Motor Devre Analizi Kullanarak DC Motor Test Avantajları

Doğru Akım (DC) elektrik motorlarının elektriksel testi endüstri, üretim ve onarım merkezlerinde karşılaşılan bir zorluktur. Temel sorun, kesin bilgilerin sağlanmaması durumunda bir bobinin diğeriyle karşılaştırılabilmesiyle ilgilidir. Bu makalede, Motor Devre Analizi (MCA) kullanılarak test ve analiz sonuçlarının güvenini artırmak için basit testler konusu ele alınacaktır.

MCA terimi, bir AC veya DC elektrik motorunun temel bileşenleri hakkında bilgi sağlayan bir test yönteminden türetilmiştir. Bu temel bileşenler şunları içerir:

• Direnç, Ohm cinsinden ölçülür
• Empedans, Ohm cinsinden ölçülür
• İndüktans, Henry cinsinden ölçülür
• Derece cinsinden ölçülen endüksiyon sargısı faz açısı
• Meg-Ohm cinsinden ölçülen izolasyon direnci

Bu makalede bahsedilecek olan cihaz, düşük voltajlı, gerçek sinüs dalgalı, alternatif akım (empedans, endüktans, faz açısı), 100 ila 800 hertz frekanslarında sinyal, direnç için düşük voltajlı DC sinyali ve yalıtım direnci testi için 500 veya 1.000 volt DC üreterek bu okumaları sağlar.

Buna ek olarak, uygulanan frekansın iki katına çıkarıldığı ve sargı empedansındaki değişimden bir oran elde edildiği I/F adı verilen özel bir test gerçekleştirilir. Bu test, sargıda var olabilecek erken sargı şortlarını belirlemek için yapılır. Uygulanan veriler kullanılarak, bir DC motor sargısının durumu bobin karşılaştırmaları, bilinen okumalarla karşılaştırmalar veya belirli bir süre boyunca sargılardaki değişikliklerin trendi yoluyla değerlendirilebilir.

Bu makalede yer alacak DC elektrik motorları seri, şönt ve bileşik DC motorlardır. Açıklanan temel testlerden bazıları sabit mıknatıslar, DC servolar, DC takım tezgahları ve diğerleri üzerinde gerçekleştirilebilir (fırçasız DC motorlar AC motorlara benzer şekilde değerlendirilir). DC elektrik motorlarının türleri sargıları ve bağlantıları ile tanımlanabilir.

DC Motor Teorisi

Doğru Akım elektrik motorları temel bir elektrik prensibine göre çalışır: Birbirinden belirli bir açıyla konumlandırılmış iki manyetik alan arasındaki etkileşim çekme/itme hareketi ile sonuçlanır. Bir DC elektrik motoru söz konusu olduğunda, güç, elektriksel olarak birbirinden yaklaşık 90 derece uzakta olan manyetik alanlar oluşturan bir stator alanına ve bir armatüre sağlanır. Bunun sonucunda armatürün alandan çekilmesi/itilmesi bir tork oluşturur ve armatür döner.

Bir DC elektrik motorunun temel bileşenleri şunlardır:

• Çerçeve – Makinenin dış yapısını oluşturur. Motorun diğer bileşenlerinin çoğunu monte etmek için kullanılır
• Alanlar – Bunlar, sabit bir manyetik alan üreten alan kutup parçalarına monte edilmiş bobinlerdir.
• İnterpoller – Bunlar, fırçaların aşırı kıvılcımlanmasını önlemek için kullanılan bir alan oluşturan alan bobinleri arasına yerleştirilen bobinlerdir.
• Uç muhaf azaları – Yatak muhafazaları olarak da adlandırılır, fırçaları ve fırça donanımını barındırmak ve armatürü çerçevede ortalanmış halde tutan şaft yataklarını barındırmak için kullanılır.
• Fırça donanımı – Fırçaları armatür komütatörünün üzerinde tutar ve konumlandırır. Genellikle, fırçalar üzerinde sabit bir basınç sağlamak için bir gergi cihazı kullanılır.
• Fırçalar – Bunlar armatüre DC sağlamak için kullanılır. Fırçalar komütatör üzerinde hareket eder.
• Komütatör – Mika ile ayrılmış birçok bakır çubuktan oluşur. Her bir çubuk armatürdeki bobinlere bağlıdır.
• Armatür – Bu, bobinler içeren motorun dönen kısmıdır.

