Eliminazione del surriscaldamento del motore elettrico: diagnostica per immagini termiche, analisi della corrente, controllo della ventilazione e diagnostica del degrado dell'isolamento

1. Descrizione del problema e ambito di applicazione

Il surriscaldamento del motore è una condizione critica che riduce significativamente la durata delle apparecchiature, porta a arresti imprevisti della produzione e guasti potenzialmente catastrofici. Questo manuale è destinato alla diagnosi sistematica e all'eliminazione dei malfunzionamenti associati ad un eccessivo aumento della temperatura di esercizio dei motori elettrici CA e CC in condizioni industriali. Viene utilizzato per motori utilizzati in pompe, ventilatori, trasportatori, compressori e altri meccanismi rotanti.

Classificazione della gravità:

• Critico: La temperatura dell'avvolgimento supera il massimo consentito (solitamente +10°C sopra il valore nominale indicato sulla targa del motore) oppure è intervenuta la protezione termica. Richiede arresto immediato e diagnosi.
• Significativo: La temperatura supera quella nominale di +5...+10°C. Compromette l'efficienza e accelera il degrado dell'isolamento. Richiede l'eliminazione pianificata.
• Minore: La temperatura supera quella nominale di +2...+5°C. Indica le fasi iniziali di problemi o cambiamenti nelle condizioni operative. Richiede monitoraggio ed eventuale correzione.

2. Misure di sicurezza

⚠ AVVISO DI SICUREZZA ⚠

Prima di iniziare qualsiasi lavoro diagnostico o di riparazione sul motore elettrico, assicurarsi di fare quanto segue:

1. BLOCCO / TAG DI APPENDERE (LOTO): Isolare tutte le fonti di alimentazione che alimentano il motore e le relative apparecchiature (elettriche, idrauliche, pneumatiche). Applicare le procedure LOTO in conformità con DSTU EN 1032 e gli standard aziendali interni. Verificare l'assenza di tensione utilizzando l'apposito indicatore.
2. ENERGIA IMMAGAZZINATA: assicurarsi che tutte le riserve di energia (ad esempio condensatori, molle, carichi sollevati, pressione nei sistemi idraulici/pneumatici) siano scariche o bloccate.
3. DISPOSITIVI DI PROTEZIONE INDIVIDUALE (DPI): utilizzare sempre DPI adeguati: occhiali di sicurezza, guanti resistenti al calore, scarpe dielettriche, indumenti protettivi. Indossare indumenti resistenti all'arco elettrico quando si lavora con componenti elettrici esposti.
4. SUPERFICI CALDE: i motori elettrici possono essere molto caldi. Lasciare raffreddare il motore prima di toccarlo o utilizzare guanti resistenti al calore.
5. PARTI ROTANTI: Assicurarsi che tutte le parti in movimento (ventole, alberi, giunti) siano ferme e protette da avviamenti accidentali.

La mancata osservanza di queste precauzioni potrebbe provocare lesioni gravi o mortali.

3. Strumenti diagnostici necessari

Strumento	Specifica/Modello	Intervallo di misurazione	Scopo
Telecamera termica	FLIR serie T o equivalente con risoluzione 320x240+	Da -20°C a +650°C, precisione ±2°C	Rilevamento di punti caldi sull'alloggiamento del motore, cuscinetti, collegamenti terminali, misurazione della temperatura superficiale in dinamica. Impostazioni: emissività per superfici verniciate 0,95.
Pinze di misura con funzione True RMS	Fluke 376 FC o equivalente	Corrente AC/DC fino a 1000 A, tensione AC/DC fino a 1000 V	Misura delle correnti di fase, rilevamento dello squilibrio di corrente, misura della tensione.
Multimetro digitale	Fluke 87V o equivalente, Classe CAT IV 600V	Resistenza fino a 50 MΩ, tensione fino a 1000 V	Misurare la resistenza degli avvolgimenti (in stato spento), verificando l'integrità dei circuiti.
Megohmmetro (misuratore di resistenza di isolamento)	Megger MIT420/2 o equivalente	Voltaggio: 500 V, 1000 V; Resistenza: fino a 100 Ω	Valutazione dello stato dell'isolamento degli avvolgimenti e della sua resistenza rispetto alla custodia.
Contagiri digitale (contatto/senza contatto)	Extech RPM10 o equivalente	Da 0,5 a 99.999 giri/min	Misurazione della velocità effettiva di rotazione del motore/albero.
Analizzatore di vibrazioni	Vibrometro 2000 o equivalente, con accelerometro	Gamma di frequenza 10 Hz - 10 kHz, misurazione della velocità di vibrazione (mm/s)	Rilevazione di squilibri, incoerenze, difetti dei cuscinetti, allentamenti degli elementi di fissaggio. Impostazioni: velocità di rotazione del motore.
Anemometro	Testo 425 o equivalente	da 0,4 a 30 m/sec	Misura della portata d'aria per il raffreddamento del motore.

