نحوه تست موتور DC: راهنمای گام به گام با مولتی متر

نحوه آزمایش موتور DC: رویکرد تشخیصی کامل

تست الف موتور DC منظور درستی بیشتر از اعمال ولتاژ و بررسی اینکه آیا شفت می چرخد یا خیر. موتوری که به طور نامنظم کار می کند، جریان بیش از حد می کشد، بیش از حد گرم می شود، صدای غیرعادی تولید می کند، یا به طور متناوب از کار می افتد، نیازمند یک فرآیند تشخیصی ساختاریافته برای شناسایی علت اصلی است - خواه سیم پیچ کوتاه، برس های فرسوده، یاتاقان های خراب، کموتاتور آلوده یا خرابی عایق باشد.

خبر خوب این است که بیشتر ایرادات موتور DC را می توان با تجهیزات آزمایش اولیه شناسایی کرد: یک مولتی متر دیجیتال (DMM)، یک گیره متر و در برخی موارد یک مگاهم متر (تستر مقاومت عایق). یک توالی تست سیستماتیک - قبل و در حین کار موتور انجام می شود - اکثر خرابی های موتور DC را با دقت تشخیص می دهد. بدون نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی تخصصی این راهنما این توالی را به طور کامل از آزمایش‌های نیمکت قبل از راه‌اندازی تا بررسی‌های عملیاتی بارگذاری شده پوشش می‌دهد.

اقدامات احتیاطی ایمنی قبل از شروع

تست موتور DC شامل خطرات الکتریکی و مکانیکی است. قبل از شروع هر روش تست، الزامات ایمنی زیر را بدون استثنا رعایت کنید:

• برق را قطع و قفل کنید - موتور را از منبع تغذیه آن جدا کنید و قبل از انجام هر گونه تست خاموشی، قفل/تاگوت (LOTO) را اعمال کنید. قبل از دست زدن به پایانه ها، وضعیت انرژی صفر را با یک تستر ولتاژ تأیید کنید.
• خازن های تخلیه - اگر مدار موتور شامل خازن‌هایی است (معمول در سیستم‌های درایو)، زمان تخلیه کافی را در نظر بگیرید یا قبل از تماس از یک مقاومت تخلیه استفاده کنید.
• شفت را محکم کنید - هنگام انجام تست‌های روی یک موتور قطع شده، شفت را محکم کنید یا توجه داشته باشید که اعمال ولتاژ برای تست چرخش باعث چرخش شفت می‌شود - یک خطر مکانیکی.
• از تجهیزات تست رتبه بندی شده استفاده کنید - مطمئن شوید که مولتی متر و تستر عایق شما برای ولتاژهای مربوطه درجه بندی شده اند. DMM های استاندارد برای محیط های CAT III یا CAT IV رتبه بندی می شوند. از دسته بندی صحیح برای محل آزمون خود استفاده کنید.
• PPE بپوشید - هنگام کار بر روی مدارهای زنده یا انجام تست های چرخش، عینک ایمنی و دستکش عایق مورد نیاز است.

مرحله 1 - بازرسی بصری: قبل از اندازه گیری به دنبال چه چیزی باشید

یک بازرسی دقیق بصری کمتر از پنج دقیقه طول می کشد و اغلب قبل از برداشتن هر ابزاری، عیب را شناسایی می کند. پرش از این مرحله باعث اتلاف وقت می شود و می تواند آسیب های آشکاری را که آزمایش ابزار به تنهایی آشکار نمی کند از دست بدهد.

نمای بیرونی و مسکن

محفظه موتور را از نظر ترک، آثار سوختگی، تغییر رنگ ناشی از گرمای بیش از حد و آسیب فیزیکی بررسی کنید. تغییر رنگ قهوه ای یا سیاه در اطراف شکاف های تهویه نشان دهنده گرمای بیش از حد پایدار است - اغلب به دلیل بارگذاری بیش از حد، مسدود شدن تهویه یا سیم پیچ های کوتاه ایجاد می شود. بررسی کنید که تمام سخت افزارهای نصب دست نخورده باشند و موتور به درستی با بار محرکه آن تراز شده باشد.

بلوک ترمینال و سیم کشی

بلوک ترمینال را از نظر خوردگی، اتصالات شل، علائم سوختگی و عایق آسیب دیده روی سیم های سربی بررسی کنید. پایانه های شل باعث گرمایش مقاومتی می شود که تقلید از خطاهای سیم پیچ در آزمایش های الکتریکی است. عایق ذوب شده یا علائم سوختگی در نقطه بلوک ترمینال برای اضافه بار یا رویدادهای اتصال کوتاه در تاریخچه عملکرد موتور.