Çoğu AC motorun aksine, DC motorlar hem alanlara hem de armatüre ayrı güç sağlanmasını gerektirir. Stator alanlarına sağlanan DC, sabit bir Kuzey ve Güney alan seti oluşturur. Armatüre sağlanan DC, sabit alandan 90 elektriksel derece olan Kuzey ve Güney alanları oluşturur.

Armatür tork ürettikçe ve uygun Kuzey veya Güney kutbuna doğru hareket ettikçe, fırçalar komütatör üzerinde konum değiştirerek sabit alandan 90 elektriksel derece uzakta başka bir bobin setine enerji verir. Bu aslında armatürü bir Alternatif Akım bileşeni yapar, çünkü akım fırça konumuna bağlı olarak bir yönde, ardından motor çalıştıkça başka bir yönde hareket edecektir.

Fırçalar, kıvılcımı azaltmak için elektriksel olarak “nötr” (stator alanlarından indüklenen akım yok) olacak şekilde ayarlanır. Çoğu DC motor bağlantısında, armatür voltajı değiştirilerek çalışma hızı değiştirilebilir. DC motorların doğasında olan genel bir tehlike, armatür akımı korunurken alan akımı kaybedilirse, motorun kalkış yapabilmesi ve armatür kendini imha edene kadar hızın artmasıdır.

DC motor tipini tanımlamak için kullanılabilecek üç temel sargı tipi şunlardır:

• Seri: Normalde yüksek başlangıç torkuna ihtiyaç duyan uygulamalarda bulunur. A1 ve A2 olarak işaretlenmiş interpollere ve armatüre seri olarak bağlanan S1 ve S2 olarak işaretlenmiş büyük telli ve nispeten az turlu bir dizi alan sargısından oluşurlar (Bkz. Şekil 1). Seri bağlı motorlar normalde çekiş motorları olarak kullanılır ve çok düşük bir temel dirence sahiptir.
• Şönt: Normalde sabit hız gerektiren uygulamalarda bulunur. Bunlar, tek gerilim için F1 ve F2, çift gerilim için F1, F2, F3 ve F4 olarak işaretlenmiş, çok sayıda sarımlı daha küçük telden oluşan bir dizi alan sargısından ve interpoller ve armatür için A1 ve A2’den oluşur (Bkz. Şekil 2). Şönt bağlantılı motorlar normalde vinç ve makine aleti motorları olarak kullanılır ve nispeten yüksek temel dirence sahiptir.
• Bileşik: Hem seri hem de şönt sargılı motorların avantajlarını birleştirir. Çalışma hızındaki bir değişikliğe karşı temel bir dirençle nispeten yüksek bir tork sağlarlar. Bağlantılar hem seri hem de şönt bağlantıları birleştirir (Bkz. Şekil 3). Bileşik motorlar en yaygın olanlarıdır ve endüstriyel üretimde yaygın olarak bulunurlar.

Görülebileceği gibi, monte edilmiş bir DC makinede birbiriyle karşılaştırılacak çok az bobin vardır. Bununla birlikte, yüksek düzeyde test sonucu güveni sağlayan sarım testi için prosedürler geliştirilebilir.

Yaygın DC Motor Elektrik Arızaları

Burada en yaygın olanları açıklanacak olan bir dizi yaygın DC motor elektrik arızası vardır. Bunlar sıcaklık, sürtünme ve karbon veya grafit gibi dahili kirleticilerin bir sonucu olarak DC motor tasarımına özgü sorunlardan kaynaklanır.