4. Lista di controllo della valutazione iniziale

Prima di iniziare una diagnosi dettagliata, effettuare un'ispezione visiva e raccogliere le informazioni di base.

5. Schema sistematico della diagnostica

Seguire questa sequenza di azioni per identificare la causa principale del surriscaldamento.

1. Conferma del surriscaldamento:
   • Azione: misurare la temperatura della superficie del motore utilizzando una termocamera o un termometro a contatto.
   • Soglia: la temperatura superficiale supera quella nominale di 10°C o più oppure viene attivata la protezione termica.
   • SE → Risultato: Surriscaldamento confermato. Vai al punto 2.
   • SE → Risultato: La temperatura è normale. Il problema non è il surriscaldamento del motore.
2. Analisi dei parametri elettrici (motore in funzione):
   • Azione: Misurare le correnti e le tensioni di fase ai terminali del motore utilizzando una pinza amperometrica.
   • Soglia:
     • Corrente: > Corrente nominale sulla targa del motore.
     • Squilibrio attuale: > 5% (calcolato come (I_max - I_min) / I_avg * 100%).
     • Squilibrio di tensione: > 2% (calcolato come (V_max - V_min) / V_avg * 100%).
   • SE → Risultato: la corrente supera il valore nominale (carico o guasto interno). Vai al punto 3.
   • IF → Risultato: Squilibrio attuale significativo (> 5%). Vai al punto 4.
   • IF → Risultato: significativo squilibrio di tensione (> 2%). Vai al punto 5.
   • IF → Risultato: correnti e tensioni sono normali, lo squilibrio è minimo. Vai al punto 6.
3. Stima del carico meccanico e delle condizioni di raffreddamento (motore in funzione):

   (Pertinente se la corrente supera quella nominale)

   • Azione:
     • Controllare il carico meccanico sul motore.
     • Ispezionare il sistema di raffreddamento del motore.
   • Soglia:
     • Carico: carico evidentemente eccessivo sul meccanismo di azionamento.
     • Raffreddamento: contaminazione dei fori di ventilazione, danni alla ventola, accesso limitato all'aria.
   • SE → Risultato: Carico meccanico eccessivo. Vai al punto 7.
   • SE → Risultato: Problemi di raffreddamento. Vai al punto 8.
   • SE → Risultato: il carico e il raffreddamento sono normali. Andare al punto 9 (guasto elettrico interno).
4. Sbilanciamento di corrente (motore in funzione):

   (Se viene rilevato uno squilibrio di corrente significativo)

   • Azione: controllare la qualità dei contatti nella morsettiera del motore e nei dispositivi di protezione dell'avviatore.
   • Soglia: vengono rilevati contatti indeboliti, ossidati o bruciati.
   • IF → Risultato: contatti errati. Vai al punto 10.
   • SE → Risultato: i contatti sono normali. Andare al punto 9 (guasto elettrico interno).
5. Sbilanciamento di tensione (motore in funzione):

   (Se viene rilevato uno squilibrio significativo di tensione)

