Procedura di prova del commutatore: cosa fare effettivamente in officina

Se un commutatore supera le letture bar-to-bar coerenti, mantiene l'isolamento a terra sotto tensione di prova e non mostra segni di abuso meccanico, di solito è possibile rimetterlo in servizio senza problemi. Tutto in questa procedura è solo un modo disciplinato per arrivare a quel punto ogni singola volta.

Il vero obiettivo dei test sui commutatori

Gli standard ufficiali parlano di classi di isolamento, tensioni di prova, corrente di dispersione, inviluppi di sovratensione e così via. In un'officina o in uno stabilimento, la vera domanda è più semplice: “Questo indotto funzionerà quando lo alimenterò e continuerà a funzionare dopo alcune migliaia di ore?”.”

La maggior parte dei guasti è riconducibile allo stesso piccolo gruppo di problemi. Barre e montanti allentati. Isolamento debole tra una spira e l'altra che si manifesta solo sotto sforzo. Percorsi di terra dalle barre al nucleo o all'albero. Condizioni superficiali scadenti che consumano le spazzole o favoriscono la formazione di scintille. Il test del commutatore serve a individuare questi problemi prima che si nascondano all'interno di una macchina. Le linee guida pratiche dell'EASA sono in linea con questa visione: barre ben serrate, superficie pulita e controlli elettrici di base sono il cuore della valutazione del commutatore.

Questa guida presuppone che tu conosca già il funzionamento del tuo hipot, del tester di sovratensione e dei misuratori e che tu abbia accesso alla documentazione del motore o almeno alla sua classe di tensione e di servizio. L'obiettivo qui non è spiegare cos'è un commutatore, ma come strutturare la routine di test in modo che sia prevedibile e difficile da falsificare.

Configurazione pre-test: preparazione dell'armatura

Prima di toccare i cavi di prova, l'armatura deve essere in uno stato stabile. Asciutta, ragionevolmente pulita e a una temperatura che non distorca completamente le letture. È necessario rimuovere le spazzole, pulire la polvere di carbonio dalla superficie del commutatore e assicurarsi che non vi siano residui di olio evidenti. Questo passaggio spesso risulta noioso, quindi le persone tendono a sbrigarlo. Il risultato è solitamente un dato rumoroso che non corrisponde esattamente a quanto promesso dalla documentazione.

Se possibile, annotare la temperatura ambiente e l'umidità relativa. Anche un valore approssimativo è utile quando si confrontano le letture da barra a barra o la resistenza di isolamento su più anni. Alcuni negozi aggiungono silenziosamente una riga al loro modulo di prova per questo scopo; è una piccola abitudine che ripaga quando qualcuno chiede perché i valori odierni non corrispondono a quelli di tre estati fa.

È inoltre possibile decidere in anticipo l'ordine dei test. Una sequenza comune prevede prima i controlli a basso stress, poi quelli ad alto stress: test di resistenza e bar-to-bar, poi hipot a terra, poi test di sovratensione, se lo si utilizza. In questo modo il rischio viene gestito nella giusta direzione: non è auspicabile che una bobina al limite fallisca in un test di sovratensione prima di aver acquisito le letture di base della resistenza e della messa a terra. Electrom e altri fornitori di test di sovratensione raccomandano esplicitamente di eseguire controlli di isolamento a terra prima di caricare l'avvolgimento con impulsi di sovratensione.

Ispezione visiva e meccanica del commutatore

Un commutatore che sembra difettoso di solito lo è davvero. Conosci già i difetti classici: scanalature profonde, punti piatti, mica sollevata, barre sollevate, segni di corrosione o bruciature, scolorimento che suggerisce un surriscaldamento locale. Helwig e altri specialisti di spazzole simili sottolineano l'uniformità della superficie da barra a barra e l'assenza di zone bruciate o annerite come condizione fondamentale per una commutazione affidabile.

In questo caso, la procedura è semplice ma vale la pena considerarla come un vero e proprio test, non come una semplice occhiata. Ruotare lentamente l'armatura e cercare:

L'eccentricità del commutatore può essere rilevata a occhio nudo o con un comparatore, se si dispone dell'attrezzatura necessaria. Variazioni graduali dell'altezza della barra. Qualsiasi segno che indichi che un rialzo si è incrinato o allentato. Traccia della spazzola irregolare su tutta la superficie. Non si cerca di quantificare tutto. Si decide semplicemente che “questa superficie può essere sottoposta a test elettrici” o che “questa deve essere prima lavorata e sottoposta a sottosquadro”.”

Se l'armatura non supera questa fase di controllo visivo, è necessario interrompere il processo. Non ha senso cercare di ottenere letture elettriche perfette su un commutatore compromesso dal punto di vista meccanico.

Test di resistenza barra per barra: il fulcro della procedura

Quasi tutti gli articoli seri sul collaudo degli indotti sottolineano lo stesso punto: la resistenza tra le barre non riguarda tanto i valori assoluti in ohm quanto piuttosto la ripetibilità da un segmento all'altro.

