riduttore, cuscinetti grippati, parametri errati dell’inverter, una rampa di accelerazione impostata in modo scorretto o un motore non adeguatamente dimensionato per l’applicazione.

Nella pratica industriale, la misura della corrente di avviamento è particolarmente importante quando:

• il motore fa intervenire spesso le protezioni all’avviamento,
• la macchina si avvia con difficoltà o con ritardo,
• nell’impianto compaiono cadute di tensione,
• altri dispositivi che lavorano sulla stessa linea di alimentazione si comportano in modo instabile,
• è prevista una modernizzazione del sistema di azionamento,
• è necessario scegliere inverter, softstarter, protezioni o cavi di alimentazione,
• il motore lavora in un’applicazione con elevata coppia di avviamento.

Se il motore causa problemi all’avviamento, vale la pena commissionare misure elettriche dei motori prima di sostituire il dispositivo. Spesso la causa non è il motore stesso, ma un carico meccanico troppo elevato, parametri dell’azionamento errati, protezioni selezionate in modo scorretto o un problema dell’impianto di alimentazione.

Controllo dei sovraccarichi del motore. Come riconoscere il funzionamento fuori dall’intervallo sicuro?

Il controllo dei sovraccarichi consiste nel valutare se il motore, durante il normale funzionamento, non sia caricato oltre le proprie possibilità. Il sovraccarico si verifica quando la richiesta di coppia o potenza della macchina supera l’intervallo di lavoro sicuro del motore. A differenza della corrente di avviamento di breve durata, il sovraccarico riguarda il funzionamento operativo e può persistere per un periodo più lungo.

Il sintomo più comune del sovraccarico è un assorbimento di corrente superiore al valore nominale, l’aumento della temperatura e il funzionamento instabile dell’azionamento. Il funzionamento prolungato in sovraccarico porta al surriscaldamento del motore, all’invecchiamento accelerato dell’isolamento degli avvolgimenti, al peggioramento delle proprietà dei materiali isolanti e all’aumento del rischio di cortocircuiti tra spire.

Il sovraccarico del motore può derivare da molte cause, tra cui:

• blocco o aumento della resistenza meccanica della macchina,
• usura di cuscinetti, riduttori, giunti o elementi di guida,
• scelta errata del motore per l’applicazione,
• funzionamento a una temperatura ambiente troppo elevata,
• raffreddamento inefficiente o ventilatore sporco,
• parametri errati dell’inverter o del softstarter,
• avviamenti, frenate o variazioni di carico troppo frequenti,
• problemi di alimentazione e squilibrio di fase.

Per proteggere il motore dagli effetti del sovraccarico si utilizzano, tra gli altri, relè termici, interruttori salvamotore, protezioni elettroniche e funzioni di protezione disponibili negli inverter e nei servoazionamenti. La sola presenza della protezione, però, non sostituisce la diagnostica. Se la protezione spegne spesso l’azionamento, occorre stabilirne la causa, non limitarsi ad aumentare la taratura di corrente.

Il funzionamento in sovraccarico può essere costoso non solo a causa del danneggiamento del motore. In uno stabilimento industriale, l’arresto di un singolo azionamento spesso provoca il fermo dell’intera linea, ritardi di produzione, perdite di materiale, necessità di interventi di assistenza in modalità emergenza e rischio di danneggiamento dei dispositivi cooperanti.

Rilevamento degli squilibri. Perché le differenze tra le fasi sono pericolose per il motore?

Il rilevamento degli squilibri è un elemento importante del monitoraggio dei motori trifase. Lo squilibrio può riguardare la tensione di alimentazione, la corrente assorbita dalle singole fasi o il carico degli avvolgimenti. Anche piccole differenze tra le fasi possono causare un riscaldamento non uniforme del motore, un calo dell’efficienza e un’usura più rapida dell’isolamento.

Lo squilibrio può essere conseguenza di problemi nell’impianto di alimentazione, collegamenti allentati, un contattore danneggiato, carico non uniforme, danni agli avvolgimenti, problemi allo stadio di potenza dell’inverter o funzionamento scorretto degli elementi di controllo. Nelle applicazioni con inverter è necessario analizzare sia il lato alimentazione sia il lato uscita dell’azionamento, perché i sintomi possono derivare da punti diversi del sistema.

