Beschreibung der Elektrisch/thermischen Prüfungen
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<strong>Beschreibung</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrisch</strong>/<strong>thermischen</strong> <strong>Prüfungen</strong><br />
Jede gefertigte Maschine wird einer Stückprüfung unterzogen, um die Funktionsfähigkeit und die<br />
Einhaltung <strong>der</strong> Kundenfor<strong>der</strong>ung nachzuweisen. Alle Meßwerte werden mit Messgeräten, die in<br />
ein Kalibriersystem eingebettet sind, registriert und archiviert. Die Messdaten von Stückprüfungen<br />
werden verglichen mit Motoren gleicher Ausführung, die einer Typenprüfungen unterzogen<br />
wurden. Die Messwerte müssen innerhalb <strong>der</strong> ermittelten Grenzwerte aus den Typenmessungen<br />
liegen, zusätzlich wird die Symmetrie <strong>der</strong> Ströme überprüft. Auf beson<strong>der</strong>en Kundenwunsch<br />
werden Prüfzertifikate ausgestellt.<br />
Typenprüfungen werden bei neuen Motortypen zur Verifizierung <strong>der</strong> Anfor<strong>der</strong>ungen und als<br />
Stichproben zur Überprüfung <strong>der</strong> Produktion durchgeführt. Sie dienen dazu die Kenndaten zu<br />
ermitteln.. Als Ergebnisse in den Typenprüfzertifikaten werden per DV ausgewertete<br />
Meßergebnisse ausgewiesen.<br />
Im folgenden sind die <strong>Prüfungen</strong> aufgeführt und mit S gekennzeichnet, wenn es Stückprüfungen<br />
sind bzw mit T gekennzeichnet, wenn es Typenprüfungen sind. Einige <strong>Prüfungen</strong> sind sowohl<br />
Teil von Typen- als auch Stückprüfungen<br />
<strong>Beschreibung</strong> <strong>der</strong> <strong>Prüfungen</strong><br />
0 Allgemeines<br />
1 Kalter Stän<strong>der</strong>-Klemmenwi<strong>der</strong>stand S T<br />
2 Drehrichtungsprüfung S T<br />
3 Leerlaufprüfung<br />
3.1 Leerlaufpunkt bei Nennspannung S<br />
3.2 Leerlaufkennlinie T<br />
4. Kurzschlußprüfung<br />
4.1 Kurzschlusspunkt bei reduzierter Spannung S<br />
4.2 Kurzschlußkennlinie mit festgebremstem Läufer T<br />
5 Hochlaufkennlinien T<br />
6. Erwärmungsmessung<br />
6.1 Erwärmungsmessung bei PN, UN und fN T<br />
7. Belastungskennlinien<br />
7.1 Belastungskennlinien bei UN und fN T<br />
8. Wicklungsprüfung<br />
8.1 Messung des Isolationswi<strong>der</strong>standes S T<br />
8.2 Hochspannungsprüfung <strong>der</strong> Wicklung S T<br />
8.3 Hochspannungsprüfung <strong>der</strong>, in die Wicklung eingebauten, S T<br />
Zusatzelemente<br />
9. Wellenspannung<br />
9.1 Messung <strong>der</strong> Wellenspannung im Leerlauf bei UN S T<br />
9.2 Überprüfung <strong>der</strong> Lagerisolation wenn vorhanden S T<br />
10. Zubehör<br />
10.1 Prüfung des Zubehörs S T<br />
10.2 Messung <strong>der</strong> SPM-Werte S T<br />
10.3 Messung <strong>der</strong> Lagertemperaturen bei Gleitlagermaschinen S T<br />
11. Schwingungsmessung (S) T<br />
12. Geräuschmessung (S) T<br />
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<strong>Beschreibung</strong> <strong>der</strong> <strong>Prüfungen</strong> im Einzelnen:<br />
0 Allgemeines<br />
Die Messungen erfolgen mit kalibrierten Messgeräten.<br />
Als Messgeräte für Spannungen und Ströme werden Geräte mindestens <strong>der</strong> Klasse 0.5<br />
