Schleich MotorAnalyzer 2, E1007-J1901

Der universelle MotorAnalyzer2 dient zur Überprüfung von Elektromotoren und Wickelgütern. Er vereint elf verschiedene Prüfmethoden in einem anwenderfreundlichen und mobilen Gerät. Die Kombination der Prüfmethoden, seine äußerst kompakte Bauweise sowie die Möglichkeit des Akkubetriebes machen den MotorAnalyzer2 zu einem idealen Werkzeug für den Vor-Ort-Einsatz – gerade auch in schwierigen Einbaulagen.

Zur Überprüfung eines Drehstrommotors werden die drei Wicklungsanschlüsse sowie das Motorgehäuse mit dem Tester verbunden. Zur hochgenauen Widerstandsmessung sollte dies in Vierleitertechnik erfolgen. Anschließend analysiert der MotorAnalyzer2 mittels Stoßspannungs-, Widerstands- und Induktivitätsprüfung den Motor vollautomatisch. Dazu schaltet der MotorAnalyzer2 über seine interne Relaismatrix die verschiedenen Prüfmethoden automatisch der Reihe nach auf die vier Messpunkte. Nachfolgend wird der Motor noch einer automatischen Hochspannungsprüfung unterzogen, um dessen Qualität schnell und eindeutig zu beurteilen.

Ergänzend zur Motorprüfung bietet der MotorAnalyzer2 auch Hilfestellung bei der Justage der Bürstenbrücke von Gleichstrommotoren und zur Fehlerortung von Windungsschlüssen.

MotorAnalyzer 2-WINGOLD Messtechnik

Technische Daten

Spannungsversorgung

  • integrierter Akku
  • Weltspannungsbereich 90-250 V, 47-63Hz
  • Schlüsselschalter zur Freischaltung

Autotest

  • automatische Stator-, Motorprüfung
  • vollautomatische Fehleranalyse

Stoßspannung

  • bis 3000 V
  • automatische und manuelle Stoßspannungsprüfung
  • 1, 2 und 3-phasig
  • mit Grafikanzeige der Stoßwelle
  • automatische Auswertung

Widerstand

  • 1, 2 und 3-phasig
  • Unsymmetrieermittlung
  • Präzisions-Vierleitertechnik
  • Raumtemperaturkompensation

Induktivität

  • 1, 2 und 3-phasig
  • Unsymmetrieermittlung
  • Präzisions-Vierleitertechnik

Impedanz

  • 1, 2 und 3-phasig
  • Unsymmetrieermittlung
  • Präzisions-Vierleitertechnik

Hochspannung DC

  • 0-6000 V
  • manuell variabel einstellbar
  • automatisch programmierbar
  • Stufenspannungsmessung

Polarisationsindex

  • 0-6000 V
  • PI-Messung
  • DAR-Messung
  • automatische Messung

Isolationswiderstand

  • 0-6000 V
  • nach VDE 0701

Schutzleiterwiderstand

  • nach VDE 0701

Kapazität

  • Kapazität zwischen der gesamten Wicklung zum Motorgehäuse

Neutrale Zone

  • optische Anzeige der Abweichung über Balkengrafik
  • akustische Anzeige der Abweichung über Signalton

Drehfeld

  • Stator-Drehfeldmessung
  • Motor-Drehrichtungsmessung

Windungsschluss 

  • Ortung des Windungsschlusses mittels Prüfsonde
  • optische Anzeige der Abweichung über Balkengrafik
  • akustische Anzeige der Abweichung über Signalton