   • Azione: controllare l'alimentazione (trasformatore, sbarre di distribuzione, cavi) dei dispositivi di protezione del motore.
   • Soglia: viene rilevato uno squilibrio significativo di tensione (> 2%) o una caduta di tensione in una delle fasi di ingresso.
   • SE → Risultato: Problemi con la rete elettrica. Contattare il servizio energetico dell'impresa.
   • SE → Risultato: l'alimentazione è normale. Andare al punto 4 (possibile problema con contatti o controlli).
6. Diagnostica dei malfunzionamenti meccanici (il motore funziona, le correnti sono normali, ma c'è surriscaldamento):
   • Azione: Misurare le vibrazioni sugli scudi dei cuscinetti del motore utilizzando un analizzatore di vibrazioni. Ascolta i rilevamenti con uno stetoscopio.
   • Soglia:
     • Velocità di vibrazione: > 4,5 mm/s (secondo ISO 10816-1 per motori con potenza di 15-75 kW, classe di rigidità di base B) - allarme.
     • Rumore: stridore caratteristico, ronzio, scricchiolio dei cuscinetti.
   • IF → Risultato: aumento delle vibrazioni o del rumore. Andare alla voce 11 (Problemi ai cuscinetti/Mancata corrispondenza).
   • IF → Risultato: vibrazioni e rumore sono normali. Andare al passo 8 (ricontrollo del raffreddamento, perdita interna).
7. Rilevamento sovraccarico (motore spento):

   (Rilevante se la corrente era superiore a quella nominale)

   • Azione: scollegare il motore dal meccanismo di azionamento. Ruotare manualmente l'albero del motore e l'albero del cambio.
   • Soglia: l'albero del meccanismo ruota con resistenza o viene rilevato un malfunzionamento nel meccanismo di azionamento (inceppamento, attrito eccessivo).
   • SE → Risultato: Problema nel meccanismo di azionamento. Eliminare il guasto meccanico (vedi punto 12).
   • SE → Risultato: il meccanismo ruota liberamente. Andare al passo 9 (guasto elettrico interno del motore).
8. Valutare l'efficienza del raffreddamento (motore spento):
   • Azione:
     • Ispezionare la ventola (integrità delle pale).
     • Controllare che i condotti di ventilazione e le alette di raffreddamento non siano contaminati.
     • Misurare con un anemometro la velocità del flusso d'aria all'uscita del motore (se possibile).
   • Soglia: Ventola danneggiata, condotti ostruiti, velocità dell'aria inferiore al valore nominale (< 5 m/s per la maggior parte dei motori).
   • SE → Risultato: Problemi di raffreddamento. Vai al punto 13.
   • SE → Risultato: il raffreddamento è normale. Andare al punto 9 (guasto elettrico interno).
9. Diagnostica dell'isolamento elettrico (motore spento, LOTO):

   (Pertinente se le fasi precedenti non hanno rivelato cause evidenti o si sospetta un malfunzionamento elettrico interno)

   • Azione:
     • Misurare la resistenza di isolamento tra ciascuna fase e l'involucro, nonché tra le fasi (se il circuito lo consente). Utilizzare un megaohmetro con una tensione di 500 V o 1000 V a seconda della classe di tensione del motore.
     • Misurare la resistenza degli avvolgimenti del motore con un multimetro.
   • Soglia:
     • Resistenza di isolamento: < 1 MΩ (DSTU EN 60204-1) – critica, < 5 MΩ – richiede attenzione.
     • Resistenza dell'avvolgimento: differenza significativa (> 2%) tra le resistenze di fase.
   • IF → Risultato: Bassa resistenza di isolamento. Vai al punto 14.
   • IF → Risultato: squilibrio della resistenza dell'avvolgimento. Vai al punto 15.
   • IF → Risultato: L'isolamento e la resistenza dell'avvolgimento sono normali. Considerare altri fattori (ad es. armoniche, temperatura ambiente elevata, guasti nascosti).
10. Problemi di contatto (motore spento, LOTO):

    (Se vengono trovati contatti errati)

    • Azione:
      • Ispezionare visivamente i contatti nella morsettiera del motore, i contattori e gli interruttori automatici.
      • Misurare la caduta di tensione sui contatti sotto carico (se possibile senza rischi) o la resistenza dei contatti nello stato spento.
    • Soglia: Contatti ossidati, bruciati, indeboliti, caduta di tensione > 0,1 V.
    • IF → Risultato: contatti errati. Vai al punto 16.
11. Problemi/disallineamento dei cuscinetti (motore spento, LOTO):

    (Se viene rilevato un aumento delle vibrazioni o del rumore)