دسترسی براش و کموتاتور (موتورهای DC برس دار)

در موتورهای DC برس خورده، پوشش های دسترسی برس را بردارید و طول برس، کشش فنر و وضعیت سطح کموتاتور را بررسی کنید. برس هایی که کمتر از یک سوم طول اصلی خود استفاده می شوند نیاز به تعویض فوری سطح کموتاتور باید صاف، به رنگ مسی یکنواخت و عاری از خراشیدگی، حفره یا رسوبات کربن بیش از حد باشد. یک فیلم تیره با توزیع یکنواخت روی کموتاتور طبیعی و مفید است (به نام "پتینا" یا "لعاب"). رسوبات ناهموار، نقاط روشن، یا الگوهای شیار نشان دهنده مشکلات است.

شفت و بلبرینگ

شفت را با دست بچرخانید. باید به آرامی با مقاومت نوری ثابت بچرخد. زبری، ساییدگی یا نقاط سخت نشان دهنده آسیب یاتاقان است و قبل از بازگشت موتور به کار نیاز به تعویض دارد - یاتاقان های خراب باعث جریان غیرعادی، لرزش و در نهایت تخریب آرمیچر می شوند. بازی محوری (انتها به انتها) در شفت را بررسی کنید. بیش از 0.5 میلی متر حرکت آزاد در یک موتور معمولی نشان دهنده سایش یاتاقان است.

مرحله 2 - تست مقاومت سیم پیچ با مولتی متر

تست مقاومت سیم پیچ، اساسی ترین تست الکتریکی برای یک موتور DC است. مدارهای باز (سیم پیچ شکسته)، اتصال کوتاه بین سیم‌پیچ‌ها را شناسایی می‌کند و - در ارتباط با اطلاعات پلاک موتور - خرابی‌های شدید عایق را در خود سیم‌پیچ شناسایی می‌کند.

تجهیزات مورد نیاز

مولتی متر دیجیتال روی تابع مقاومت (Ω) تنظیم شده است. برای مقادیر مقاومت بسیار کم (زیر 1 Ω، رایج در سیم پیچ های آرمیچر با جریان بالا)، یک مقاومت سنج چهار سیم (کلوین) یا یک اهم متر با مقاومت پایین اختصاصی، با حذف مقاومت سرب آزمایشی از اندازه گیری، قرائت های دقیق تری را ارائه می دهد.

رویه موتورهای DC برس خورده

1. با قطع کامل برق، DMM را روی کمترین محدوده مقاومتی تنظیم کنید که مقدار مورد انتظار را پوشش می‌دهد.
2. متر را صفر کنید (سرنخ های آزمایش را کوتاه کنید و هر گونه افست را یادداشت کنید؛ این را از همه قرائت ها کم کنید).
3. سیم پیچ آرمیچر : روی هر برس (یا هر ترمینال آرمیچر) یک پروب قرار دهید. شفت را به آرامی با دست بچرخانید در حالی که قرائت مقاومت را مشاهده می کنید. خواندن باید به آرامی متفاوت باشد - معمولاً بین 0.5 Ω و 10 Ω برای موتورهای کوچک تا متوسط - در هنگام تماس بخش‌های مختلف کموتاتور با برس‌ها، مقادیر را طی کنید. مدار باز ناگهانی (OL / مقاومت بی نهایت) نشان دهنده شکستگی سیم پیچ آرمیچر است. قرائت نزدیک به صفر (0 Ω) در هر موقعیتی نشان دهنده اتصال کوتاه بین بخش های کموتاتور است.
4. سیم پیچ میدان (موتورهای زخم سری یا شنت): بین پایانه های میدان اندازه گیری کنید. مقاومت باید پایدار باشد و با مشخصات پلاک یا سازنده مطابقت داشته باشد. خواندن باز نشان دهنده یک سیم پیچ میدان شکسته است. مقدار قابل توجهی کمتر از حد انتظار نشان دهنده یک چرخش کوتاه در سیم پیچ میدان است.

رویه موتورهای بدون جاروبک DC (BLDC).

موتورهای BLDC دارای سیم پیچی استاتور سه فاز هستند (با برچسب U، V، W یا A، B، C). مقاومت بین هر جفت پایانه را اندازه گیری کنید: U-V، V-W و U-W. هر سه قرائت باید برابر باشند - معمولاً در ± 5٪ از یکدیگر، و مطابق با مشخصات سازنده. مدار باز (OL) در هر فازی نشان دهنده خرابی سیم پیچ است. خوانش های نابرابر نشان دهنده یک اتصال کوتاه یا خطای اتصال در یک فاز است. قرائت صفر در هر فاز نشان دهنده اتصال کوتاه مستقیم است.

