9. díl - Jak a co kontrolovat na elektromotorech, aby vás náhle neopustily

Ověřování stavu motoru v provozu

Seriál Měření při údržbě pohonů a motorů pro časopis ELEKTRO – č. 10/2016.
Původně publikováno: časopis ELEKTRO, č. 10/2016
Autor: Ing. Jaroslav Smetana
Datum aktualizace: 28. 5. 2026

Toto pokračování seriálu o měření při údržbě pohonů a motorů je zaměřeno na měření na vlastních elektromotorech.

Popíšeme některé parametry a možnosti jejich měření důležité pro zjištění stavu motoru při údržbě.

Za základní parametr motoru, který je nutné kontrolovat při údržbě, kromě kontroly pracovního proudu odebíraného motorem, lze považovat izolační stav vinutí motoru. Je to parametr, který dlouhodobě ovlivňuje provozní schopnosti všech typů motorů.

Velká většina poruch motorů je způsobena právě zhoršením, nebo dokonce poškozením izolace vinutí motoru proti kostře motoru, poškozením izolace mezi jednotlivými cívkami vinutí motoru nebo poškozením izolace mezi závity vinutí jednotlivých cívek.

Základní měření izolačního stavu vinutí, které lze snadno provést, je zjištění izolačního stavu přiložením stejnosměrného napětí vhodné velikosti na jednotlivé cívky motoru a výpočtem odporu z poměru tohoto napětí a protékajícího proudu. To lze provést běžným měřičem izolačního stavu, např. přístrojem Kyoritsu 3125B, s možností volby velikosti napětí od 250 V do 5 kV a rozsahem měřitelného izolačního odporu až 1 TΩ.

Vzhledem k tomu, že izolační stav vinutí se mění s časem, jak stárne materiál izolace, ale i s teplotou, která má navíc vliv na rychlost stárnutí, není pouhá kontrola izolačního odporu motorů dostatečným a průkazným indikátorem jeho stavu z pohledu možné poruchy.

Jestliže sledujeme hledisko dlouhodobého stavu výrobního zařízení a neřešíme jen následky havárie zanedbaného systému, je dobré upozornit, že dlouhodobé překračování provozní teploty vinutí motoru o pouhých 10 °C zkracuje životnost jeho izolace přibližně o 50 %.

Kontrola teploty pohonů bude tématem některého dalšího pokračování našeho seriálu. Snížení izolační schopnosti vinutí se zjednodušeně projevuje i postupnou ztrátou „elektrické elasticity“ materiálu izolace. V horní části obr. 2 lze vidět náhodné uspořádání molekul izolačního materiálu a v jeho spodní části jejich uspořádání při přiložení stejnosměrného napětí na cívku motoru.

K tomuto uspořádání však nedojde okamžitě po přivedení napětí, ale po určité době, neboť jednotlivé molekuly se projevují jako jakési samostatné kondenzátory, které se nabíjejí. Izolaci si lze tedy při zjednodušení představit jako paralelní zapojení izolačního odporu R_ISO a kondenzátoru C, jak je znázorněno na obr. 3. Čas nabití tohoto kondenzátoru je závislý, kromě jiného, i na „elektrickém“ stáří materiálu izolace, tedy na tom, že postupně více a více molekul se nenastaví ve směru působení elektrického pole izolantu.

Lokálně v izolantu vzniká větší elektrické pole, které vede k mikroprůrazům, a tím ke zhoršení izolačního stavu. Při přiložení střídavého napětí, které mění svou polaritu 100× za sekundu, dochází k otáčení molekul v rytmu změny polarity napětí. Zpomalené molekuly, které se kvůli stáří izolace nestíhají otáčet, dále zhoršují izolační vlastnosti materiálu a hrozí průrazem izolace.

Z předchozího popisu je tedy jasné, že proud při měření izolace není stálý, ale mění se v čase. Zpočátku je velký a postupně klesá až do ustálení na nejmenší hodnotě, která odpovídá velikosti izolační schopnosti.

Čím je tedy tento proud na počátku měření větší a v ustálení menší, nebo naopak, čím je izolační odpor na počátku měření menší a na konci větší, tím je elasticita materiálu lepší, a tedy elektrické stáří izolace příznivější. Tento poměr lze snadno využít ke zjištění, v jakém stavu je izolace dlouhodobě. Parametr, který využívá tento poměr, se nazývá polarizační index, zkráceně PI.

V praxi se např. používá poměr odporu naměřeného po jedné minutě po připojení napětí a po deseti minutách. Tedy PI = R_ISO10 / R_ISO1. Čím je tento poměr větší, tím je stav izolace lepší. V praxi PI > 4 znamená dobrou, mladou izolaci, zatímco PI < 1,5 ukazuje na velmi starou izolaci, která může hrozit průrazem.

Tuto funkci lze nalézt např. u již zmíněného přístroje KEW3125B. V praxi se velmi vyplatí sledovat, zaznamenávat a vyhodnocovat PI v čase. U velkých nákladných motorů je vhodné např. po půl roce vynášet naměřené hodnoty do grafu.

