Wicklungsfehler bei Drehstrom-Induktionsmotoren: Diagnostizieren, reparieren oder austauschen?

Wenn ein Drehstrom-Asynchronmotor Wenn es wiederholt zu Schutzauslösungen, Phasenstromungleichgewichten, einer Überhitzung der Wicklung oder einem Drehmomentverlust kommt, ist die Reparatur der beschädigten Wicklung nur ein Teil der Aufgabe. Bei Maschinen und Industrieanlagen von Erstausrüstern ist die wichtigere Frage warum die Wicklung ausgefallen ist und ob dieselben Betriebsbedingungen den reparierten oder den Austauschmotor erneut beschädigen werden.

Zwei elektrische Störungen verdienen besondere Beachtung: Fehler zwischen Statorwicklung und Erde sowie Kurzschlüsse in der Wicklung. Beide können einen Motor zum Stillstand bringen, erfordern jedoch unterschiedliche Messungen und Überprüfungen der Grundursachen, bevor entschieden werden kann, ob der Motor repariert, neu gewickelt oder ausgetauscht werden soll.

Dies ist der ausführliche Leitfaden zum Thema Ausfälle der Statorwicklung. Nutzen Sie ihn, nachdem Sie durch erste elektrische Prüfungen das Problem auf die Wicklung eingegrenzt haben. Falls Sie noch einen umfassenderen Überblick auf Anlagenebene hinsichtlich Versorgungsspannung, Anschlüssen, Phasenstrom, Auslösungen von Schutzvorrichtungen und der ersten Entscheidung zwischen Reparatur und Austausch benötigen, beginnen Sie mit unserem Leitfaden zur Fehlerbehebung bei elektrischen Störungen an Drehstrom-Induktionsmotoren.

Beginnen Sie mit den Betriebsdaten, nicht mit der durchgebrannten Wicklung

Eine durchgebrannte Wicklung zeigt an, wo der Defekt endete, nicht unbedingt, wo er begann. Überprüfen Sie vor der Demontage des Motors die vorliegenden Betriebsdaten:

• Phasenströme und Netzspannung;
• Fehlerhistorie des Schutzrelais oder des Frequenzumrichters;
• tatsächliche Last und Startfrequenz;
• Betriebszeiten und Einschaltdauer;
• Umgebungstemperatur und Belüftung;
• Feuchtigkeit, leitfähiger Staub, Öl oder andere Verunreinigungen.

Dies hilft dabei, einen isolierten Wicklungsfehler von einer Überlastung, einer Unwucht in der Stromversorgung, einer unzureichenden Kühlung oder einem ungeeigneten Betriebsmodus zu unterscheiden.

Erdschluss der Statorwicklung: Überprüfen Sie den Zustand der Isolierung

Ein Erdschluss entsteht, wenn die Wicklungsisolierung keine ausreichende Isolierung gegenüber dem Motorgehäuse oder dem Statorkern mehr gewährleisten kann. Es können Verkohlungen, beschädigte Schlitzisolierungen und lokale Verbrennungen sichtbar sein; der Fehler kann sich jedoch auch im Inneren eines Statorschlitzes befinden.

Nachdem der Motor sicher abgeschaltet wurde, liefert die Isolationswiderstandsprüfung eine erste Einschätzung des Zustands der Wicklungen gegenüber Erde. Die Verband für den Service von Elektrogeräten (EASA) bezeichnet die Prüfung des Isolationswiderstands als eine wichtige Erstprüfung bei der Begutachtung von Wechselstrommotorwicklungen.

Betrachten Sie einen einzelnen Widerstandswert nicht als alleinige Diagnose. Temperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung und der Zustand der Isolierung beeinflussen das Ergebnis. Liegen frühere Messungen vor, kann eine Verschlechterung unter vergleichbaren Prüfbedingungen nützliche Hinweise liefern.

Sollte der Isolationswiderstand schlecht sein, ermitteln Sie vor der Reparatur der Wicklung die Ursache: Feuchtigkeit, leitfähige Verunreinigungen, beschädigte Schlitzisolierung, Leiterbewegung, lokale Überhitzung und langfristige thermische Alterung erfordern jeweils unterschiedliche Abhilfemaßnahmen.

Wicklungskurzschluss: Ein Stromungleichgewicht ist ein Hinweis, kein Beweis

Zwischen Windungen, Spulen oder Phasen kann es zu einem Wicklungskurzschluss kommen. Zu den typischen Symptomen zählen übermäßiger Strom, ungleiche Phasenströme, lokale Erwärmung, verringertes Drehmoment, Auslösung von Schutzvorrichtungen und, in schweren Fällen, Startversagen.

Diese Symptome sind kein automatischer Beweis für eine Kurzschluss in der Motorwicklung. Ein Ungleichgewicht in der Stromversorgung und schlechte Anschlüsse an den Klemmen können zu ähnlichen Betriebsstörungen führen.

Wenn der Motor isoliert und die Wicklungsanschlüsse korrekt gekennzeichnet sind, kann ein Vergleich der Phasenwiderstände dabei helfen, einen Fehler im Stromkreis zu lokalisieren. Allerdings lassen sich durch eine Widerstandsmessung allein nicht alle Windungsfehler erkennen.

Bei Triebwerken, die von einer qualifizierten Wartungswerkstatt geprüft werden, können weitere Prüfungen angebracht sein. Die Leitlinien der EASA zu Elektrische Prüfung von Drehstrommotoren Dazu gehören die Prüfung des Isolationswiderstands, des Polarisationsindex, des Widerstands zwischen den Anschlüssen sowie die Stoßspannungsprüfung.