    • Azione:
      • Scollegare il motore dal meccanismo di azionamento.
      • Controllare il gioco dell'albero motore. Ruotare l'albero a mano, valutare la scorrevolezza della rotazione e la presenza di rumori estranei.
      • Controllare l'allineamento del motore e dell'ingranaggio di trasmissione.
    • Soglia:
      • Gioco albero: Gioco radiale o assiale percepibile.
      • Rotazione: grossolana, con inceppamenti, molatura.
      • Disallineamento: > 0,05 mm (radiale), > 0,1 mm (angolare).
    • SE → Risultato: Problemi ai cuscinetti. Vai al punto 17.
    • SE → Risultato: mancata corrispondenza. Vai al punto 18.
12. Rilevamento di un carico eccessivo nel meccanismo (motore spento):

    (Se viene rilevata resistenza durante lo scorrimento del meccanismo di azionamento)

    • Azione: scollegare in sequenza gli elementi del meccanismo di azionamento (riduttore, pompa, ventola) e ruotarli manualmente per individuare la fonte della resistenza.
    • Soglia: viene rilevata una fonte di attrito eccessivo, inceppamento o malfunzionamento.
    • SE → Risultato: guasto meccanico localizzato. Andare al punto 12 (proseguimento dell'eliminazione del carico eccessivo).

6. Matrice “difetto-causa”

7. Analisi delle cause profonde di ogni malfunzionamento

7.1. Carico meccanico eccessivo

Motivo: il motore è costretto a produrre una coppia maggiore rispetto alla sua capacità nominale a causa della maggiore resistenza nel meccanismo di azionamento. Ciò può essere causato da cuscinetti inceppati, attrito, danni agli elementi di lavoro (ad es. pale del ventilatore, rotore della pompa), regolazione errata o modifica del processo.

Conferma: la corrente effettiva del motore è molto superiore alla corrente nominale (del 10-20% o più). Dopo aver spento il motore, il meccanismo di azionamento ruota con notevole resistenza o inceppamenti. La temperatura del motore scende bruscamente quando si lavora senza carico.

Conseguenze senza eliminazione: Rapido surriscaldamento degli avvolgimenti, degrado accelerato dell'isolamento, guasto dei cuscinetti, attivazione della protezione termica, guasto completo del motore.

7.2. Raffreddamento insufficiente

Motivo: Perdita di efficienza del sistema di raffreddamento del motore. Ciò potrebbe essere dovuto alla contaminazione dei canali di ventilazione e delle alette di raffreddamento con polvere, sporco, olio; danneggiamento delle pale del ventilatore esterno; l'assenza di una copertura protettiva della ventola; spazio limitato attorno al motore, che impedisce il libero flusso dell'aria.

Conferma: contaminazione visibile delle alette di raffreddamento o danno alla ventola. L'anemometro mostra una bassa velocità dell'aria all'uscita. La temperatura del motore non diminuisce durante il funzionamento a vuoto o diminuisce leggermente.

Conseguenze senza eliminazione: Surriscaldamento costante degli avvolgimenti, degrado accelerato dell'isolamento, riduzione dell'efficienza del motore, riduzione della durata.

7.3. Squilibrio delle correnti/tensioni di fase

Motivo: Distribuzione non uniforme della corrente tra le fasi o tensione di rete di alimentazione non uniforme. Lo squilibrio di corrente può essere causato da contatti difettosi nella morsettiera del motore, nei contattori, negli interruttori automatici o da un difetto interno nell'avvolgimento del motore (ad esempio, cortocircuito tra le spire). Lo squilibrio di tensione è spesso un problema della rete di alimentazione esterna causato da una distribuzione non uniforme del carico tra le fasi o da guasti nei trasformatori/cavi.

Conferma: la misurazione delle correnti di fase con pinze di misura mostra una differenza > 5%. La misurazione delle tensioni di fase mostra una differenza > 2%. Surriscaldamento locale nell'area di una connessione o di una fase dell'avvolgimento.

Conseguenze senza eliminazione: Surriscaldamento degli avvolgimenti, soprattutto nella fase più caricata, perdite aggiuntive nel rame e nell'acciaio, ondulazioni della coppia, aumento delle vibrazioni, degrado accelerato dell'isolamento.