Bir DC motorda sargı arızalarının en yaygın nedenlerinden biri, fırçalardan gelen karbon veya grafit (karbon) tozundan kaynaklanan sargı kirlenmesidir. İnce toz tüm sabit ve döner sargılara nüfuz eder ve iletkenler arasında veya iletkenler arasında toprağa giden bir yol oluşturur. Karbon genellikle sıkışır ve karbon basınçlı hava ile üflendiğinde veya armatür temizlenip fırınlandığında temizlik ve bakım uygulamaları ile sorunlar daha da ağırlaşır. Her iki durumda da karbon, genellikle komütatörün hemen arkasında köşelerde sıkıca paketlenmiş olabilir. Bu, komütatör bağlantısında bir toprak hatası veya kısa devre olarak sona erecektir.

Genellikle dikkate alınmayan bir başka yaygın arıza da DC makinesinin soğutulmasıdır. Bunun nedeni soğutma kanallarının tıkanması, armatürün ek soğutma olmadan çok yavaş döndürülmesi veya kirli filtreler (soğutma ile ilgili en yaygın hata) olabilir. Sıcaklık, elektrikli ekipmanların, özellikle de sıcaklıktaki her 10 santigrat derecelik artışta ömrü yarı yarıya azalacak olan yalıtım sisteminin en büyük düşmanıdır (kabul edilen temel kural). İzolasyon zayıfladıkça, sarımlar arasında sargı arızaları meydana gelene kadar güvenilirliği azalır. Yalıtım sisteminin bozulmasına ek olarak, fırçalar da daha hızlı bozularak komütatörde daha fazla aşınmaya ve sargılarda daha fazla karbon kirlenmesine neden olur.

Isıyla ilgili bir başka arıza da armatür dururken (enerjisi kesilmişken) alanların enerjilendirildiği uygulamalardan kaynaklanır. Bu, normalde temiz tutulması gereken filtrelere sahip olan motora soğutma sağlamak için ayrı bir üfleyici gerektiren yaygın bir çalışma modudur. Bu tür bir arıza normalde şönt bobinlerin kısa devre yapmasına neden olarak motorun tork üretme kabiliyetini azaltır ve uygun şekilde bakım yapılmazsa tehlikeli bir durum olan armatür aşırı hızıyla sonuçlanabilir.

Komütatör, motorun çalışması ve durumunun bir göstergesi olmasının yanı sıra arızalar için de fırsatlar sunar. Düzgün çalışan bir DC motorda komütatör üzerinde ince bir karbon sırı olacak ve çubuklar düzgün görünecektir. Yanmış komütatör çubukları, çizgili cam, ağır karbon veya aşırı ısınmış komütatör koşulları, ele alınması gereken potansiyel sorunlara işaret eder.

Armatür Testi

DC armatürler, test edilmesi en çok zaman alan ancak en kolay bileşendir. Tanıtılacak üç temel yöntem vardır: trend; birleştirilmiş; ve demonte. Trend durumunda, tüm ölçümler kullanılır, ancak monte edilmiş ve demonte test durumunda çubuktan çubuğa empedans ölçümü kullanılacaktır. Empedansa bakılır çünkü armatür bir AC bileşenidir ve basit direnç ölçümleri kısa devre ve topraklama gibi bazı arızaları gözden kaçırabilir. Trend, bu makalenin ilerleyen bölümlerinde DC motorlar için genel bir trend prosedüründe incelenecektir.