Warum ist die Wicklung ausgefallen?

Sollte die Betriebsursache unverändert bleiben, kann der Einbau eines anderen Motors mit denselben Typenschildangaben den Fehler möglicherweise einfach wieder hervorrufen.

Wenn ein Wicklungsausfall die Auswahl eines anderen Motors erforderlich macht

Für konventionelle Maschinen mit fester Drehzahl sollte ein Ersatzmotor zunächst hinsichtlich Leistung, Spannung, Frequenz, Drehzahl, Montageart, Betriebsart und tatsächlicher Last abgestimmt werden. Die veröffentlichte Leistungstabelle für unseren Drehstrom-Asynchronmotor YE3 H80–355 der Effizienzklasse IE3 führt Modelle mit Nennleistungen von 0,55–315 kW für allgemeine industrielle Antriebsanwendungen auf. Andere Baugrößen und Leistungsangaben müssen für das jeweilige Modell bestätigt werden.

Bei Anlagen, die jährlich viele Betriebsstunden im Dauerbetrieb absolvieren, bietet ein Austausch zudem die Gelegenheit, die Effizienz zu überprüfen. Anstatt den ausgefallenen Motor automatisch zu ersetzen, können Käufer unser Angebot prüfen YE4 IE4-Drehstrom-Asynchronmotor oder YE5 IE5-Asynchronmotor sofern die Betriebszeiten und die Stromkosten über den gesamten Lebenszyklus hinweg den Wechsel rechtfertigen.

Eine höhere Effizienzklasse beseitigt nicht die Ursache eines Wicklungsausfalls. Das ursprüngliche elektrische und betriebliche Problem muss weiterhin zuerst ermittelt werden.

Elektromotoren mit variabler Drehzahl erfordern eine andere Art der Fehleranalyse

Elektromotoren mit variabler Drehzahl erfordern zusätzliche Überprüfungen. Sollte es während des Betriebs des Frequenzumrichters zu einer Überhitzung der Wicklungen kommen, überprüfen Sie den tatsächlichen Frequenzbereich, die Dauer des Betriebs bei niedrigen Drehzahlen, das Lastdrehmoment, die Anforderungen an Beschleunigung und Verzögerung, die Einstellungen des Frequenzumrichters sowie die Kühlbedingungen.

Bei reduzierter Drehzahl nimmt auch die Kühlleistung eines auf der Welle montierten Lüfters ab. Längere Betriebsphasen mit hoher Belastung und niedriger Drehzahl erfordern daher besondere Aufmerksamkeit.

Für Maschinen mit variabler Drehzahl führt die veröffentlichte YVF2-Leistungstabelle Modelle der Baugrößen H200–355 mit Nennleistungen von 18,5–315 kW auf. Andere YVF2-Baugrößen und Leistungsangaben müssen für das jeweilige Modell bestätigt werden. Bei der Entscheidung über einen Austausch sollte geprüft werden, ob der ursprüngliche Motor für den erforderlichen Drehzahlregelbereich geeignet war, und nicht nur, ob sich seine Wicklung neu wickeln lässt.

Reparatur oder Austausch eines Hochleistungs-Elektromotors?

Für eine Hochleistungs-Elektromotor, Stillstandszeiten, Kosten für das Neuwickeln, der Zustand des Statorkerns und die verbleibende mechanische Lebensdauer gewinnen zunehmend an Bedeutung. Unser YE3 H355–450 Hochleistungs-Elektromotor Der Leistungsbereich liegt bei etwa 160–1.000 kW. Wenn ein Betrieb mit variabler Frequenz erforderlich ist, gilt für die YVF3 H355–450 Frequenzumrichtermotor umfasst etwa 132–900 kW.

Lokale Reparatur Dies kann sinnvoll sein, wenn der Schaden begrenzt ist und die verbleibende Dämmung in gutem Zustand ist. Zurückspulen ist besser geeignet, wenn die Schäden an der Wicklung umfangreich sind, der Statorkern und die mechanischen Komponenten jedoch weiterhin erhalten bleiben sollten. Ersatz sollte geprüft werden, wenn Störungen wiederholt auftreten, erhebliche Schäden vorliegen, andere wichtige Komponenten verschlissen sind oder die ursprünglichen Motorspezifikationen nicht mehr zur Maschine passen.

Was wir für die Auswahl eines Ersatzmotors benötigen

Falls ein Austausch in Betracht gezogen wird, senden Sie uns bitte Folgendes:

• Foto des Motortypschilds;
• Leistung, Spannung, Frequenz und Nenndrehzahl;
• Befestigung und kritische mechanische Maße;
• angetriebene Geräte und tatsächliche Betriebslast;
• Betrieb mit fester Drehzahl oder mit Frequenzumrichter sowie Frequenzbereich;
• bekannte Symptome oder die Ursache des vorherigen Ausfalls;
• Menge und Bestimmungsland.

Es reicht nicht aus, lediglich die Nennleistung in kW anzupassen. Anhand der Informationen zu den Ausfällen können wir feststellen, ob der Ersatz die bestehenden Spezifikationen wiedergeben sollte oder ob die Motorauslegung, der Wirkungsgrad oder die Eignung für den Betrieb mit variabler Frequenz neu überdacht werden sollten.

Falls Sie sich noch in der Fehlerdiagnose des Motors befinden und noch keinen Wicklungsfehler festgestellt haben, kehren Sie zurück zum Ablauf der Fehlersuche bei elektrischen Störungen bevor Sie einen Ersatz bestellen.