7.4. Cuscinetti usurati/danneggiati o disallineamento

Motivo: Aumento dell'attrito nei cuscinetti a causa di usura, mancanza o degrado del lubrificante, corrosione o a causa di un'installazione errata (disallineamento, tensione errata di cinghie/catene). Il disallineamento dell'albero motore e del meccanismo di azionamento provoca ulteriori carichi radiali e assiali sui cuscinetti.

Conferma: Surriscaldamento locale degli scudi dei cuscinetti (rilevato da una termocamera). Aumento delle vibrazioni (velocità di vibrazione > 4,5 mm/s). Rumori estranei (scricchiolii, ronzii). Dopo aver spento il motore, l'albero ruota senza intoppi o con inceppamenti. La misurazione coassiale mostra una deviazione.

Conseguenze senza eliminazione: surriscaldamento dei cuscinetti, distruzione del lubrificante, danni meccanici agli avvolgimenti del rotore/statore dovuti al cedimento dell'albero, blocco completo del motore.

7.5. Degrado dell'isolamento/cortocircuito tra le spire

Motivo: Diminuzione della resistenza elettrica dell'isolamento dell'avvolgimento dovuta a invecchiamento, surriscaldamento, umidità, ambiente aggressivo, danni meccanici. Un cortocircuito tra spire è un cortocircuito diretto tra spire adiacenti di un avvolgimento, che porta ad un aumento significativo della corrente in questa parte dell'avvolgimento e al suo surriscaldamento locale.

Conferma: Bassa resistenza di isolamento (< 1 MΩ) se misurata con un megaohmmetro. Squilibrio della resistenza dell'avvolgimento (> 2%). Un punto caldo locale sull'alloggiamento del motore che corrisponde all'area dell'avvolgimento danneggiata. L'odore caratteristico dell'isolamento bruciato.

Conseguenze senza eliminazione: Rapida progressione del danno fino al cortocircuito completo fase-fase o al cortocircuito dell'alloggiamento, con conseguente guasto totale del motore, intervento della protezione e possibili danni alla rete.

8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi

⚠ RICORDA: segui sempre le procedure LOTO e utilizza DPI adeguati! ⚠

8.1. Eliminazione del carico meccanico eccessivo

1. Risoluzione dei problemi: scollegare il motore dal meccanismo di azionamento. Ruotare manualmente l'albero del motore e l'albero del meccanismo separatamente per determinare dove si trova la fonte della resistenza.
2. Diagnostica del meccanismo: Eseguire la diagnostica del meccanismo di azionamento: controllare cuscinetti, riduttori, giranti, guarnizioni. Eliminare la causa dell'inceppamento o dell'eccessivo attrito.
3. Controllo del carico: assicurarsi che il carico di lavoro corrisponda alla potenza nominale del motore. Se necessario, ridurre il carico o prendere in considerazione la sostituzione del motore con uno di potenza superiore (dopo aver consultato i tecnici).
4. Verifica: assemblare il meccanismo, collegare il motore. Misurare le correnti di fase quando si lavora sotto carico. Assicurarsi che le correnti siano entro ± 5% dei valori nominali.

8.2. Recupero dell'efficienza frigorifera

1. Pulizia: pulire accuratamente i condotti di ventilazione, le alette di raffreddamento e la superficie esterna del motore da polvere, sporco, olio e altri contaminanti. Utilizzare aria compressa o lavaggio (se consentito per questo tipo di motore).
2. Controllo della ventola: ispezionare le pale della ventola per individuare eventuali danni (crepe, scheggiature). Sostituire la ventola danneggiata. Assicurarsi che la copertura della ventola sia installata correttamente e non limiti il ​​flusso d'aria.
3. Ottimizzazione ambientale: fornire spazio sufficiente attorno al motore per la libera circolazione dell'aria. Se possibile, abbassare la temperatura ambiente o installare sistemi di raffreddamento aggiuntivi.
4. Verifica: Dopo aver pulito e/o sostituito la ventola, avviare il motore. Misurare la temperatura con una termocamera. Confrontare con i dati originali. Assicurarsi che la temperatura sia scesa a valori accettabili.