مرحله 3 - تست مقاومت عایق (تست مگر)

تست مقاومت عایق - که معمولاً پس از ابزار مورد استفاده "تست مگر" نامیده می شود - مقاومت بین سیم پیچ موتور و قاب موتور (زمین) را اندازه گیری می کند. تخریب عایق ناشی از ورود رطوبت، آلودگی، آسیب مکانیکی و پیری حرارتی را قبل از شکست کامل عایق (عیب زمین) تشخیص می دهد.

یک DMM استاندارد نمی تواند این آزمایش را به طور قابل اعتماد انجام دهد. یک تستر مقاومت عایق (مگاهم متر) یک ولتاژ آزمایش DC را اعمال می کند - به طور معمول 500 ولت DC برای موتورهای تا 1000 ولت - و جریان نشتی حاصل را برای محاسبه مقاومت عایق بر حسب مگا اهم (MΩ) اندازه گیری می کند.

رویه

1. موتور را از تمام منابع برق و از کنترل کننده یا درایو آن جدا کنید. تمام پایانه های موتور را با هم کوتاه کنید تا یک نقطه آزمایش تشکیل شود.
2. یک سیم مگاهم متر را به پایانه های موتور کوتاه و دیگری را به قاب موتور (ارت/زمین) وصل کنید.
3. ولتاژ تست را به مدت 60 ثانیه اعمال کنید و مقدار مقاومت عایق را ثبت کنید.
4. برای ارزیابی دقیق تر، خوانش ها را در 1 دقیقه و 10 دقیقه ضبط کنید. نسبت (خواندن 10 دقیقه ÷ خواندن 1 دقیقه) نامیده می شود شاخص قطبش (PI) . PI بالاتر از 2.0 نشان دهنده عایق خوب است. زیر 1.0 نشان دهنده تخریب جدی عایق است.

تفسیر نتایج

دستورالعمل کلی صنعت بر اساس IEEE 43 این است که مقاومت عایق باید باشد حداقل 1 MΩ در هر 1000 ولت ولتاژ نامی، به اضافه 1 MΩ . برای یک موتور 24 ولت DC، حداقل 1 MΩ قابل قبول است. برای یک موتور 500 ولت DC، حداقل 1.5 MΩ است. در عمل یک موتور سالم باید بخواند بسیار بالاتر از 100 MΩ . خوانش های زیر 1 MΩ نشان دهنده خطر فوری خطای زمین است. خوانش بین 1-10 MΩ نشان دهنده تخریب عایق است که نیاز به نظارت یا اصلاح دارد.

مرحله 4 - تست اجرای بدون بار: بررسی جریان، سرعت و رفتار

موتور پس از گذراندن تست های الکتریکی روی میز، برای تست قدرت کنترل شده در شرایط بی باری آماده است. این تست خطاهای مکانیکی، مشکلات کموتاسیون و عدم تعادل الکتریکی شدید را نشان می دهد که تست های مقاومت استاتیکی نمی توانند آن ها را تشخیص دهند.

تجهیزات مورد نیاز

منبع تغذیه DC تنظیم شده (یا منبع توان نامی موتور)، گیره‌سنج یا آمپرمتر سری برای اندازه‌گیری جریان، و در صورت تمایل یک سرعت سنج برای تأیید سرعت شفت.

رویه

1. ولتاژ نامی را به پایانه های موتور بدون بار مکانیکی روی شفت اعمال کنید. برای محافظت در برابر نوسانات راه‌اندازی، در صورت وجود از منبع تغذیه با جریان محدود استفاده کنید.
2. رفتار راه اندازی را رعایت کنید. موتور باید به آرامی تا سرعت شتاب بگیرد. تردید، لکنت زبان، یا شروع نکردن از موقعیت های خاص شفت در موتور برس نشان دهنده مشکلات کموتاتور یا برس است.
3. هنگامی که موتور به سرعت ثابت رسید، جریان بدون بار را با کلمپ متر اندازه گیری کنید. با مشخصات جریان بدون بار پلاک موتور مقایسه کنید. جریان بدون بار به طور قابل توجهی بالاتر از مشخصات نشان دهنده اصطکاک یاتاقان، چرخش کوتاه یا ولتاژ تغذیه نادرست است.
4. سرعت شفت را با سرعت سنج اندازه گیری کنید و با سرعت نامی پلاک نام مقایسه کنید (تصحیح برای شرایط بدون بار - سرعت واقعی بدون بار کمی بالاتر از سرعت بار نامی برای موتورهای برس خورده خواهد بود).
5. به صداهای غیرعادی گوش دهید: ساییدن (آسیب یاتاقان)، صداهای جرقه متناوب (مشکلات کموتاسیون)، ناله با صدای بلند (رزونانس یا عدم تعادل)، یا ضربات ریتمیک (عدم تعادل مکانیکی یا روتور غیرعادی).
6. 5 تا 10 دقیقه کار کنید و دمای موتور را با دماسنج لمسی یا مادون قرمز بررسی کنید. دمای بیش از حد در شرایط بدون بار سیم پیچ کوتاه، مشکلات بلبرینگ یا تهویه ناکافی را نشان می دهد.