Besonderheiten

  • Universelles Stator-, Anker-, Motor- und Transformatorenprüfgerät
  • Prüfung von Motoren bis 700 V Nennspannung
  • 13 Prüfmethoden
    • Autotest
    • Stoßspannung bis 3 KV - 100 nF Stoßkapazität
    • Widerstand - Vierleitertechnik - Temperaturkompensation
    • Isolationswiderstand
    • Hochspannung DC bis 6 KV
    • Polarisationsindex
    • Induktivität
    • Impedanz
    • Kapazität
    • Schutzleiterwiderstand
    • „Neutrale-Zone“-Justage an Gleichstrommotoren
    • Drehfeld am Stator oder Motor
    • Windungsschlussortung mit einer Prüfsonde für Stator und Anker
  • Der MotorAnalyzer2 ist in einem sehr kompakten, robusten und wasserdichten Koffer eingelassen. Rechts neben dem Bedienteil befindet sich ein Ablagefach. Hier sind alle Messleitungen und Prüfsonden untergebracht. Dadurch hat der Monteur bei Messungen „vor Ort“ immer alle notwendigen Komponenten schnell und griffbereit zur Hand. Zur optimalen Bedienerführung signalisieren LEDs die für die jeweilige Messung aktivierten Messleitungen.

Prüfmethoden

Stoßspannungsprüfung

Die Stoßspannungsprüfung ist die ideale Prüfmethode zum Detektieren von Windungsschlüssen und Isolationsfehlern innerhalb einer Wicklung. Keine andere Prüfmethode ist in der Lage, ähnlich qualifizierte Messwerte zur Isolation eines Wicklungssystems zu liefern.

Die Prüfung kann um eine Teilentladungsprüfung ergänzt werden.

Durch die automatischen Auswertemethoden der Messergebnisse ist dieser Tester ideal für die Prüfung in automatischen oder manuellen Fertigungslinien geeignet.

Der Stoßimpuls wird durch sehr schnelles Parallelschalten eines geladenen Kondensators auf die zu prüfende Wicklung erzeugt.

Nach dem Aufschalten des Kondensators entlädt sich die gespeicherte Energie in die Induktivität und danach wieder zurück in den Kondensator usw. Hierbei stellt sich auf Grund von Dämpfungsverlusten etc. eine sinusförmige gedämpfte Schwingung ein. Diese hat eine, für die zu prüfende Induktivität typische Frequenz, sowie einen charakteristischen Amplitudenverlauf.


Eine im Prüfgerät integrierte Matrix ermöglicht die Durchführung der Prüfungen an beliebigen Anschlusspunkten des Prüfobjekts.

Polarisations-Index | PI, DAR

An elektrischen Maschinen ist der Polarisationsindex (PI )eine sehr wichtige Messgröße, um die Qualität  der Isolation eines Elektromotors zu bestimmen. Mit zunehmendem Alter verschlechtert sich die Isolation.

Unter Polarisation versteht man die Fähigkeit der im Isolator befindlichen Ladungsträger, sich am elektrischen Feld auszurichten - eben sich zu polarisieren. Je älter die Isolation ist, desto schlechter wird die Beweglichkeit der Ladungsträger. In Folge dessen sinkt die elektrische Isolierfähigkeit und es kann mit steigender Wahrscheinlichkeit zu einem gravierenden Schaden am Motor kommen.

Die zum Drehen der Ladungsträger im Isolator benötigte Kraft lässt sich in Form eines sehr geringen Stroms bei der Hochspannungsprüfung DC messen.

Das Polarisieren der Ladungsträger erfolgt nicht schlagartig nach dem Anlegen der Prüfspannung, sondern kann bis zu 10 Minuten in Anspruch nehmen. Dabei geht man davon aus, dass die Polarisation nach dem Aufladen der Prüflingskapazität nach einer Minute noch im vollen Gange ist. Somit kann man die Beweglichkeit der Ladungsträger durch das Verhältnis des Stroms beim kräftigen Drehen zu Beginn, zum reduzierten Strom nach dem Abschluss der Drehungen bestimmen.

    • PI =  Strom nach einer Minute / Strom nach 10 Minuten

oder alternativ

    • PI =  Isolationswiderstand nach 10 Minuten / Isolationswiderstand nach einer Minute

Bei einem guten Isolator ist der Strom nach 10 Minuten um das vier- bis fünffache abgesunken, da sich alle Ladungsträger polarisiert haben. Das führt zu einem hohen und damit guten PI (z.B. 4 bis 5). Bei einem schlechten Isolator hat sich der Strom nach 10 Minuten kaum geändert, da sich die unbeweglichen Ladungsträger nicht mehr richtig polarisieren lassen. Das resultiert in einem niedrigen = schlechten PI (z.B. von 1,5). Eine solche elektrische Maschine muss dringend gewartet werden.