Si collega un misuratore a bassa impedenza o un milliohmmetro tra due barre del commutatore adiacenti. L'armatura viene mantenuta fissa. Si registra la lettura, quindi si sposta una barra in avanti e si ripete l'operazione, procedendo lungo l'intero cerchio. Modern Pumping Today descrive alcune varianti di questo test (test a 180 gradi e controlli locali barra per barra), ma la regola guida è sempre la stessa: le letture devono rientrare in un intervallo ristretto.

Tre aspetti pratici spesso vengono trascurati:

Le condizioni di contatto sono molto importanti. Le barre ossidate o sporche introducono rumore. Lucidare leggermente la superficie prima del test e mantenere le sonde o i morsetti Kelvin coerenti.

La temperatura modificherà tutte le letture insieme. Questo è accettabile. Quello che stai monitorando è la diffusione relativa.

I valori anomali in entrambe le direzioni sono interessanti. Un valore basso indica cortocircuiti all'interno della bobina. Un valore alto suggerisce un conduttore rotto, un giunto difettoso o un problema di connessione tra la barra e l'avvolgimento.

Non è necessario sapere quale dovrebbe essere la resistenza di progetto. È sufficiente che la variazione sia sufficientemente ridotta da garantire un funzionamento ottimale, solitamente dell'ordine di pochi punti percentuali per molte macchine industriali a corrente continua, anche se i dati storici specifici sono più affidabili di qualsiasi regola generica. Alcuni fornitori di servizi per indotti a corrente continua utilizzano ulteriori test di sovratensione o metodi growler quando la variazione di resistenza è sospetta ma non chiaramente difettosa.

Prova di isolamento barra-nucleo / barra-albero

Dopo i controlli barra per barra, la preoccupazione successiva riguarda le perdite o i guasti gravi dalle barre del commutatore al nucleo o all'albero. Il terzo test di Modern Pumping Today, che misura da ciascuna barra alla pila di ferro o all'albero, è una versione semplificata di questo, trattata come un controllo di continuità go/no-go.

In una procedura più formale, è possibile aggiornare quel semplice controllo di continuità in un test di isolamento con un megohmmetro o una fonte hipot, scegliendo la tensione di prova in base alla tensione nominale dell'armatura, alla classe di isolamento e agli standard locali o alle raccomandazioni OEM. I riferimenti di ingegneria elettrica sui test hipot ci ricordano che si tratta di un test di stress per l'isolamento, non solo di una misurazione ad alta resistenza; il livello di tensione e il tempo di permanenza devono rispettare la potenza nominale dell'apparecchiatura.

Il processo si svolge in questo modo, anche se nessuno lo dice ad alta voce. Si verificano tutti i dispositivi di interblocco di sicurezza e le barriere sul tester. Si collega un lato della sorgente di prova al commutatore (spesso tramite una fascia o una maglia fine attorno alle barre) e l'altro lato all'albero o al nucleo, a seconda di come è costruito l'indotto. Si aumenta la tensione al valore scelto, la si mantiene per il tempo specificato e si osservano la corrente di dispersione e qualsiasi scarica parziale o flashover.

I risultati attesi sono noiosi: perdite stabili nell'intervallo compreso tra microampere e milliampere bassi, a seconda delle dimensioni e degli standard, senza picchi improvvisi o guasti. Qualsiasi scarica visibile, picchi di corrente improvvisi o aumento graduale delle perdite a tensione costante indicano la presenza di un problema di isolamento. Ciò non sempre richiede un riavvolgimento immediato, ma impone una discussione seria e, di solito, almeno un ricondizionamento.

Prova di sovratensione dell'armatura

I test bar-to-bar e hipot non sollecitano completamente l'isolamento giro per giro all'interno di una bobina. Il test di sovratensione è il metodo che agisce direttamente su quel punto debole. Le fonti diagnostiche dei motori lo descrivono come l'applicazione di impulsi rapidi ad alta tensione e il confronto delle forme d'onda risultanti. Un isolamento debole produce differenze di forma d'onda rispetto a un riferimento sano.

Su un'armatura con commutatore, si collega il tester di sovratensione ai punti appropriati dell'avvolgimento, spesso tramite barre del commutatore o terminali, e si aumenta gradualmente la tensione di prova fino a un valore legato alla potenza nominale del motore e agli standard interni. Ciò che conta in questo blog non è la fisica; quella la conoscete già. Ciò che conta è come trattare i risultati del test nella procedura più ampia.

Assicurati che l'isolamento di base verso terra sia già stato superato, in modo che un guasto causato da un picco di tensione riveli più facilmente un punto debole piuttosto che un grave guasto di terra. Confronta le forme d'onda tra bobine simili o tra fasi, se la configurazione lo consente. I fornitori di apparecchiature sottolineano che i test di picco di tensione rivelano in modo univoco i punti deboli tra le spire e tra le bobine che i test a bassa tensione non rilevano, quindi considera un'onda anomala come reale anche quando la resistenza sembra normale.