verwendet. Zur Messung werden Strom und Spannungswandler <strong>der</strong> Klasse 0.1 eingesetzt.<br />
Leistungsmessungen erfolgen mittels Aron-Schaltung mit Messgeräten <strong>der</strong> Klasse 0.2. Die<br />
Wi<strong>der</strong>standmessung wird mit digitalen Messbrücken (eingeprägter Strom) in 4 Leitertechnik bis<br />
zu den Maschinenklemmen durchgeführt. Schlupfmessungen erfolgen mit Hilfe von Schlupfspulen<br />
und Spiegelgalvanometer. Dabei wird die Läuferfrequenz direkt sichtbar und <strong>der</strong> Schlupf des<br />
Läufers bestimmt bzw. bei kleinen Schlupfwerten wird die Drehzahl direkt gemessen.<br />
Die Geräuschmessungen erfolgen mit Präzissionsschallpegelmesser IEC 651 Klasse1.<br />
Schwingungmessungen werden mit Geräten gemäss ISO 2954 durchgeführt.<br />
1 Kalter Stän<strong>der</strong>-Klemmenwi<strong>der</strong>stand<br />
Die ohmschen Gleichstromwi<strong>der</strong>stände werden durch Speisung <strong>der</strong> geschalteten Motorwicklung<br />
über jeweils zwei Klemmen mit einem konstanten Strom gespeist und <strong>der</strong> Spannungsabfall an<br />
den Maschinenklemmen gemessen. Hieraus wird <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>stand zwischen den Klemmen U-V,<br />
V-W und U-W ermittelt. Zusätzlich wird die Temperatur <strong>der</strong> Wicklung gemessen. Auf den Prüfzertifikaten<br />
wird <strong>der</strong> Wicklungswi<strong>der</strong>stand <strong>der</strong> Wicklung bei 20°C ausgewiesen, dazu müssen die<br />
Messwerte bei von 20°C abweichenden Temperaturen umgerechnet werden.<br />
Prinzipbild des Messaufbaues:<br />
U<br />
V A A<br />
V A<br />
W V<br />
Sternschaltung Dreieckschaltung<br />
Umrechnung <strong>der</strong> Messwerte:<br />
(235+20)<br />
Wi<strong>der</strong>stand auf 20°C R 20 = *R mess<br />
(235+Wicklungstemperatur)<br />
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W<br />
U<br />
V
2 Drehrichtungsprüfung<br />
Mit <strong>der</strong> Drehrichtungskontrolle wird sichergestellt, dass bei Anschluß Netzleitung an die<br />
Maschinenklemmen L1 an U, L2 an V und L3 an W die Drehrichtung Rechts mit Blick auf<br />
Antriebsseite ergibt.<br />
3 Leerlaufprüfung<br />
3.1 Leerlaufpunkt bei Nennspannung<br />
Die Leerlaufmessung bei Nennspannung ±1% wird im kalten Maschinenzustand durchgeführt.<br />
Die Maschine ist dabei völlig unbelastet. Während <strong>der</strong> Messung werden die Spannung, Ströme<br />
und Leistungen erfaßt.<br />
3.2 Leerlaufkennlinie<br />
Im Rahmen <strong>der</strong> Typenprüfung wird bei betriebswarmer Maschine eine Leerlaufkennlinie aufgenommen.<br />
Die Kennlinie besteht aus 6 Messpunkten. 3 Messpunkte in Nähe Nennspannung und<br />
3 Messpunkte mit kleiner Spannung. Die Messpunkte in Nähe <strong>der</strong> Nennspannung gestatteten<br />
eine sichere Ermittlung <strong>der</strong> Daten bei Nennspannung, die Messpunkte bei kleinen Spannungen<br />
werden benutzt, um durch Regressionsrechnung die Reibungsverluste eindeutig zu bestimmen.<br />
Aus dem Nennleerlaufstrom und Wicklungswi<strong>der</strong>stand können die Wicklungsverluste berechnet<br />
werden und damit ist die Verlustaufteilung festgelegt. ( Reibungs- Wicklungs- und Eisenverluste)<br />