مرحله 5 - تست Back-EMF: بررسی یکپارچگی آرماتور

تست back-EMF (نیروی محرکه الکتریکی) ولتاژ تولید شده توسط موتور را هنگام هدایت به عنوان ژنراتور اندازه گیری می کند - تایید می کند که سیم پیچ آرمیچر و میدان مغناطیسی خروجی مورد انتظار را تولید می کنند. این یک تشخیص مفید برای تشخیص پیچ های کوتاه آرمیچر است که آزمایش مقاومت ممکن است از دست برود.

رویه

1. موتور را به طور کامل از منبع تغذیه آن جدا کنید.
2. یک مجموعه مولتی متر را به ولتاژ DC در ترمینال های آرمیچر موتور وصل کنید.
3. شفت موتور را به صورت دستی با سرعت ثابت بچرخانید (یا از یک مته یا موتور دوم متصل به شفت برای نتایج کنترل شده تر استفاده کنید).
4. به قرائت ولتاژ توجه کنید. یک موتور DC آهنربای دائم سالم باید یک ولتاژ DC قابل اندازه گیری متناسب با سرعت شفت ایجاد کند - معمولاً در محدوده چندین ولت در 1000 دور در دقیقه بسته به طراحی موتور

خواندن EMF عقب بسیار کم یا صفر هنگام چرخش شفت، مشکل در سیم پیچ آرمیچر یا در یک موتور میدان زخمی، در سیم پیچ میدان را تأیید می کند. خوانش ضعیف اما غیر صفر ممکن است نشان دهنده کوتاه شدن چرخش آرمیچر باشد که تعداد دورهای موثر در سیم پیچ را کاهش می دهد.

مرحله 6 - تست قرعه کشی فعلی بارگذاری شده

آزمایش عملیاتی قطعی موتور را به بار واقعی یا یک بار آزمایشی کنترل شده متصل می کند و جریان را در شرایط عملیاتی نامی اندازه گیری می کند. این تست سلامت کلی موتور را تحت شرایطی که واقعاً در هنگام سرویس تجربه می کند تأیید می کند.

چه چیزی را اندازه گیری کنید

• جریان بار کامل - در شرایط بار نامی نباید بیش از 5-10٪ از جریان نامی پلاک نام تجاوز کند. افزایش مداوم جریان نشان می دهد که بار بسیار سنگین است، ولتاژ منبع تغذیه کمتر از مشخصات است، یا موتور دارای یک خطای داخلی است که تلفات آن را افزایش می دهد.
• جریان راه اندازی (هجومی). - معمولاً موتورهای DC در هنگام راه‌اندازی جریان بسیار بالاتری نسبت به هنگام کارکردن در حالت پایدار می‌کشند 6-10 برابر جریان بار کامل برای شروع مستقیم در سراسر خط. جریان هجومی کم غیرعادی ممکن است نشان دهنده اتصالات با مقاومت بالا باشد. جریان پایدار غیرعادی بالا پس از راه اندازی نشان دهنده اتصال مکانیکی یا خطاهای الکتریکی است.
• ریپل یا نوسان فعلی - کشش جریان صاف و پایدار نشان دهنده یک موتور سالم است. نوسانات دوره ای جریان همزمان با چرخش شفت در یک موتور برس خورده به مشکلات بخش کموتاتور یا مقاومت سیم پیچ ناهموار اشاره دارد.

جدول مرجع عیب یابی موتور DC

جدول زیر علائم رایج موتور DC را با محتمل ترین علل آنها و روش آزمایشی که هر عیب را تأیید یا رد می کند ترسیم می کند:

تست موتورهای BLDC: ملاحظات اضافی

موتورهای DC بدون جاروبک در تست‌های مقاومت سیم‌پیچ و عایق که در بالا توضیح داده شد، مشترک هستند، اما به بررسی‌های اضافی مخصوص سیستم کموتاسیون الکترونیکی خود نیاز دارند.