Monte edilmiş bir DC motor armatürünü test ederken, en iyi yöntem motor fırçalarını kullanarak yaygın olarak çubuktan çubuğa test olarak bilinen testi gerçekleştirmektir. İki fırçalı bir DC motor söz konusu olduğunda, fırçaların hiçbirinin kaldırılması gerekmez, dört veya daha fazla fırça setine sahip bir DC motor söz konusu olduğunda, birbirinden 90 derece uzakta olan iki set hariç hepsinin kaldırılması gerekir, bu da onları test devresinin dışına çıkarır. Fırçanın %90’ından fazlasının komütatör çubuklarıyla temas halinde olduğundan ve komütatör çubuklarının temiz olduğundan emin olarak komütatör üzerinde iyi bir temas sağlandığından emin olun. Temiz değillerse, test etmeden önce onaylanmış bir yöntem kullanarak armatürü nazikçe parlatın. Komütatör çok aşınmışsa, demonte edilmesi ve komütatörün “döndürülmesi ve alttan kesilmesi” gerekecektir, bu durumda demonte çubuktan çubuğa test uygun olacaktır. Ayarlandıktan sonra, komütatör üzerindeki bir çubuğun konumunu işaretleyin, ardından çubuğu fırçalardan birinin ön kenarının hemen altında olduğu bir konuma getirin. Birleştirilmiş testte, muhtemelen fırça ile en az bir buçuk çubuğu kaplayacaksınız. Bir empedans testi yapın, okumayı işaretleyin ve fırçanın ön kenarı bir sonraki komütatör çubuğunun üzerinde olacak şekilde armatürü hareket ettirin. Bir sonraki empedans okumasını yapın ve her çubuk test edilene kadar devam edin. İyi bir sonuç tutarlı bir desen gösterirken, tutarsız bir desen zayıf bir armatürü tanımlayacaktır.

Demonte çubuktan çubuğa test, armatürün çerçevenin dışında olması ve test cihazının komütatöre tam erişime sahip olması dışında, monte edilmiş teste benzer. Bu durumda, test cihazı bir armatür fikstürü veya çubuktan çubuğa bağlanmak için test uçları kullanacaktır. Her bir empedans okuması arasındaki aralık sabit olmalı ve birbirinden yaklaşık 90 ila 180 derece uzakta olmalıdır. İlk çubuk işaretlenmeli ve test fikstürünün bir ayağı veya test ucu komütatörün etrafında 360 derece dönene kadar teste devam edilmelidir. Her çubuktan çubuğa test için empedansı işaretleyin ve ardından tutarlı bir model olup olmadığına bakın.

Seri Motor Testi

Seri elektrik motorları, karşılaştırılacak alan setleri sunmadıkları için sorun giderme açısından oldukça zordur. Okumalar S1’den S2’ye ve A1’den A2’ye alınabilir ve daha sonra zaman içinde trend oluşturabilir veya diğer benzer makinelerle karşılaştırılabilir.

Okumaları zaman içinde izlerken, basit direnç okumaları genellikle ^25oC‘ye göre sıcaklık için düzeltilmelidir. Empedans ve Endüktans normalde sıcaklığa bağlı olarak sınırlı bir değişime sahipken faz açısı ve I/F okumaları sıcaklıktan bağımsız olarak sabit kalacaktır. I/F ve faz açısındaki değişimler kısa dönüşleri gösterirken, Empedans ve Endüktans değişimleri normalde kirli sargıları gösterir.

Benzer motorların karşılaştırılması ek bilgi gerektirecektir. Operatör, motorun aynı üretici ve tasarımın yanı sıra hız, güç vb. özelliklerine sahip olduğundan emin olmalıdır. “Model” motor yeni olmalı veya orijinal üreticinin teknik özelliklerine göre yeniden imal edilmiş olmalıdır. Karşılaştırmalı okumalar yapılırken, test sıcaklığı motordan motora benzer olmalıdır, ancak I/F ve faz açısı okumaları doğrudan karşılaştırılabilir. Bu okumalar I/F için +/- 2 noktadan ve faz açısı için +/-1 dereceden fazla değişmemelidir. Şönt bobinlere göre daha az yaygın olmakla birlikte, seri alan sargıları yeniden inşa edilirken yapılan yaygın bir hata, motorun tork üretme kabiliyetini etkileyecek olan tel boyutunun yanlış değiştirilmesidir.

Şönt Motor Testi

Çift voltajlı şönt motorlar iki sargı setini karşılaştırma olanağı sağlarken, tek voltajlı motorlar S1 – S2 yerine F1 – F2 kullanarak seri motor sargılarını test etmekle aynı test prosedürüne sahip olacaktır.

Çift voltajda, şönt sargılar F1 ila F2 ve F3 ila F4 olarak etiketlenir ve analistin bu iki sargı setini test etmesine ve karşılaştırmasına olanak tanır.