Verluste z.B. in kW<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Leerlaufkennlinie (Beispiel)<br />
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2<br />
Spannung (U/Un bzw (U/Un)^2)<br />
Reibungsverluste<br />
Eisenverluste<br />
Kupferverluste<br />
Kennlinie<br />
V=f(U)<br />
linearisiert<br />
(V=f(U^2))<br />
Gesamtverluste<br />
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4 Kurzschlußprüfung<br />
4.1 Kurzschlußpunkt bei reduzierter Spannung<br />
Die Maschine wird über einen definierten Hebelarm mechanisch blockiert, (festgebremster Rotor)<br />
bei reduzierter Spannung eingeschaltet.<br />
Folgende Meßwerte werden dabei aufgenommen: Spannung, Ströme, Leistung und die<br />
Kraftanzeige des Hebelarmes (über eingebaute DMS).<br />
4.2 Kurzschlußkennlinie mit festgebremstem Läufer<br />
Die Messung nach Pkt. 4.1 wird für die Typenmessung auf 3 Messpunkte ausgedehnt, um eine<br />
Kennlinie zu erhalten, aus <strong>der</strong> die Werte für Nennspannung durch Umrechnung bzw. Extrapolation<br />
ermittelt werden.<br />
5 Hochlaufkennlinieen<br />
Die Hochlaufkennlinie <strong>der</strong> Maschine wird durch Differenzierung des Drehzahlverlaufes über <strong>der</strong><br />
Zeit bestimmt. Hierzu wird mit einem Tachogenerator während eines unbelasteten quasistationären<br />
Hochlaufes bei kleiner Klemmenspannung ein, <strong>der</strong> Drehzahl proportionales, Spannungssignal<br />
aufgezeichnet. Aus dem Anstieg <strong>der</strong> Drehzahl (Spannung) wird <strong>der</strong> Drehmomentenverlauf<br />
berechnet werden. Die Parametrierung <strong>der</strong> Drehmomentenkennlinie erfolgt aus <strong>der</strong> stationären<br />
Messung gemäss Pkt. 4.2.<br />
Strom<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Moment<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
Ma<br />
Strom- und Drehmomentenkennlinie<br />
Ia<br />
Ms<br />
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1<br />
Drehzahl<br />
Moment<br />
Strom<br />
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Mk<br />
Ma = Anzugsmoment; Bezugspunkt aus <strong>der</strong> Kurzschlusskennlinie<br />
Ms = Sattelmoment<br />
Mk = Kippmoment<br />
Ia = Anzugsstrom
6 Erwärmungsmessung<br />
6.1 Erwärmungsmessung bei PN, UN und fN<br />
Zur Bestimmung des <strong>thermischen</strong> Verhaltens einer Maschine wird eine<br />
Dauererwärmungsprüfung bis zur Beharrung durchgeführt. Die Maschine wird dazu mit einer<br />
Gleichstrommaschine als Belastungsmaschine gekuppelt, die sowohl motorisch als auch<br />
generatorisch betrieben werden kann. Die Bremsleistung bei <strong>der</strong> Motorbetrieb und die<br />
elektrische Leistung bei Generatorbetrieb werden in das Netz zurückgespeist. Betrieben wird die<br />
Maschine bis <strong>der</strong> nach EN 60034 definierte thermische Beharrungszustand erreicht ist.<br />
Die Belastungszeiten hängen von <strong>der</strong> Motorgröße und <strong>der</strong> Belüftungsart ab und dauern bis zu<br />
10h bei grossen rippengekühlten Maschinen, wenn keine geeigneten Massnahmen zur<br />
Verkürzung getroffen sind. Während <strong>der</strong> Dauererwärmungsprüfung werden verschiedene<br />
Temperaturen von z.B. Lagern, Gehäuse, Kühlmittel usw. überwacht und protokolliert.<br />