تست سنسور اثر هال

اکثر موتورهای BLDC از سه حسگر اثر هال برای تشخیص موقعیت روتور استفاده می کنند و به کنترل کننده موتور سیگنال می دهند که چه زمانی باید جریان را بین فازها تغییر دهد. برای آزمایش سنسورهای هال: 5 ولت DC را روی پایه تغذیه سنسور (Vcc) و زمین اعمال کنید، سپس شفت موتور را به آرامی بچرخانید در حالی که پایه خروجی هر سنسور را با یک مولتی متر در حالت ولتاژ DC نظارت کنید. هر سنسور باید بین تقریباً 0 ولت (کم) و 5 ولت (بالا) جابجا شود. با عبور آهنربای روتور سنسوری که دائماً بالا، دائماً پایین می‌ماند یا ولتاژ متوسطی تولید می‌کند معیوب است و باید تعویض شود.

تعادل القایی فاز به فاز

برای ارزیابی دقیق تر وضعیت سیم پیچ استاتور BLDC، یک متر LCR می تواند اندوکتانس بین هر جفت فاز (U-V، V-W، U-W) را اندازه گیری کند. مانند مقاومت، هر سه قرائت باید تقریباً برابر باشند - معمولاً در داخل ± 5 درصد از یکدیگر . عدم تعادل اندوکتانس قابل توجه بین فازها نشان دهنده اتصال کوتاه جزئی یا سیم پیچ آسیب دیده در یک فاز است.

بررسی شکل موج Back-EMF

هنگامی که یک موتور BLDC به صورت خارجی می چرخد، هر فاز یک شکل موج پشتی-EMF تولید می کند. استفاده از اسیلوسکوپ برای نظارت بر هر سه فاز به طور همزمان در حین چرخاندن شفت، خطاهای سیم پیچ را به وضوح نشان می دهد: سه شکل موج باید از نظر دامنه یکسان باشند و در زمان 120 درجه از هم جدا شوند . یک شکل موج با دامنه کاهش یافته در یک فاز، پیچ های کوتاه شده در آن فاز را تایید می کند. این تست مخصوصاً برای موتورهای BLDC با ارزش بالا که در آن‌ها قبل از انجام تعمیر یا تعویض نیاز به شناسایی دقیق عیب است، مفید است.

زمان تعمیر در مقابل تعویض موتور DC

پس از تکمیل مراحل تست، تصمیم به تعمیر یا تعویض به عیب شناسایی شده، اندازه و ارزش موتور و در دسترس بودن قطعات یدکی بستگی دارد.

• برس ها را تعویض کنید و کموتاتور را تمیز کنید - برای موتورهای DC برس خورده همیشه مقرون به صرفه است. این تعمیر اکثر مسائل مربوط به عملکرد متناوب، جرقه زدن و کاهش عملکرد را در موتورهای برس دار حل می کند و در حد توانایی یک تکنسین ماهر است.
• بلبرینگ ها را تعویض کنید - مقرون به صرفه برای موتورهای متوسط و بزرگ. تعویض بلبرینگ عملکرد صاف را بازیابی می کند و از آسیب ثانویه سیم پیچ ها در اثر لرزش جلوگیری می کند. برای موتورهای کسری اسب بخار، کل هزینه تعمیر ممکن است به هزینه تعویض نزدیک شود - مورد به مورد ارزیابی کنید.
• آرمیچر یا استاتور را به عقب برگردانید - فقط برای موتورهای بزرگ و با ارزش (معمولا بالای 5 کیلو وات) توجیه اقتصادی دارد. پیچیدن یک موتور DC کوچک بیشتر از خرید جایگزین در بیشتر بازارها هزینه دارد. برای موتورهای صنعتی، پیچیدن به عقب توسط یک موتورفروشی تخصصی یک روش استاندارد است.
• موتور را تعویض کنید - تصمیم درست برای موتورهای کوچک با قدرت کسری اسب بخار با سیم پیچ کوتاه یا خرابی شدید عایق، و برای هر موتوری که هزینه تعمیر تجمعی آن بیش از 50٪ هزینه تعویض باشد. حالت خرابی را برای اطلاع از انتخاب موتور برای تعویض مستند کنید - اگر خرابی به دلیل بارگذاری سیستماتیک یا رتبه IP نامناسب برای محیط باشد، همان خطا در تعویض مستقیم بدون رسیدگی به علت اصلی تکرار می شود.