Veelvoorkomende oorzaken van motorstoringen

Elektromotoren worden steeds complexer en technischer, zodat het soms een uitdaging is om ze optimaal te laten blijven draaien. De oorzaken van problemen met elektromotoren en aandrijvingen zijn niet beperkt tot een enkele expertise: zowel mechanische als elektrische problemen kunnen tot motorstoringen leiden. De juiste kennis kan het verschil betekenen tussen dure uitval en een betere beschikbaarheid van bedrijfsmiddelen. 

Een defecte isolatie van wikkelingen en slijtage van lagers zijn de twee meest voorkomende oorzaken van motorstoringen, maar deze omstandigheden zijn te wijten aan zeer uiteenlopende redenen. Dit artikel laat zien hoe de meest voorkomende oorzaken van het defect raken van de isolatie van wikkelingen en van lagers van tevoren kunnen worden vastgesteld. De factoren die te maken hebben met een verkeerde installatie komen niet aan bod.

Transiënte spanning
Het in- of uitschakelen van naast elkaar opgestelde belastingen, condensatorbanken voor blindstroomcompensatie of zelfs weersomstandigheden ver weg, kunnen transiënte spanningen in verdeelinrichtingen veroorzaken. Deze transiënten, die in amplitude en frequentie variëren, kunnen leiden tot een verslechtering of defect van de isolatie van motorwikkelingen. Het vinden van de bron kan lastig zijn, vanwege de onregelmatigheid van de gebeurtenissen en het feit dat de symptomen zich op verschillende manieren kunnen manifesteren. Een transiënt kan zich bijvoorbeeld voordoen op besturingskabels en niet noodzakelijkerwijs direct tot schade aan apparatuur leiden, maar mogelijkerwijs wel het bedrijf verstoren. 

Spanningsonbalans
Driefasige verdeelinrichtingen voeden vaak eenfasige belastingen. Onbalans in de impedantie of belastingverdeling kan bijdragen tot onbalans in alle drie fasen. Er kunnen mogelijk storingen in de bekabeling naar de motor, de aansluitingen op de motor en eventueel de wikkelingen zelf zijn. Deze onbalans kan leiden tot inwendige belastingen in elk van de fasecircuits van een driefasig voedingssysteem. Op het meest elementaire niveau moeten alle drie de spanningsfasen altijd even groot zijn.

13% van de motorstoringen is te wijten aan defecte lagers, en ruim 60% van de mechanische defecten in een installatie wordt veroorzaakt door slijtage van lagers. (Beeld: Epixx)

Harmonische vervorming
Eenvoudig gezegd, zijn harmonischen elke ongewenste extra bron van hoogfrequente wisselspanningen of -stromen die energie aan de motorwikkelingen levert. Deze extra energie wordt niet gebruikt om de as van de motor te laten draaien, maar circuleert in de wikkelingen en draagt uiteindelijk bij tot interne energieverliezen. Deze verliezen verdwijnen in de vorm van warmte, waardoor, na verloop van tijd, het isolatievermogen van de wikkelingen zal verslechteren. Een zekere mate van harmonische vervorming van de stroom is normaal. Elke harmonische heeft een verschillend toelaatbaar vervormingsniveau, wat is vastgelegd in normen zoals IEEE 519-1992.

Reflecties op de pulsbreedtegemoduleerde uitgangssignalen van de aandrijving
Frequentiegeregelde aandrijvingen gebruiken pulsbreedtemodulatie (PWM) om de uitgangsspanning en frequentie voor een motor te regelen. Reflecties worden gegenereerd wanneer er een verschil in impedantie is tussen de bron en de belasting. Impedantieverschillen kunnen optreden als gevolg van een verkeerde installatie, een verkeerde keuze van componenten of achteruitgang van de apparatuur na verloop van tijd. In het circuit van een motoraandrijving kan de piek van de reflectie zo hoog zijn als het spanningsniveau van de gelijkspanningsbus.

Somstroom
Somstromen zijn voornamelijk zwerfstromen die in een systeem circuleren. De somstromen ontstaan ten gevolge van de signaalfrequentie, het spanningsniveau, de capaciteit en de inductantie in geleiders. Deze circulerende stromen kunnen hun weg vinden via aardingssystemen, wat leidt tot hinderlijke uitschakelingen of in sommige gevallen tot overmatige warmte in wikkelingen. Somstroom kan worden aangetroffen in de motorbekabeling en is de som van de stroom van de drie fasen op een willekeurig tijdstip. In een perfecte situatie zou de som van de drie stromen gelijk zijn aan nul. Somstroom kan ook worden opgevat als asymmetrische signalen in meerdere geleiders die capacitief stromen in de aardingsgeleider kunnen koppelen.