Nach Erreichen des Beharrungszustandes wird die Maschine stillgesetzt und die Abkühlkurve(n)<br />
aufgenommen. Aus dieser Kurve wird die Wicklungsübertemperatur gemäss EN 60034 ermittelt<br />
und auf Nennleistung umgerechnet.<br />
Motor o<strong>der</strong><br />
Generator<br />
Prüfaufbau (Systemdarstellung)<br />
3 Phasen Netz<br />
Gelenkwellen<br />
Kupplung<br />
Generator<br />
o<strong>der</strong> Motor<br />
Prüfling Gleichstrommaschine<br />
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Wi<strong>der</strong>stand / mOhm<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
Stän<strong>der</strong>abkühlkurve (Beispiel)<br />
Extrapolationszeitpunkt<br />
nach<br />
EN 60034 (z.B.90s)<br />
Erste Erfassung<br />
nach dem Abschalten<br />
R / mOhm<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
7 Belastungskennlinien<br />
t / s<br />
7.1 Belastungskennlinien bei UN und fN<br />
Die Aufnahme <strong>der</strong> Lastkennlinien erfolgt in <strong>der</strong> Regel zwischen den Lastwerten von 0,25 bis1,25<br />
<strong>der</strong> Nennlast des Prüflings. Spannung, Leistung, Ströme und Schlupf werden gemessen und<br />
protokolliert. Die Messwerte werden per EDV rechnerisch ausgewertet und als Protokoll ausgegeben.<br />
Ausgabe einer Belastungskennlinie (Beispiel 6kV-Motor 1800kW Nennleistung<br />
P / Pn Spg. Frq. Strom Pauf Pab eta cos Schlupf<br />
V Hz A kW kW % %<br />
1.25 6000 50 250,1 2333 2250 96,45 0,898 0,837<br />
1,00 6000 50 198,6 1859 1800 96,80 0,901 0,647<br />
0,75 6000 50 151,7 1393 1350 96,95 0,883 0,468<br />
0,50 6000 50 109,2 931,1 900,0 96,65 0,821 0,301<br />
0,25 6000 50 70,79 474,2 450,0 94,90 0,645 0,146<br />
8 Wicklungsprüfung<br />
8.1 Messung des Isolationswi<strong>der</strong>standes<br />
Zur Bestimmung des Wicklungsisolationswi<strong>der</strong>standes zwischen Leiter und Masse (Gehäuse)<br />
werden kalibrierte Isolationsmessgeräte verwendet.<br />
Es wird <strong>der</strong> Isolationswi<strong>der</strong>stand <strong>der</strong> geschalteten Wicklung(en) gegen Masse (Gehäuse)<br />
ermittelt. Diese Prüfung erfolgt vor dem erstmaligen Einschalten <strong>der</strong> Maschine.<br />
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8.2 Hochspannungsprüfung <strong>der</strong> Wicklung<br />
Die Hochspannungprüfungen <strong>der</strong> Wicklungen erfolgen entsprechend EN 60034, in <strong>der</strong> Regel mit<br />
2*UN +1000V. Zweitprüfungen dürfen nur mit 80% <strong>der</strong> vorgeschriebenen Spannung<br />
durchgeführt werden um die Wicklung nicht unnötig zu belasten.<br />
Folgende <strong>Prüfungen</strong> sind durchzuführen:<br />
Wicklung(en) gegen Masse (Gehäuse)<br />
(eventuell eingebaute Temperaturfühler werden dabei auf Masse gelegt)<br />
8.3 Hochspannungsprüfung <strong>der</strong>, in die Wicklung eingebauten, Zusatzelemente<br />
Eingebaute Temperaturfühler usw. werden mit einer Prüfspannung von 1500V gemessen.<br />
Die Messung erfolgt gegen Masse (Gehäuse)<br />
9 Wellenspannung<br />
9.1 Messung <strong>der</strong> Wellenspannug im Leerlauf bei UN<br />
Wellenspannungen können Lagerschäden bewirken, wenn Lagerströme fliessen. Deshalb<br />