I sintomi che possono indicare uno squilibrio includono, tra gli altri:

• assorbimento di corrente non uniforme sulle fasi,
• temperatura del motore elevata nonostante un carico apparentemente normale,
• vibrazioni e funzionamento irregolare dell’azionamento,
• allarmi frequenti dell’inverter,
• calo della coppia o problemi nel mantenimento della velocità,
• funzionamento instabile della macchina sotto carico variabile,
• usura accelerata degli avvolgimenti e dell’isolamento.

Proprio per questo la misurazione del funzionamento del motore dovrebbe includere non solo un unico valore della corrente totale, ma anche il confronto delle singole fasi. Nella diagnostica industriale è importante rilevare non solo un guasto evidente, ma anche una deviazione che sta appena iniziando a influire sulla stabilità del processo.

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Analisi delle vibrazioni di motori e cuscinetti. Come rilevare danni meccanici?

L’analisi delle vibrazioni di motori e cuscinetti permette di rilevare problemi meccanici che non sempre possono essere riconosciuti in modo univoco sulla base delle sole misure elettriche. Le vibrazioni possono indicare usura dei cuscinetti, sbilanciamento del rotore, disallineamento, giochi meccanici, danneggiamento del ventilatore, problemi di basamento, giunto o elementi della macchina azionata.

La misura delle vibrazioni viene eseguita tramite sensori esterni montati sul corpo del motore o nei punti diagnostici della macchina. I sensori registrano variazioni di posizione, accelerazione o velocità di vibrazione e poi trasmettono il segnale al sistema di misura. Su questa base è possibile valutare il valore efficace delle vibrazioni, l’ampiezza, la frequenza e le variazioni del trend nel tempo.

Nella diagnostica di manutenzione è particolarmente importante confrontare i risultati con misure precedenti. Una singola misura può mostrare lo stato attuale, ma solo il trend permette di valutare se il livello di vibrazioni sta aumentando e se è necessario un intervento di assistenza.

Come funzionano i sensori di vibrazione utilizzati nella diagnostica dei motori?

Nelle misure di vibrazione si utilizzano diversi tipi di sensori. Spesso vengono impiegati sensori piezoelettrici, nei quali la deformazione dell’elemento di misura genera un segnale di tensione. Tale segnale può poi essere interpretato dal sistema di misura come informazione sulle vibrazioni presenti sul corpo del motore.

Nella pratica si incontrano anche accelerometri capacitivi e piezoresistivi. Nei sensori capacitivi, la variazione della posizione di uno degli elettrodi influisce sulla variazione di capacità, mentre nei sensori piezoresistivi la deformazione della membrana con piezoresistori provoca una variazione della resistenza dell’elemento di misura. Indipendentemente dalla tecnologia, l’obiettivo è trasformare il movimento meccanico in un segnale che possa essere misurato, confrontato e interpretato.

Quali guasti si possono rilevare grazie all’analisi delle frequenze di vibrazione?

Un’analisi avanzata delle vibrazioni non si limita a verificare se il motore “vibra molto”. Il segnale dei sensori può essere analizzato in base a frequenze caratteristiche associate a specifici tipi di danno. In questo modo è possibile distinguere un problema al cuscinetto da sbilanciamento, disallineamento, giochi meccanici o danneggiamento del ventilatore.

L’analisi in frequenza aiuta a rilevare, tra gli altri:

• usura della pista del cuscinetto,
• danni agli elementi volventi,
• sbilanciamento del rotore,
• disallineamento degli alberi,
• giochi meccanici,
• danneggiamento del ventilatore del motore,
• problemi di fissaggio del motore,
• risonanza della struttura della macchina.

È importante, perché un cuscinetto danneggiato può non fermare la macchina per un certo periodo, ma genererà vibrazioni, rumore e temperatura sempre maggiori. Di conseguenza possono danneggiarsi l’albero, il corpo, gli avvolgimenti, il giunto o il meccanismo azionato.

Controllo periodico dei motori. Con quale frequenza eseguire la diagnostica?

La frequenza dei controlli dipende dall’importanza del motore per il processo, dalle condizioni di lavoro, dal carico, dall’età del dispositivo e dallo storico dei guasti. Un motore ausiliario che lavora periodicamente deve essere trattato diversamente da un azionamento critico il cui arresto causa il fermo dell’intera linea di produzione.

Vale la pena pianificare un controllo periodico dei motori soprattutto per i dispositivi che:

• lavorano in modalità continua,
• sono esposti a polvere, umidità, temperatura elevata o vibrazioni,
• lavorano con carico meccanico elevato,
• si avviano e si arrestano frequentemente,
• collaborano con inverter, softstarter o un sistema di controllo complesso,
• in passato hanno causato fermi o errori di produzione,
• sono difficili da sostituire rapidamente a causa della disponibilità, delle dimensioni o della configurazione.