Nach Abschluss der Polarisation misst man infolge dessen erst den wirklichen Strom durch den Isolationswiderstand. Bestimmt man den Isolationswiderstand an Elektromotoren zu schnell, wird der Widerstand zu niedrig angezeigt, da man anfangs das Aufladen der Kapazität des Prüflings und anschließend noch die Polarisation misst.

Isolationswiderstand

Die Isolationswiderstandsprüfung findet unter komplexer theoretischer Betrachtung an einem Ersatzschaltbild, bestehend aus 4 Basiskomponenten statt.

Diese sind:

  • C = Kondensator zwichen den beiden Polen
  • Rs = Oberflächenwiderstand
  • Rpi+Cpi = Ersatzschaltbild des Polarisationsindex
  • Riso = Isolationswiderstand

Warum?

Der Prüfling hat einen Isolationswiderstand zwischen den beiden Prüfpunkten. Dies ist der Widerstand Riso. Dieser Widerstand ist in der Regel sehr hoch und liegt bei einigen 100 MΩ bis zu 10 TΩ.

Des weiteren hat der Prüfling eine Kapazität zwischen den beiden Prüfpunkten. Diese bildet sich entweder zwischen den zu prüfenden Wicklungen oder von der Wicklung zum Körper aus. Zwischen den Wicklungen ist sie in der Regel kleiner als von der Wicklung zum Körper. Kapazitäten entstehen zwischen isolierten Metallflächen. Je größer die Flächen oder je geringer der Abstand der Metallflächen zueinander ist, um so größer ist die Kapazität. Im Stator bilden die Wicklungen die eine Metallfläche und das Blechpaket die andere. Je größer der Stator (die Baugröße) ist, umso größer werden die Flächen und somit die Kapazität.

Häufig hat ein Elektroprodukt blanke unisolierte elektrische Leiter. Dies gilt z.B. für einen Gleichstrommotor. Auf der Oberfläche der Leiter können sich elektrisch leitende Stäube ablagern und/oder Luftfeuchtigkeit niederschlagen. Dadurch ergibt sich eine Art Oberflächenwiderstand. Im Idealfall sollte er unendlich sein, aber manchmal kann er extrem niedrig werden (< 1 MΩ).

Elektrische Isolierstoffe wie z.B. Harze habe dipolähnliche Moleküle. Diese weisen somit eine +/- Polarisierung auf. Beim Anlegen einer Hochspannung DC, richten sich diese Moleküle am elektrischen Feld aus. Die Polarisierung erfordert eine gewisse Zeit. Dies soll mittels des RC-Gliedes nachgebildet werden.

Welche Ströme ergeben sich daraus?

Über das ohmsche Gesetz wird der Gesamt-Isolationswiderstand errechnet.Nach dem Anlegen der Prüfspannung ergibt sich ein Summenstron (Iges), der aus 4 Einzelströmen bedsteht.

Summenstrom = Iges = Ic + Is + Ipi + Iiso

Dieser ist: Rgiso = Uhv/Iges

Die die beiden Ströme Ic und Ipi erst nach einiger Zeit zu Null werden, muss für die genaue Bestimmung des Isolationswiderstandes, erst diese Zeit abgewartet werden.

Das Aufladen des Kondensators erfolgt schnell und ist meistens nach wenigen Sekunden abgeschlossen. Ziel ist es, den Kondensator innerhalb von max. 30 Sekunden aufzuladen. Nach dieser Zeit ist Ic also 0.

Das Aufladen der Polarisationskapazität dauert erheblich länger. Im ungünstigsten Fall kann das an einem Elektromotor bis zu 10 Minuten dauern. Dadurch kann unter solchen Bedingungen erst nach 10 Minuten, der wahre Isolationswiderstand ermittelt werden.