werden Wellenspannungen ab Ah 355 generell gemessen. Die Messung erfolgt über Schleifdrahtspitzen<br />
zwischen den Wellenenden AS und GS bei leerlaufen<strong>der</strong> Maschine und bei<br />
Nennspannung.<br />
9.2 Überprüfung <strong>der</strong> Lagerisolation<br />
Zur Verhin<strong>der</strong>ung von Lagerströmen werden Isolierungen eingebaut. Je nach Ausführung <strong>der</strong><br />
Lagerisolation (Gleitlager-Wälzlager-beidseitig-einseitig) ist eine Prüfanordnung gemäß interner<br />
Prüfvorschrift anzuwenden. Dabei wird die Isolation entwe<strong>der</strong> direkt o<strong>der</strong> indirekt überprüft,<br />
dokumentiert und archiviert.<br />
10. Zubehör<br />
Zum Zubehör gehören:<br />
Eingebaute Heizelemente<br />
Eingesetzte Temperaturüberwachungelemente für z.B. Lager<br />
An- o<strong>der</strong> eingebaute Fremdlüfter<br />
Angebaute Bremsen usw.<br />
SPM-Adapter<br />
10.1 Prüfung des Zubehörs<br />
Vorhandene Heizungen werden einer Hochspannungsprüfung mit 2*UN (Nennspannung <strong>der</strong><br />
Heizung)+1000V gegen Masse unterzogen.<br />
Die eingebauten Temperaturüberwachungelemente für z.B. Lager werden einer Isolationswi<strong>der</strong>standprüfung<br />
unterzogen.<br />
Alle Zubehörteile werden desweiteren auf ihre Funktionsfähigkeit und die Übereinstimmung mit<br />
den Anschlußzeichnungen hin überprüft.<br />
10.2 Messung <strong>der</strong> SPM-Werte<br />
Sind SPM-Adapter eingebaut, wird <strong>der</strong> Lagerlauf mit einem SPM-Meßgerät gemessen und<br />
beurteilt. Die Meßwerte werden protokolliert und archiviert.<br />
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10.3 Messung <strong>der</strong> Lagertemperaturen an Gleitlagermaschinen<br />
Um sicherzustellen, daß Gleitlager einwandfrei sind, wird ein Erwärmungslauf für die Lager von<br />
mindestens 2h Dauer bei unbelasteter Maschine durchgeführt. Die Lagertemperaturen AS und<br />
GS sowie die Kühlmitteltemperatur werden über Pt100 mitgeschrieben. Freigegben werden die<br />
Maschinen nur, wenn sich die Temperurverläufe charakteristisch verhalten.<br />
11 Schwingungsmessung<br />
Die Schwingungsmessung dient zur Überprüfung <strong>der</strong> Laufruhe. Gemessen wird gemäß EN<br />
60034, Teil 14 die Schwinggeschwindigkeit an 6 Meßpunkten. An je<strong>der</strong> Lagerstelle in horizontaler,<br />
vertikaler und axialer Richtung. Zulässige Grenzwerte für die Schwingstärke (<strong>der</strong> größte<br />
Wert wird als Schwingstärke bezeichnet) sind in <strong>der</strong> genannten Norm in Abhängigkeit von <strong>der</strong><br />
Achshöhe und Drehzahl angegeben.<br />
12 Geräuschmessung<br />
Die Geräuschmessungen, Grenzwerte usw. sind in <strong>der</strong> Norm EN 60034 Teil 9 geregelt. Die<br />
Messung im einzelnen und die Anordnung <strong>der</strong> Messpunkte sind in EN 21680 Teil 2 bzw.<br />
Teil 3 festgelegt. Die Messung erfolgt grundsätzlich nach <strong>der</strong> Genauigkeitsklasse 3<br />
(EN 21680, Teil 2) im Leerlauf. Für Messungen nach <strong>der</strong> Genauigkeitsklasse 2 (EN 21680,<br />
Teil 1) bitten wir um Rücksprache.<br />
Ersteller Prüfung / Freigabe<br />
(Schmauck) (Wessel / Leiter Maschinenprüfung)<br />
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