Zaman içindeki okumaları test ederken ve sorun giderirken, basit direnç okumaları genellikle ^25oC‘ye göre sıcaklık için düzeltilmelidir. Empedans ve Endüktans, devrenin daha yüksek basit direnci nedeniyle seri sargılı bir motordan daha fazla değişecektir. Faz açısı ve I/F, sıcaklıktan bağımsız olarak 1 ila 2 puan arasında sabit kalacaktır. I/F ve faz açısındaki değişimler kısa dönüşleri gösterirken, Empedans ve Endüktans değişimleri normalde kirli sargıları gösterir. F1 ile F2 ve F3 ile F4 arasındaki karşılaştırmalar direnç, endüktans ve empedans açısından %3’ten az ve I/F veya faz açısı açısından 1 noktadan fazla farklı olmamalıdır.

Benzer motorlar, seri sargılı motorlarla aynı şekilde test edilebilir ve karşılaştırılabilir. Mümkün olduğunda, motorlar, okuma değerlerini takip ederken, önceki testlerle aynı sıcaklıkta test edilmelidir. Örneğin, çalışan ekipmanı kapattıktan birkaç dakika sonra veya ekipmanı çalıştırmadan önce, bu testlerin benzer sıcaklıklarda yapılmasına olanak tanır.

Bileşik DC Motor Testi

Yerinde test, trend ve sorun giderme, bileşik bir motorla çok daha kolaydır. Tek voltajlı bileşik motorlar normalde A1 ila A2, S1 ila S2 ve F1 ila F2 olarak etiketlenir ve çift voltajlı bileşik motorlar normalde A1 ila A2, S1 ila S2, F1 ila F2 ve F3 ila F4 olarak etiketlenir. Bileşik sargılı bir motor için önemli bir ek nokta, seri sargının normalde şönt sargının üzerine sarılması ve bu iki sargı arasında olası arızalara izin vermesidir.

Bileşik bir motor trendinde, testler normalde DC sürücü terminallerinden alınır. ALL-TEST kullanılarak yapılan standart MCA testleri, ekipmanın çıkış elektroniğine zarar vermeyecek düşük voltajlı, yüksek frekanslı sinyaller içerir ve test sırasında uçların sürücüden ayrılması ihtiyacını azaltır. Ancak, analist seri ve şönt sargılar arasındaki yalıtım direncini kontrol etmek isterse, uçların sürücüden ayrılması gerekir. DC sürücüden trend alırken, A1’den S2’ye ve iki alan ucunu test edin, ardından S2 ve F1 uçları arasında 500 Volt yalıtım direnci testi gerçekleştirin ve önceki testlerle veya benzer motorlarla karşılaştırın, her iki durumda da yalıtım direnci okumaları 100 Meg-Ohm’un üzerinde kalmalıdır.

ALL-TEST ünitesi, analizörün sargıları daha fazla test etmek için hızlı bir karar vermesini sağlayan hızlı bir kontrol olarak geçmiş ve şimdiki okumaları hemen karşılaştırmasına olanak tanır. Seri ve şönt motor test tekniklerinde belirtildiği gibi, I/F ve faz açısı okumaları testler arasında 1 noktadan fazla değişmemelidir, ancak zaman içinde seri ve alan sargıları birbirinden önemli ölçüde değişecektir.

Bileşik motorlarda sorun giderme işlemi motorun kendisinde yapılmalıdır. Tüm motor kablolarını ayırın ve ayırın. Seri ve şönt sargı talimatlarında belirtildiği gibi seri ve alan sargılarını test edin, ardından seri ve şönt sargılar arasında bir yalıtım direnci testi gerçekleştirin, yalıtım direnci 100 Meg-Ohm’dan büyük olmalıdır.

