Misurazione dei parametri di un motore sincrono sul posto e a cosa prestare attenzione?

La misurazione dei parametri di un motore sincrono sul posto consente di valutare lo stato elettrico della macchina senza necessità di smontaggio immediato, rilevare indebolimento dell’isolamento, cortocircuiti tra spire, scariche parziali e pianificare ulteriori interventi di assistenza sulla base di dati di misura reali. Nella pratica industriale, i test più importanti sono la prova della resistenza di isolamento, il test ad alta tensione HiPot, il test impulsivo, la misurazione delle scariche parziali e l’analisi degli indici PI e DAR.

Un motore sincrono che opera in una macchina di produzione fa parte di un sistema più ampio. Collabora con azionamento, inverter, servoazionamento, encoder, sistema di controllo PLC, protezioni, alimentazione e impianto elettrico della macchina. Per questo la sola osservazione di sintomi come errore dell’azionamento, funzionamento instabile dell’asse o aumento della temperatura spesso non è sufficiente per individuare la reale causa del problema.

Una diagnostica di un motore sincrono professionale dovrebbe rispondere ad alcune domande chiave: se l’isolamento degli avvolgimenti garantisce ancora un funzionamento sicuro, se sono presenti inizi di cortocircuiti tra spire, se nel dielettrico si sviluppano scariche parziali e se il motore può continuare a funzionare senza un rischio aumentato di fermo produzione.

Contatta RGB Elektronika se devi eseguire una misurazione dei parametri di un motore sincrono sul posto e vuoi valutare lo stato degli avvolgimenti, dell’isolamento e il rischio di guasto prima del successivo avvio della macchina.

Chiama: +48 717 500 983

Quali parametri di un motore sincrono conviene misurare sul posto?

Perché la diagnostica di un motore sincrono sul posto è importante per la manutenzione?

Le misurazioni di un motore sincrono sul posto sono particolarmente importanti quando la macchina è critica per la produzione e ogni fermo non pianificato genera costi. La diagnostica eseguita direttamente nello stabilimento permette di valutare rapidamente se il problema riguarda il motore, l’alimentazione, l’azionamento, il cablaggio, l’encoder, lo stadio di potenza o l’elettronica di controllo.

Per il reparto manutenzione, questa informazione ha un elevato valore pratico. Consente di limitare la sostituzione dei componenti per tentativi, ridurre il rischio di un nuovo guasto dopo l’avviamento e decidere se il motore richiede ulteriore funzionamento sotto osservazione, pulizia, asciugatura, rigenerazione, riavvolgimento o riparazione completa.

Una misurazione dei parametri di un motore sincrono regolare aiuta inoltre a costruire una cronologia dello stato tecnico della macchina. Il confronto dei risultati con misurazioni precedenti è spesso più importante di una singola lettura, perché mostra il ritmo di degradazione dell’isolamento, la variazione delle correnti di dispersione e il peggioramento delle proprietà dielettriche.

Quando eseguire le misurazioni di un motore sincrono nello stabilimento?

La misurazione di un motore sincrono conviene eseguirla non solo dopo un guasto. Nella pratica industriale, la diagnostica è giustificata anche prima dell’avvio della macchina dopo un lungo fermo, dopo allagamento o esposizione all’umidità, dopo sovraccarico, dopo un intervento anomalo delle protezioni, dopo errori dell’inverter o del servoazionamento e prima di decidere una costosa sostituzione del motore.

Le misurazioni sono particolarmente importanti quando si verificano:

• arresti imprevisti della macchina,
• errori dell’azionamento legati a sovraccarico, corrente, isolamento o retroazione,
• funzionamento irregolare del motore sotto carico,
• aumento della temperatura della carcassa o degli avvolgimenti,
• odore di isolamento surriscaldato,
• calo della coppia o problemi nel mantenimento della posizione,
• guasti ripetuti dell’inverter, del servoazionamento o del modulo di potenza,
• sospetto di umidità o contaminazione all’interno del motore,
• avviamento del motore dopo revisione della macchina, rilocazione della linea o lungo stoccaggio.

