Cách kiểm tra cuộn dây động cơ điện 3 pha

Cách kiểm tra cuộn dây động cơ điện 3 pha

Khi cuộn dây của động cơ điện 3 pha bị ngắn mạch, dưới tác động của dòng điện ngắn mạch rất lớn, nhanh chóng động cơ điện 3 pha sẽ bốc khói. Sự phát nóng cục bộ sẽ làm cho một trong số các cuộn dây sẽ bị cháy.

Trường hợp cuộn dây có nhiều vòng thì khi số vòng dây bị chập mạch ít thì động cơ có thể quay thêm một thời gian ngắn nữa. Ngay lúc này thì động cơ điện có tiếng ù rất lớn, dòng điện 3 pha không cân bằng, tốc độ quay giảm, có hiện tượng nóng cục bộ.

Ngừng, tháo động cơ điện ra:
- Kiểm tra bên ngoài: khi tháo động cơ điện ra thì thấy chổ cách điện bị cháy xém, ngửi thấy mùi khét, khi dùng tay sờ thấy được chổ chập mạch rất nóng.
- Dùng Mega-ohm đo điện trở cách điện giữa hai cuộn dây pha bất kỳ. Nếu điện trở cách điện gần như bằng 0 thì chứng tỏ hai pha đã chạm điện.
- Dùng VOM để thang đo X1, X10, X100 nếu đo các đầu đều lên 0 là hư. Còn nếu là động cơ 1 pha vì có 2 cuộn riêng biệt đo từng cuộn có giá trị nào khác 0 thì còn được, 3 pha thì đo 3 cuộn.
- Với động cơ 3 pha roto lồng sóc bác tách các đầu dây riêng ra, dùng VOM (điện tử càng tốt) đo R từng cuộn , kết quả 3 cuộn tương đương nhau là ok (động cơ lớn khi đo R nó cho kết quả bằng 0 vì vậy phải dùng đồng hồ Mili Ohm, Micro Ohm kế hoặc dùng phương pháp Volt/ampere mới đo được), sau đó dùng mêgaohm đo cách điện giữa 3 cuộn dây với nhau và 3 cuộn với vỏ, kết quả không nhỏ hơn 0,5 Mega Ohm là ok.

Sửa chữa :
Sự cố chập mạch của cuộn dây phần lớn là do bị bung mối hàn ở đệm cách điện tam giác giữa các cuộn pha gây ra. Có thể dùng dòng điện hoặc máy sấy tóc làm cho lớp sơn tẩm cuộn dây bị mềm đi. Sau đó dùng dụng cụ chuyên dùng tách vòng dây có sự cố ở đầu cuộn dây để sửa chữa, tẩm sấy chất cách điện mới và tăng thêm đệm lót vào chổ chập mạch.

************************************
Động cơ điện 3 pha bị hỏng cách điện

Phần lớn sự cố trong động cơ điện là xảy ra là do hỏng cách điện của cuộn dây stator và dây quấn.

HIỆN TƯỢNG :
Động cơ điện 3 pha đang làm việc thì có mùi khét, có khói bốc lên kèm theo động cơ điện nóng dữ dội. Đó là cách điện cuộn dây của động cơ điện bị hỏng gây ra chạm mạch bối dây với vỏ hoặc giữa các bối dây pha với nhau, chạm chập vòng dây trong một bối dây.

Nguyên nhân:
Cách điện bị ẩm ướt.
Cuộn dây bị bụi bẩn, dầu mỡ hoặc bụi kim loại.
Va chạm cơ học làm xước cách điện bối dây.
Trong môi trường làm việc có hóa chất ăn mòn cách điện như : Axit, kiềm.
Động cơ điện bị quá tải lâu dài làm cho cách điện bị dòn.
Lão hóa lớp cách điện.
Kiểm tra phát hiện và sửa chữa :

Trường hợp cuộn dây bị ẩm.
Kiểm tra bằng Mega ohm. Chú ý khi dùng Mega ohm :
Động cơ điện sử dụng điện áp định mức tới 500 V thì dùng ohm kế 500 V.
Động cơ điện sử dụng điện áp cao (tới 6.000 V) thì dùng ohm kế từ 1.000 V- 2.500 V.

Khi đo điện trở cách điện giữa pha với vỏ và pha với pha nhỏ hơn 0.4 Mega ohm và thấp hơn 0.5 Mega ohm đối với cuộn dây rotor của động cơ điện ruột quấn thì cách điện của động cơ điện bị ẩm cần sấy lại cuộn dây.

Dùng khí nén (áp suất nhỏ hơn 4 kg/cm2) thổi sạch bụi. Khi thổi có thể tháo rời rotor ra khỏi stator để tiện kiểm tra có các vết xước hỏng cách điện do va chạm cơ học. Tùy theo mức độ nặng hay nhẹ để quyết định quét lớp sơn cách điện hoặc tẩm lại cuộn dây.
Trường hợp đã xác định là không có chạm chập pha với vỏ hoặc pha với pha mà động cơ điện vẫn có hiện tượng kêu và quá nóng cục bộ. Khi đo dòng điện 3 pha thấy mất cân bằng ngay cả khi không tải. Đây là nguyên do chạm chập vòng dây.

Trường hợp bị bụi bẩn :
Có nhiều cách như :
Bằng đèn điện, bằng khí nóng, tẩm sơn bằng cách dội hoặc quét.v.v...
Hiện đại như : Tẩm sấy trong lò chân không có áp lực.
Thực tế trong sửa chữa người ta thường dùng : Dòng điện chạy trực tiếp trong cuộn dây của động cơ điện, sấy bằng dòng cảm ứng gián tiếp,v.v...