I negozi che testano molti indotti CC spesso abbinano i test di sovratensione alla resistenza barra-barra sullo stesso dispositivo, utilizzando accessori specializzati di Baker o produttori simili. Questi accessori facilitano il contatto sicuro e ripetibile delle barre e l'archiviazione dei dati per il confronto tra i riavvolgimenti.

Growler e metodi low-tech

Non tutte le officine dispongono di un tester di sovratensione. Non è un problema. Il growler, insieme a un misuratore e a una striscia di prova o a una lama da seghetto, rimane un metodo comune e valido per individuare i giri in cortocircuito nelle armature più piccole. Le istruzioni tradizionali per l'uso del growler richiedono di posizionare l'armatura nelle ganasce magnetiche, alimentare il nucleo e quindi “far scorrere” una striscia di materiale ferromagnetico attorno alle fessure per rilevare eventuali vibrazioni eccessive o attrazioni nei punti in cui i giri sono in cortocircuito.

Alcuni growler integrano anche funzioni di resistenza bar-to-bar, utilizzando sonde che si spostano intorno al commutatore mentre si osserva un misuratore. La procedura è lenta ma semplice. Si accetta che non avrà la stessa sensibilità o documentazione di un moderno tester di sovratensione, ma è comunque in grado di rilevare i principali difetti di avvolgimento ed è più che sufficiente per molte decisioni di riparazione, soprattutto se abbinato a controlli di isolamento e a un'accurata ispezione visiva.

Riepilogo dei test comuni sul commutatore

La tabella sottostante riassume i test tipici in un unico posto. Non si tratta di un documento normativo, ma solo di una panoramica pratica tratta da articoli sui test dei motori e guide alle apparecchiature.

Metterlo insieme come un processo ripetibile

Le officine più efficienti considerano il test del commutatore come un unico flusso, non come una serie di controlli non correlati tra loro. Quando si osserva un tecnico esperto al lavoro, anche se non lo mette mai per iscritto, il processo si presenta più o meno così. Ispezionano con cura la superficie del commutatore e i montanti. Impostano la resistenza barra-barra, si muovono con calma intorno al commutatore e cercano schemi, non solo numeri. Passano ai test di isolamento verso terra e rispettano lo stress che questi test esercitano sull'avvolgimento. Solo allora, se la struttura dispone dell'attrezzatura, aggiungono i test di sovratensione per una visione più approfondita dell'isolamento delle spire.

C'è anche la questione di quando eseguire i test. Alcune guide alla riparazione raccomandano di ripetere i test bar-to-bar e hipot prima dell'installazione, dopo l'installazione e dopo l'assemblaggio finale, in particolare sulle macchine di valore più elevato, per individuare eventuali danni causati durante la manipolazione.

In pratica, è il tuo modello di piano di test a tenere insieme tutto questo. Esso registra quali test esegui a quali tensioni, quale diffusione accetti nelle letture barra per barra e come reagisci ai risultati marginali. Nel corso del tempo, questi moduli diventano silenziosamente il tuo standard locale, più affidabile di qualsiasi articolo generico online.

Interpretazione dei risultati nella zona grigia

I commutatori reali non sempre superano o falliscono in modo netto. Si noteranno piccoli passi nella resistenza, piccoli problemi estetici superficiali o valori di isolamento accettabili ma inferiori rispetto al resto della flotta. Gli articoli sui test dei motori a volte trattano questi casi come semplici casi di superamento/fallimento, ma il lavoro quotidiano è più ambiguo.

Quando le letture sono coerenti ma leggermente disturbate, è possibile pulire i contatti e ripetere il test. Quando una o due barre indicano valori bassi ma i test di sovratensione e growler sono puliti, è possibile registrare la deviazione, consigliare un monitoraggio più attento e comunque rimettere in servizio la macchina in condizioni non critiche. Quando la perdita hipot tende ad aumentare rispetto a una revisione precedente, è possibile regolare la tensione di prova, ripetere il test dopo l'asciugatura o raccomandare un riavvolgimento anche se la macchina non ha ancora fallito un test standard.

La cosa importante è rendere visibili queste decisioni. Annotate il foglio di prova. Collegate i risultati borderline con commenti chiari piuttosto che con una tacita accettazione. È così che una procedura diventa più di una formalità.

Vista di chiusura

Una procedura di test del commutatore non deve essere complicata o poetica. Deve solo essere sempre la stessa e onesta riguardo a ciò che effettivamente si misura. Condizioni visive, equilibrio tra le barre, isolamento verso terra e, ove disponibile, controlli di sovratensione o growler sull'isolamento delle spire. Se si rispettano questi passaggi, si registrano i numeri e si reagisce in modo coerente a ciò che mostrano, i commutatori raramente riserveranno sorprese e, quando lo faranno, il registro dei test spiegherà solitamente il motivo.