Quali sintomi possono indicare un problema con un motore sincrono?

I guasti di un motore sincrono non sono sempre visibili subito. Spesso i primi sintomi compaiono nel controllo, nell’azionamento o nel comportamento della macchina. L’operatore vede un errore, la manutenzione vede l’arresto di un asse, mentre la causa reale può trovarsi nell’isolamento degli avvolgimenti, in un cortocircuito tra spire o nella degradazione del dielettrico.

Tra i sintomi che dovrebbero indurre a eseguire una diagnostica vi sono:

• frequenti allarmi dell’azionamento nonostante impostazioni corrette,
• funzionamento instabile dell’asse con carico variabile,
• vibrazioni, surriscaldamento o rumori insoliti,
• intervento delle protezioni differenziali o di sovracorrente,
• peggioramento della ripetibilità di posizionamento,
• calo dell’efficienza del sistema di azionamento,
• guasti che compaiono solo dopo il riscaldamento della macchina,
• problemi dopo il contatto del motore con umidità, olio, polvere o refrigerante.

In questi casi non è sufficiente controllare soltanto l’alimentazione o i collegamenti di base. È necessaria una valutazione dello stato elettrico del motore, perché la degradazione dell’isolamento può per un certo periodo non causare un arresto completo, ma aumentare progressivamente il rischio di perforazione e guasto grave.

Quali test comprende più spesso la misurazione di un motore sincrono?

L’ambito della diagnostica dipende dal tipo di motore, dalla sua potenza, dalla tensione di lavoro, dall’accessibilità dei terminali, dallo storico dei guasti e dalle condizioni nello stabilimento. Nella pratica industriale si eseguono più spesso diversi test che si completano a vicenda. Solo la loro analisi complessiva fornisce un quadro affidabile dello stato della macchina.

Test della resistenza di isolamento

Il test della resistenza di isolamento serve a valutare lo stato dell’isolamento tra gli avvolgimenti e la carcassa del motore sincrono. La prova consiste nell’applicare una tensione di prova superiore alla tensione nominale in condizioni controllate e nell’analizzare la corrente di dispersione. Su questa base, secondo la relazione derivante dalla legge di Ohm, viene calcolata la resistenza di isolamento.

Un valore troppo basso della resistenza di isolamento può indicare umidità, contaminazione, invecchiamento del dielettrico, danno meccanico dell’isolamento o inizi di perforazione. Nella pratica, valori inferiori a circa 2 MOhm devono essere trattati come un segnale di avvertimento che richiede ulteriore analisi e un’interpretazione prudente nel contesto di tensione di lavoro, temperatura, potenza del motore e condizioni operative.

È importante non valutare il motore esclusivamente sulla base di una sola misurazione. Il risultato della resistenza di isolamento dovrebbe essere confrontato con lo storico della macchina, la temperatura degli avvolgimenti, l’umidità ambiente e i risultati degli altri test.

Test ad alta tensione HiPot

Il test ad alta tensione, spesso indicato come test HiPot, consiste nell’applicare una tensione molto più elevata tra l’avvolgimento di una determinata fase e la carcassa del motore. Lo scopo della prova è verificare se l’isolamento resiste alla tensione aumentata e se non si verifica un flusso incontrollato di corrente di dispersione.

Il test HiPot è particolarmente importante dal punto di vista della sicurezza. Se l’isolamento è indebolito, sulla carcassa del motore può comparire un valore pericoloso di corrente di contatto. Ciò crea un rischio per le persone che entrano in contatto con elementi conduttivi della macchina e aumenta la probabilità di guasto dell’azionamento, dell’inverter o delle protezioni elettriche.