Bedrijfsmatige overbelasting
De primaire symptomen die horen bij over-belasting van een motor zijn een buitensporige stroomopname, onvoldoende koppel en oververhitting. Overmatige warmte van een motor is een hoofdoorzaak van motorstoringen. Bij een overbelaste motor kunnen individuele componenten zoals lagers, motorwikkelingen en andere componenten goed werken, maar de motor blijft steeds warmer worden. Daarom is het zinvol om het storingzoeken te beginnen door de motor op overbelasting te controleren. Omdat 30% van de motorstoringen te wijten is aan overbelasting, is het belangrijk om te begrijpen hoe overbelasting van een motor kan worden gemeten en geïdentificeerd.

Uitlijnfouten
Van een uitlijnfout is sprake wanneer de aandrijfas van de motor niet correct is uitgelijnd met de belasting, of wanneer de component waarmee de motor aan de belasting is gekoppeld verkeerd is uitgelijnd. Veel professionals denken dat een flexibele koppeling uitlijnfouten voorkomt en compenseert, maar een flexibele koppeling beschermt alleen de koppeling zelf tegen een verkeerde uitlijning. Zelfs met een flexibele koppeling zal een verkeerd uitgelijnde as negatieve cyclische krachten langs de as en in de motor sturen, wat leidt tot overmatige slijtage aan de motor en een toename van de zichtbare mechanische belasting. 

Elektromotoren worden steeds complexer en technischer, zodat het soms een uitdaging is om ze optimaal te laten blijven draaien.

Bovendien kunnen uitlijnfouten trillingen opwekken in zowel de belasting als de aandrijfas van de motor. Types uitlijnfouten:
– Hoekafwijking: de hartlijnen van de assen raken elkaar maar zijn niet parallel
– Parallelle afwijking: de hartlijnen van de assen zijn parallel maar niet concentrisch
– Samengestelde afwijking: een combinatie van parallelle en hoekafwijking. (Opmerking: bijna elke uitlijnfout is een samengestelde uitlijnfout, maar praktijkmensen spreken bij uitlijnfouten over de twee afzonderlijke types, omdat het makkelijker is om een uitlijnfout te corrigeren wanneer de hoekafwijking en de parallelle afwijking afzonderlijk worden aangepakt.

Onbalans van de as
Onbalans is een toestand van roterende apparatuur waarbij het centrum van de massa zich niet in het centrum van de rotatie bevindt. Met andere woorden, er is ergens op de rotor een ‘zware plek’. Hoewel onbalans in een motor nooit helemaal kan worden geëlimineerd, kunt u wel vaststellen wanneer de onbalans buiten het normale bereik ligt en actie ondernemen om het probleem te verhelpen. Onbalans kan worden veroorzaakt door tal van factoren, waaronder:
– Vuilophoping
– Ontbrekende balanceergewichten
– Fabricageverschillen
– Ongelijke massa in motorwikkelingen en andere slijtagegerelateerde factoren. 

Losheid van de as
Van losheid is sprake als er te veel speling is tussen onderdelen. Losheid kan op verschillende plaatsen voorkomen:
– ‘Roterende losheid’ wordt veroorzaakt door een te grote speling tussen roterende en vaste delen van de machine, zoals in een lager.
– ‘Niet-roterende losheid’ komt voor tussen twee normaliter vaste delen, zoals een voet en een fundatie, of een lagerhuis en een machine. Net als bij alle andere trillingsbronnen, is het belangrijk om te weten hoe losheid kan worden geïdentificeerd en het probleem kan worden verholpen om geldverlies te voorkomen. 

Lagerslijtage
Een defect lager loopt zwaarder, geeft meer warmte af en werkt minder efficiënt vanwege een mechanisch probleem of een probleem met de smering of door slijtage. Een defect lager kan verschillende oorzaken hebben:
– Een zwaardere belasting dan de ontwerpbelasting
– Onvoldoende of onjuiste smering
– Ineffectieve lagerafdichting
– Verkeerde asuitlijning
– Verkeerde passing
– Normale slijtage
– Geïnduceerde asspanningen

Zodra een lager defect begint te raken, creëert het ook een cascade-effect dat het optreden van motorstoringen versnelt. 13% van de motorstoringen is te wijten aan defecte lagers, en ruim 60% van de mechanische defecten in een installatie wordt veroorzaakt door slijtage van lagers, dus het is belangrijk te leren hoe dit potentiële probleem kan worden opgespoord en verholpen.    

Naar een whitepaper van Fluke

Tekst en beeld Valérie Couplez
Uitgelichte afbeelding: De oorzaken van problemen met elektromotoren en aandrijvingen zijn niet beperkt tot een enkele expertise: zowel mechanische als elektrische problemen kunnen tot motorstoringen leiden. (Beeld: Smoczyslaw)