Test rázovou vlnou

Měření izolačního odporu cívek a jejich PI lze využít při údržbě pro získání představy o stavu a stáří izolace celého vinutí motoru. Nedává však příliš mnoho informací o možných mezizávitových průrazech nebo o průrazech napěťově závislých, které jsou časté např. při navlhnutí izolace motoru.

Pro ověření takovýchto situací lze použít test rázovou vlnou. Při tomto testu je na jednotlivé cívky postupně přiloženo napětí z předtím nabitého kondenzátoru, jak je naznačeno na obr. 5. Na takto vzniklém rezonančním obvodu se objeví tlumené kmitání. Časový průběh tohoto kmitání charakterizuje stav vinutí. Změna periody a pokles amplitudy tohoto napětí na cívce jsou dány počtem závitů, indukčností cívky, stejnosměrným odporem i parazitními kapacitami vůči kostře motoru atd.

V ideálním případě, např. při testu třífázového motoru, budou tyto tlumené vlny mít stejný tvar pro všechny tři cívky. V praxi se budou v dobrém stavu vinutí lišit velmi málo, jak je znázorněno na obr. 6. Při jakékoliv změně počtu závitů se tento stav projeví ve tvaru tohoto vlnění, a lze tak snadno odhalit např. mezizávitový zkrat nebo zkrat mezi vinutími dvou cívek, jak je naznačeno na obr. 7. Červený průběh představuje napěťově závislý zkrat mezi dvěma cívkami motoru.

Další možností ověření stavu motoru je měření odporu cívek mikroohmetrem. Zde je třeba připomenout nutnost použít čtyřvodičovou metodu, která zajistí kompenzaci vlivu měřicích kabelů a přechodového odporu kontaktu připojení.

MotorAnalyzer3 Schleich pro servisní diagnostiku elektromotorů

Popsané měřicí metody a několik dalších testů pro rychlé ověření stavu motoru při údržbě dnes v sobě sdružuje přístroj z produkce německé firmy Schleich nesoucí název MotorAnalyzer3 Schleich.

MotorAnalyzer3, který nahradil předchozí populární verzi MotorAnalyzer2 je mobilní víceúčelový tester elektromotorů a vinutí určený pro servis, opravy a údržbu elektromotorů. Umožňuje provádět 17 testovacích metod v jednom přístroji, automatický AutoTest, rázový test do 3 kV, vysokonapěťový DC test do 6 kV a měření izolačního odporu až do 500 GΩ. Dále umožňuje měření odporu vinutí čtyřvodičovou metodou, měření indukčnosti, impedance a kapacity, vyhodnocení PI a DAR, kontrolu ochranného vodiče a další testy používané při diagnostice motorů a vinutí.

Výhodou MotorAnalyzeru3 je automatické přepínání testovacích metod na měřicí svorky. Při ověřování třífázového motoru se připojí tři vinutí a kostra motoru k přístroji a tester může postupně provést jednotlivé zkoušky bez nutnosti opakovaného přepojování měřicích vodičů. To zrychluje práci v údržbě i v opravárenské dílně a současně snižuje riziko chyby obsluhy.

Pro snadné a rychlé testování při údržbě je MotorAnalyzer3 vybaven režimem AutoTest. V rámci automatického testu lze provést měření odporu, impedance, indukčnosti, kapacity, izolačního odporu, DAR, PI, vysokonapěťový DC test a rázový test. Přístroj vyhodnocuje výsledky podle nastavených mezí a ukládá je do paměti výsledků. Opakovaná údržbová měření tak lze používat i pro trendovou analýzu stavu konkrétního motoru v čase.

MotorAnalyzer3 podporuje také dokumentaci výsledků. Naměřená data lze přenášet do PC softwaru PrintCom, kde je možné vytvářet zkušební protokoly. To je důležité zejména při pravidelné preventivní údržbě, po opravě motoru, při vstupní a výstupní kontrole nebo při dlouhodobém sledování stavu důležitých pohonů.

Mezi doplňkové testy patří např. měření indukčnosti jednotlivých cívek a kapacity vinutí vůči kostře, test smyslu otáčení motoru před jeho připojením k síti, hledání neutrální zóny komutátoru u stejnosměrných motorů, kontrola rotoru s klecí nakrátko metodou RIC, DC test rotoru a lokalizace mezizávitové poruchy pomocí přídavné sondy. Tyto testy jsou určeny zejména pro servisní činnost při opravě motoru a pro hlubší diagnostiku vinutí.

Jak je vidět, pravidelná kontrola výše popsaných parametrů motoru může zásadně zlepšit představu o jeho stavu a o možné přibližující se havárii. Pro tuto činnost se MotorAnalyzer3 může stát velmi výkonným pomocníkem jak v průmyslové údržbě, tak v opravnách elektromotorů a u servisních organizací.