Il principio del test è simile alla misurazione della resistenza di isolamento, ma il livello della tensione di prova è molto più alto. Per questo la prova dovrebbe essere eseguita da personale con adeguata esperienza, nel rispetto delle procedure di sicurezza, con corretta scarica degli avvolgimenti e controllo delle condizioni di misura.

Test impulsivo degli avvolgimenti

Il test impulsivo è uno dei metodi più importanti per rilevare cortocircuiti tra spire negli avvolgimenti di un motore sincrono. Consente di valutare il comportamento dell’avvolgimento sotto l’effetto di un impulso di tensione e rilevare variazioni di induttanza che possono indicare un danneggiamento dell’isolamento tra le spire.

La prova consiste nella scarica rapida di un condensatore di prova. Il condensatore, insieme all’avvolgimento testato, forma un circuito LC. Dopo la scarica compaiono oscillazioni del segnale che in un circuito reale si attenuano gradualmente a causa della resistenza e delle perdite di energia.

Nella pratica si utilizza spesso il metodo Peak to Peak, cioè il confronto di forme d’onda con ampiezze diverse su un singolo avvolgimento. In un avvolgimento efficiente cambia solo l’ampiezza del segnale. Non dovrebbero verificarsi variazioni significative della frequenza, della forma sinusoidale o spostamenti insoliti della forma d’onda.

Se le forme d’onda differiscono per forma, frequenza o modalità di smorzamento, ciò può indicare un cortocircuito tra spire, un indebolimento locale dell’isolamento o una degradazione non uniforme dell’avvolgimento. Un risultato di questo tipo richiede ulteriore diagnostica, perché i cortocircuiti tra spire possono trasformarsi rapidamente in danni più gravi al motore.

Misurazione delle scariche parziali

La misurazione delle scariche parziali è un importante completamento del test impulsivo. Permette di rilevare micro-scariche che si verificano all’interno dell’isolamento, per esempio in bolle d’aria, fessure, resina danneggiata o punti di indebolimento locale del dielettrico.

Le scariche parziali sono particolarmente importanti perché possono indicare una fase iniziale di degradazione dell’isolamento prima che si verifichi un cortocircuito completo o una perforazione. Questa prova è un metodo non distruttivo e consente di rilevare problemi che non sempre sono visibili nella misurazione di base della resistenza di isolamento.

La misurazione consiste nell’analisi di impulsi di corrente molto brevi, spesso della durata di appena pochi nanosecondi, mediante un accoppiatore PD specializzato o la misurazione di onde elettromagnetiche ad alta frequenza tramite antenna. Il risultato può essere espresso in picocoulomb, e i parametri chiave sono la tensione di innesco e la tensione di estinzione delle scariche.

In un isolamento ben conservato, la tensione di innesco dovrebbe essere superiore alla tensione massima di esercizio della macchina. Se le scariche compaiono troppo presto, significa che l’isolamento potrebbe già essere indebolito e richiede un’ulteriore valutazione.

Indici PI e DAR

L’indice di polarizzazione del dielettrico PI e il rapporto di assorbimento dielettrico DAR servono a valutare la qualità, l’umidità, la contaminazione e il grado di invecchiamento dell’isolamento di una macchina elettrica. Entrambi i parametri si basano sull’osservazione delle variazioni della resistenza di isolamento nel tempo durante l’applicazione di tensione DC.

Sotto l’effetto della tensione, le molecole con struttura dipolare iniziano ad allinearsi lungo le linee del campo elettrico. Questo processo richiede un flusso di corrente che diminuisce con il tempo. Grazie a ciò si può valutare se l’isolamento si comporta come un dielettrico sano oppure mostra caratteristiche di usura, umidità o degradazione.