8.3. Eliminazione dello squilibrio corrente/tensione e dei cattivi contatti

1. Diagnosi contatti: Controllare tutti i collegamenti elettrici: nella scatola morsettiera del motore, nei contattori, negli interruttori automatici, nei giunti dei cavi. Ispezionarli per ossidazione, aree bruciate, indebolimento.
2. Ripristino contatti: Pulire i contatti ossidati, sostituire quelli bruciati. Stringere tutte le connessioni bullonate alla coppia consigliata. Per la maggior parte dei terminali M8: 20-25 Nm.
3. Verifica dell'alimentazione: se il problema di squilibrio di tensione ha origine da una rete esterna, informare il servizio energetico. Devono eseguire la diagnostica del trasformatore, delle linee via cavo, dei quadri elettrici.
4. Verifica: dopo aver ristabilito i contatti e/o eliminato i problemi di rete, avviare il motore. Misurare correnti e tensioni di fase. Assicurarsi che lo squilibrio di corrente < 5% e lo squilibrio di tensione < 2%. Controllare la temperatura dei collegamenti dei terminali con una termocamera.

8.4. Sostituzione dei cuscinetti e allineamento degli alberi

1. Smontaggio: scollegare il motore dal meccanismo di azionamento. Smontare gli scudi dei cuscinetti.
2. Sostituzione dei cuscinetti: sostituire i cuscinetti con altri nuovi che soddisfino le specifiche del produttore del motore (classe di precisione, tipo di lubrificante, gioco termico). Utilizzare strumenti speciali per la rimozione/installazione dei cuscinetti (ad esempio estrattori, riscaldatori a induzione) per evitare danni. Assicurarsi che il lubrificante sia adeguatamente riempito (di norma, riempire fino a 1/3 del volume dell'unità cuscinetto).
3. Allineamento (regolazione): quando si rimonta il motore, allineare accuratamente (centrare) il motore e gli alberi di trasmissione. Utilizzare un sistema di livellamento laser. Tolleranze: disallineamento radiale < 0,03 mm, disallineamento angolare < 0,05 mm per 100 mm di diametro del giunto.
4. Verifica: dopo aver sostituito i cuscinetti e allineato, avviare il motore. Misurare la vibrazione. Assicurarsi che la velocità di vibrazione sia < 2,8 mm/s (campo operativo ISO 10816-1). Effettuare il controllo mediante immagine termica degli scudi dei cuscinetti.

8.5. Diagnosi e riparazione di isolamenti/avvolgimenti

⚠ ATTENZIONE: la riparazione dell'isolamento danneggiato o degli avvolgimenti del motore richiede competenze e attrezzature specializzate. Nella maggior parte dei casi, si consiglia di sostituire il motore o di trasferirlo in un'officina di riparazione specializzata. ⚠

1. Conferma del difetto: Ripetere le misurazioni della resistenza di isolamento e della resistenza dell'avvolgimento.
2. Localizzazione: se possibile, localizzare il cortocircuito tra le spire utilizzando un test induttivo o un surge test.
3. Soluzione:
   • Bassa resistenza di isolamento senza cortocircuito tra le spire: Provare ad asciugare il motore in un armadio di essiccazione (temperatura 80-100°C) fino al ripristino della resistenza di isolamento > 5 MΩ.
   • Cortocircuito tra spire: Sostituzione motore o avvolgimento avvolgimenti in officina specializzata.
4. Verifica: dopo la riparazione o l'asciugatura, ripetere tutte le misurazioni elettriche (resistenza di isolamento, resistenza dell'avvolgimento, squilibrio di corrente).

9. Misure preventive

10. Pezzi di ricambio e componenti

Per ordinare pezzi di ricambio e componenti di qualità, visita il catalogo elettronico UNITEC-D.

11. Collegamenti

• DSTU EN 60204-1:2018 (EN 60204-1:2018, IDT) Sicurezza delle macchine. Equipaggiamento elettrico delle macchine. Parte 1. Requisiti generali.
• ISO 10816-1:1995 Vibrazioni meccaniche — Valutazione delle vibrazioni della macchina mediante misurazioni su parti non rotanti — Parte 1: Linee guida generali.
• ISO 492:2014 Cuscinetti volventi — Cuscinetti radiali — Dimensioni, pianta generale.
• Manuali di manutenzione OEM per motori elettrici (a seconda del produttore).
• Standard interni dell'impresa sulle procedure LOTO e sulle tecniche di sicurezza.