In molti stabilimenti, la soluzione migliore è creare un programma di misurazioni per i motori critici. In questo modo la manutenzione può confrontare i risultati nel tempo, pianificare la sostituzione dei cuscinetti, reagire all’aumento della corrente di esercizio ed evitare situazioni in cui il primo segnale del problema è un arresto improvviso della produzione.

Quando commissionare misure elettriche dei motori?

Le misure elettriche dei motori devono essere commissionate ogni volta che l’azionamento inizia a funzionare in modo diverso rispetto al passato, ma la causa del problema non è evidente. La diagnostica è particolarmente importante prima di decidere la sostituzione del motore, dell’inverter, del softstarter o degli elementi meccanici, perché senza misure è facile sostituire un componente funzionante senza eliminare la reale causa del guasto.

La diagnostica professionale è consigliata quando si verificano:

• problemi di avviamento del motore,
• interventi frequenti delle protezioni,
• sospetto di sovraccarico,
• aumento dell’assorbimento di corrente,
• squilibrio tra le fasi,
• riscaldamento eccessivo del motore,
• vibrazioni o rumori insoliti,
• errori dell’inverter, del servoazionamento o del softstarter,
• funzionamento instabile della macchina dopo la riparazione,
• controllo preventivo pianificato o modernizzazione della linea.

RGB Elektronika esegue misure elettriche dei motori e diagnostica di dispositivi di automazione industriale ed elettronica industriale. Se un motore causa funzionamento instabile della macchina, fa intervenire le protezioni, si surriscalda o genera vibrazioni preoccupanti, vale la pena verificarne lo stato tramite misure prima che un guasto fermi la produzione.

Cosa controllare quando il motore funziona in modo instabile?

Nella diagnostica industriale è importante collegare logicamente il sintomo alla possibile causa. La seguente tabella mostra quali aree conviene controllare per prime.

Sintomo	Possibile causa	Cosa controllare?
Il motore fa intervenire la protezione all’avviamento	Corrente di avviamento troppo elevata, sovraccarico meccanico, protezione errata	Misura della corrente di avviamento, tempo di avviamento, stato del carico, impostazioni delle protezioni
Il motore si riscalda molto	Sovraccarico, squilibrio di fase, raffreddamento insufficiente, usura dell’isolamento	Corrente di esercizio, tensioni di fase, temperatura, ventilatore, carico della macchina
La macchina vibra o fa rumore	Usura dei cuscinetti, sbilanciamento, disallineamento, giochi meccanici	Analisi delle vibrazioni del motore e dei cuscinetti, fissaggio, giunto, riduttore
L’inverter segnala errori di sovraccarico	Carico troppo elevato, parametri errati, problema al motore o ai cavi	Corrente di uscita dell’inverter, parametri delle rampe, stato del motore, cavi, isolamento
Il motore funziona in modo irregolare	Squilibrio dell’alimentazione, problema agli avvolgimenti, disturbi di controllo	Rilevamento degli squilibri, misura delle correnti di fase, segnali di controllo, stadio di potenza

Cosa offre la misurazione regolare del funzionamento del motore?

La misurazione regolare del funzionamento del motore permette di rilevare anomalie prima che portino a un guasto. Le aree più importanti della diagnostica sono la misura della corrente di avviamento, il controllo della corrente di esercizio, il controllo dei sovraccarichi, il rilevamento degli squilibri e l’analisi delle vibrazioni di motori e cuscinetti. Insieme creano un quadro pratico dello stato del motore, del sistema di azionamento e della macchina.

Per i reparti manutenzione significa un maggiore controllo sullo stato del parco macchine, una migliore pianificazione dell’assistenza e un rischio inferiore di fermi costosi. Per la produzione significa un processo più stabile, meno arresti non pianificati e maggiore sicurezza del lavoro. Per gli uffici acquisti significa invece la possibilità di prendere decisioni basate sui dati, non solo sui sintomi.

Se vuoi verificare lo stato del motore prima di un guasto, dopo una riparazione o nell’ambito della diagnostica preventiva, contatta RGB Elektronika. Eseguiamo misure elettriche dei motori e aiutiamo a valutare se il problema si trova sul lato del motore, dell’impianto, dell’inverter, del softstarter, del sistema di controllo o del carico meccanico della macchina.

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