L’indice PI viene più spesso calcolato come rapporto tra la resistenza di isolamento misurata dopo 10 minuti e la resistenza ottenuta dopo 1 minuto. Valori elevati, ad esempio nell’intervallo da 3 a 4, possono indicare buone condizioni di una macchina nuova o ben mantenuta. Un valore basso, ad esempio inferiore a 1,2, suggerisce usura significativa, fragilizzazione dell’isolamento, umidità o necessità di intervento di assistenza.

Il rapporto DAR funziona secondo un principio simile, ma si riferisce a intervalli di tempo più brevi. Per questo consente una valutazione preliminare più rapida dello stato del dielettrico. Per l’affidabilità dei risultati è molto importante che prima della misurazione l’isolamento non sia parzialmente polarizzato da test precedenti. Nella pratica ciò richiede la precedente scarica e il ponticellamento dei terminali degli avvolgimenti.

Chiama: +48 717 500 983

Come interpretare i risultati delle misurazioni e cosa fare dopo la diagnostica?

Cosa significa una bassa resistenza di isolamento di un motore sincrono?

Una bassa resistenza di isolamento significa che l’isolamento tra gli avvolgimenti e la carcassa non garantisce più un adeguato livello di protezione elettrica. Può derivare da umidità, contaminazioni conduttive, polvere industriale, olio, surriscaldamento, invecchiamento del materiale isolante o danno meccanico.

In condizioni produttive, un risultato di questo tipo è un segnale di avvertimento. Il motore può ancora funzionare, ma il rischio di perforazione, intervento delle protezioni, danneggiamento dell’azionamento o corrente di contatto pericolosa è aumentato. Per questo il risultato dovrebbe essere analizzato insieme al test HiPot, PI, DAR e allo storico di funzionamento della macchina.

Un esempio di interpretazione delle misurazioni può essere il seguente:

• resistenza di isolamento stabile ed elevata indica di solito un buono stato dell’isolamento,
• resistenza bassa dopo un fermo può indicare umidità,
• resistenza bassa nonostante l’asciugatura può suggerire un danno permanente dell’isolamento,
• calo della resistenza nelle prove successive indica una degradazione progressiva,
• PI o DAR basso rafforza il sospetto di invecchiamento, contaminazione o indebolimento del dielettrico.

Cosa indica il test impulsivo sui cortocircuiti tra spire?

Il test impulsivo consente di rilevare problemi che una normale misurazione della resistenza di isolamento potrebbe non mostrare. Un cortocircuito tra spire si verifica spesso localmente, tra spire adiacenti dell’avvolgimento. All’inizio può non causare una completa dispersione a terra, ma modifica i parametri elettrici dell’avvolgimento e influisce sul funzionamento del motore sotto carico.

Se nel test impulsivo le forme d’onda mantengono forma, frequenza e modalità di smorzamento simili, l’avvolgimento può essere considerato più omogeneo. Se compaiono deformazioni, differenze di frequenza o smorzamento insolito, si deve sospettare un danneggiamento tra spire.

Dal punto di vista della manutenzione, questa è un’informazione molto importante. Un motore con cortocircuito tra spire può assorbire una corrente aumentata, riscaldarsi localmente, causare errori dell’azionamento e portare al danneggiamento dei circuiti di potenza. Il rilevamento precoce di un problema di questo tipo consente di pianificare la riparazione prima che si verifichi un guasto che arresta la produzione.

Perché le scariche parziali sono un segnale precoce di degradazione dell’isolamento?

Le scariche parziali non devono significare subito un guasto completo del motore, ma sono un segnale che nell’isolamento possono essere in corso processi di degradazione. Le micro-scariche danneggiano localmente il dielettrico, generano percorsi conduttivi e con il tempo possono portare alla perforazione.

Nella pratica ciò significa che la misurazione PD è particolarmente utile nella diagnostica predittiva. Consente di rilevare il problema prima dei classici sintomi di guasto, come intervento della protezione, fumo, odore di bruciato, errore dell’inverter o perdita di coppia.