Vierleitertechnik

Das Bild zeigt einen Widerstand Rx und 2 Prüfsonden. Die Prüfsonden haben jeweils 2 Kontaktspitzen, die gegeneinander isoliert sind. Dadurch entstehen insgesamt 4 Anschlusspunkte am zu messenden Widerstand.

Bei der Vierleitermessung (auch Kelvinmessung genannt), wird der Übergangswiderstand an der Kontaktstelle zwischen Prüfspitze und Prüfling kompensiert. Dies geschieht dadurch, dass die Kontaktspitze mit 2 getrennten Kontakten den Prüfling berührt.

Dabei dient ein Kontakt zur Zuführung des Stroms in den Prüfling und der 2. Kontakt dient zum Angriff des Spannungsabfalls am Prüfling. Da der Kontaktwiderstand noch „hinter“ dem Abgriff des Spannungsabfalls liegt, spielt er bei der Messung keine Rolle. Voraussetzung für die Messung des Spannungsabfalls ist ein hochohmiges Spannungsmessgerät. Dadurch ist der Kontaktwiderstand an der 2.Kontaktstelle im Vergleich zum Widerstand des Spannungsmessers prozentual gesehen völlig unbedeutend.

Diese Methode wird immer angewendet, wenn sehr kleine Widerstände gemessen werden. Dies trifft besonders bei der Schutzleiterprüfung oder der Messung niederohmige Wicklungswiderstände zu.

Falls es nur mit großem Aufwand möglich ist, die Kontaktierung des Prüflings in Vierleitertechnik durchzuführen, ist es immer noch sinnvoll, die Zuleitungskabel bis zum Prüfling in Vierleitertechnik auszuführen. Dadurch ist das Messergebnis von der Leitungslänge der Prüfschnüre und von unbestimmbaren Übergangswiderständen im Prüfgerät (wie z.B. Relais) unabhängig.

Das Schaltbild zeigt die einzelnen Widerstände der Ersatzschaltung. Die Widerstände 1 und 4 sind die Widerstände an den Kontaktstellen des Stromanschlüsse. Die Widerstände 2 und 3 sind die Kontaktwiderstände im Spannungsmesskreis. Man sieht deutlich, dass bei der Spannungsabfallmessung am Widerstand Rx, die Widerstände 1 und 4 keine Rolle spielen. Wie oben beschrieben, muss der Innenwiderstand des Spannungsmessers sehr hoch im Verhältnis zu den Widerständen 2 und 3 sein, damit kein Messfehler entsteht. Dies ist in der Praxis der Fall, da 2 und 3 meistens unter 1 Ohm sind. Der Innenwiderstand des Spannungsmessers ist in der Regel größer 1 MOhm.

 Vierleitermatrix für die Widerstandsmessung

Zum Anklemmen des Prüflings in Vierleitermessung bietet SCHLEICH verschiedene Klemmen an.

  • Kelvin-Zangen in unterschiedlicher Größe

  • 4-Leiter-Prüfspitze

Die Vierleitermessung kann auch bei Testern mit einer Relaismatrix eingesetzt werden. In diesem Fall werden 4 Relais pro Anschlusspunkt am Prüfling benötigt. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass jeder Anschlusspunkt gegen jeden anderen Anschlusspunkt gemessen werden kann. Bei dieser Methode schalten das entsprechende Stromrelais und das Spannungsrelais (sense) gleichzeitig. Dies bedeutet, dass für die 4 Relais an einem Anschlusspunkt, nur 2 Ausgänge am Tester benötigt werden.

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Bilder

Widerstandsmessung von Lamelle zu Lamelle mit Vierleiterprüfsonden

Hochspannungsprüfung am Stator mit Prüfsonden zur Körperschluss- und zur Phasenschlussprüfung

Typische Anwendung im Wareneingang. Der Autotest zeigt die Fehler auf einen Blick.

Windungsschlussortung am Stator