MCA DC Motor Test Notları

Her tür DC motor üzerinde MCA testi kullanılarak birkaç önemli nokta ortaya çıkarılabilir:

1. 15 ila -50 aralığının dışındaki herhangi bir I/F değeri, örneğin -56, bir sargı arızasına işaret eder.
2. Test, aynı devrenin uçları arasında sonsuz bir direnç gösteriyorsa, açık bir sargı olduğunu gösterir.
3. Testler arasında basit dirençteki bir artış, sıcaklık için düzeltildiğinde, özellikle empedans ve endüktans okumaları değiştiğinde, gevşek bir bağlantıya işaret eder. Sıcaklığa göre düzeltildiğinde basit direncin azalması, genellikle empedans, endüktans, faz açısı ve I/F’deki değişikliklerin eşlik ettiği bir kısa devreyi gösterebilir.
4. Motorlar gibi test edilirken, I/F ve faz açısı 2 noktadan fazla değişmemelidir, bundan daha büyük herhangi bir fark tam bir analiz gerektirmelidir.
5. Armatür devresi üzerinden test yapılırken meydana gelen değişiklikler bardan bara test yapılmasını gerektirmelidir.

Bu basit talimatları izleyerek, bir MCA cihazı kullanmak, ekipman çalışma sırasında arızalanmadan çok önce erken arızaları yakalamanızı sağlayacaktır. Testler kestirimci bakım programının bir parçası olarak gerçekleştiriliyorsa, aralık en azından Tablo 1’de gösterilen aralıklar olmalıdır.

Tablo 1. DC Motor Test Frekansı DC Motor Test Frekansı

Genel bakım testleri zaman içinde trend göstermeyen testlerdir. Genellikle titreşim, yatak gresleme, komütatör muayenesi ve fırça muayenesi eşlik eder. Kestirimci bakım testi normalde potansiyel arızaları tespit etmek için zaman içinde okumaların trendini ve ardından düzeltici bakım için motoru çıkarmak için en uygun zamanı belirlemeyi içerir. Potansiyel bir arıza tespit edildiğinde, motorun sökülmesi gerektiği belirlenene kadar test sıklığı artırılmalıdır. Komütatördeki yüksek gerilimler ve karbon kirliliği nedeniyle genel veya kestirimci bakım testi ile birlikte tam bir armatür testi yapılmalıdır.

Sonuç

Doğru akım elektrik motorlarının genel elektrik testi, statik motor devre analizi ile mevcut yeni tekniklerle çok daha kolay hale getirilmiştir. İlk kez, seri, şönt ve armatür sargılarındaki erken dönüş arızaları, ekipmanı devre dışı bırakmadan önce tespit edilebilmektedir. Kestirimci bakım testleri sürücüden gerçekleştirilebilir ve sorun giderme testleri motorda yapılır. Genel olarak, testler nispeten hızlıdır, kestirimci bakım testi için motor başına beş dakikadan az bir süre gerekir ve sorun giderme için ek süre gerekir. Genel olarak, MCA testi, DC motor testini geleneksel süreklilik testi yöntemlerine göre önemli ölçüde geliştirir.

Yazar Hakkında

Dr. Howard W. Penrose, Ph.D. elektrik motoru ve elektrik motoru onarım endüstrisinde 15 yılı aşkın bir süredir çalışmaktadır. ABD Donanması’nda elektrik motoru tamir kalfası olarak başlayarak, büyük bir Ortabatı motor tamir atölyesinin Baş Mühendisi olarak her türden küçükten büyüğe dönen ekipmanın saha servisine ve değerlendirmesine kadar. Dr. Penrose, AC, DC, sargılı rotor, senkron, makine aleti ve özel ekipmanların geri sarılması, eğitimi ve sorun giderme işlemlerinde doğrudan yer almıştır. Diğer çalışmaları arasında elektrik motoru ve endüstriyel güvenilirlik, test yöntemleri, enerji verimliliği ve bakımın üretim üzerindeki etkisi yer almaktadır. Dr. Penrose, IEEE Chicago Bölümü eski Başkanı, IEEE Chicago Dielektrik ve Elektrik İzolasyon Topluluğu eski Başkanı, Elektrik Üretim Bobini ve Sarma Derneği Profesyonel Üyesi, ABD Enerji Bakanlığı Sertifikalı MotorMaster Uzmanı, Titreşim Analisti, Kızılötesi Analisti ve Motor Devre Analistidir.