Se la tensione di innesco delle scariche è troppo bassa e il livello delle scariche aumenta, il motore dovrebbe essere sottoposto a ulteriore diagnostica. A seconda del risultato si possono pianificare pulizia, asciugatura, impregnazione, rigenerazione o preparazione di un motore sostitutivo per limitare il rischio di arresto non pianificato della linea.

Come preparare un motore sincrono alle misurazioni sul posto?

Una misurazione affidabile richiede una corretta preparazione della macchina. Il motore deve essere scollegato dall’alimentazione in sicurezza, e il sistema deve essere protetto contro un inserimento accidentale. Occorre verificare la documentazione, le marcature dei cavi, l’accesso ai morsetti e lo storico dei guasti precedenti.

Prima delle prove ad alta tensione è inoltre necessario scaricare gli avvolgimenti e rispettare le procedure di sicurezza. Questo è importante sia per le persone che eseguono la misurazione sia per l’affidabilità dei risultati, soprattutto nell’analisi PI e DAR.

Nella diagnostica sul posto conviene considerare anche l’ambiente del motore. Umidità, temperatura, presenza di polvere, olio, refrigerante, vibrazioni, stato dei cavi di alimentazione e condizioni di lavoro dell’inverter o del servoazionamento possono influenzare i risultati e la loro interpretazione.

Quali interventi di assistenza si possono pianificare dopo le misurazioni?

I risultati delle misurazioni dovrebbero portare a una decisione tecnica concreta. L’obiettivo della diagnostica non è solo redigere un rapporto, ma limitare il rischio di guasto e stabilire se il motore sincrono può continuare a funzionare in sicurezza.

Dopo le misurazioni si possono pianificare, tra l’altro:

• ulteriore osservazione del motore e misurazioni di controllo in un periodo definito 
• pulizia e asciugatura degli avvolgimenti,
• verifica dei cavi di alimentazione e dei collegamenti,
• controllo dell’inverter, del servoazionamento, dello stadio di potenza e delle protezioni,
• controllo dell’encoder, della retroazione e dei segnali di comando,
• rigenerazione o riparazione del motore,
• preparazione di un motore sostitutivo per il periodo di fermo,
• decisione di riavvolgimento o sostituzione se l’isolamento è danneggiato in modo permanente.

Grazie a questo la manutenzione può agire sulla base dei dati, non delle supposizioni. È particolarmente importante negli stabilimenti in cui un solo motore è responsabile di una fase critica del processo tecnologico.

Perché conviene affidare la misurazione dei parametri di un motore sincrono a specialisti?

La misurazione dei parametri di un motore sincrono richiede non solo attrezzature adeguate, ma anche esperienza nell’interpretazione dei risultati. Lo stesso risultato può avere un significato diverso in un motore dopo un lungo fermo, diverso in una macchina dopo allagamento e ancora diverso in un sistema che opera con inverter o servoazionamento in condizioni di elevata dinamica del carico.

La diagnostica specialistica consente di collegare i dati dei test di isolamento, HiPot, impulsivi, PD, PI e DAR con il reale contesto operativo della macchina. In questo modo è possibile distinguere un problema del motore stesso da un problema di azionamento, cablaggio, alimentazione, encoder, comunicazione industriale o elettronica di controllo.

In RGB Elektronika eseguiamo diagnostica, misurazioni e valutazione dello stato di dispositivi di automazione ed elettronica industriale, inclusi motori, azionamenti, inverter, servoazionamenti e sistemi di controllo. Se un motore sincrono funziona in modo instabile, causa errori dell’azionamento o richiede una valutazione prima del riavvio, la misurazione sul posto può aiutare a ridurre il rischio di costosi fermi macchina.

Contattaci se devi eseguire una misurazione dei parametri di un motore sincrono sul posto, verificare lo stato degli avvolgimenti o stabilire se il motore può continuare a funzionare in sicurezza nella macchina.

Chiama: +48 717 500 983