**************************************
How to check the Windings of a 3-Phase AC motor

There are several different AC motor types, each one with different operating and mechanical characteristics. The most common type though is the -so called- squirrel cage rotor. It is called squirrel-cage, because it's rotor looks like the exercising wheel found in squirrel or hamster cages.

A typical 3-phase squirrel-cage motor has six connection leads in the electrical connection box for the three coils. If someone works with AC 3-phase motors, then it is important to know how to connect these motors in Star and Delta connection, and how to detect an electrical problem. There are basically 4 problems that the motor windings can suffer from:

Broken coil (infinite coil resistance)
Short-circuited coil (less than normal or zero coil resistance)
Leaking coil to ground (current leaking from one coil to ground/neutral)
Two or more coils short-circuited with each other (current leaking from one coil to another coil)

All of the above problems can be detected with a simple Ohm-meter. First of all, you need to understand how the coils are connected with the six motor leads that exist in the electrical connection box. Here is a photo from a typical electrical connection box:

How to check the Windings of a 3-Phase AC motor

As you can see, there are indeed six leads arranged in two rows. Since each coil has 2 endings, it is easy to understand that these six leads correspond can be separated in three pairs, and each pair is connected to one coil. It seems logical to separate these 3 pairs in a vertical pattern, but that is not correct. Instead, the pairs are in cross-pattern like this:

How to check the Windings of a 3-Phase AC motor

You may now wonder, why the coils are connected in cross-pattern and not vertically... The answer is this: To easily bridge a permanent connection. A permanent connection is when the motor is connected in Star or Delta, and this connection cannot be changed. This is usually done if the motor is small (smaller than 3.5 KWatts) or the motor is driven by an inverter or some kind of electronic driver. A permanent connection is usually accomplished with 2 or 3 metallic bridges.

Suppose for example that the motor is connected in Star. In a star connection, each one of the 3 phases (R-S-T) is connected at one end of each coil. The other ends of the coils are connected together in a common point. A star connection can be easily accomplished simply by bridging one of the two horizontal rows in the connection box of the motor. The phases are then connected on the leads of the other horizontal row:

How to check the Windings of a 3-Phase AC motor How to check the Windings of a 3-Phase AC motor How to check the Windings of a 3-Phase AC motor
This is why we call this type of connection "Star" (or Y) A star connection is accomplished simply by bridging one horizontal row in the connection box This is a photo from the connection box of a motor connected in Star

Suppose now that the motor is connected in Delta. In Delta connection, the end of each coil is connected with the start of another coil. The 3 coils are then connected in a circle, creating thus 3 nodes. The 3 phases are then applied on these nodes. A Delta connection is easily accomplished by bridging the 3 columns in the connection box vertically:

How to check the Windings of a 3-Phase AC motor How to check the Windings of a 3-Phase AC motor How to check the Windings of a 3-Phase AC motor
This is why we call this type of connection "Delta" (from the Greek letter Δέλτα) A Delta connection is easily accomplished by bridging the 3 columns in the connection box vertically This is a photo from the connection box of a motor connected in Delta

There is one last thing to know: All 3 coils must have the same resistance. That is of-course easy to understand why, so there is no need to explain any further.

Checking the coils of an unconnected motor
Being a motor unconnected, means that there are no Star or Delta bridges on its leads. This is the most straight-forward case to understand. All you have to do is try to find the coil pairs in the electrical connection box. Let's give numbers to the 6 leads:

How to check the Windings of a 3-Phase AC motor

Suppose that you start from lead 1 and you want to find it's pair. You connect the first probe of the ohm-meter to lead 1, and then you connect the other probe of the ohm-meter to leads A, B, C, 2, 3 and ground (motor chassis).If the motor has no problem, then you must find infinite resistance between all leads and ground, except from one lead. This one cannot be lead A though, because -as we said- coils are connected in cross pattern.

Then, you repeat the same process but this time you connect the first lead of the ohm-meter to lead 2, and the second lead to leads A, B, C, 3 and ground. Notice that you do not need again between 2 and 1 since you've measured already before. Again, you must find infinite resistance between all leads and ground, except from one lead. This lead cannot be the one opposite to 2 (which is the lead B) and of course cannot be the lead that pairs with lead 1 (found from the previous measurement).

Finally, you repeat the same process with the first probe on lead 3, and the second probe on leads A, B, C and ground. Now, you know exactly which of these 3 leads pairs with lead 3. If for example you found that lead B pairs with 1 and lead C pairs with 2, then obviously lead A pairs with 3.

Additionally, you can compare the resistances between the pairs. If they are all equal, then you have a very well manufactured motor. A tolerance of 5% (and some times 10%) is generally accepted. If the difference is bigger, this could mean that some wires of the coil are short-circuited and the overall coil length is shorter. This is the most difficult problem to identify in such a motor. Usually, if the motor has short-circuited windings, it won't take long until this specific coil it is totally destroyed.

In short
You must find the same resistance between 3 pairs of leads ONLY
These pairs must be in cross-pattern as explained before
There must be absolutely no connection (infinite resistance) between all other combinations
There must be absolutely no connection (infinite resistance) between the leads and the ground

[You must be registered and logged in to see this link.]

**********************************
How to check the Windings of a 3-Phase AC motor with an Ohmmeter

Checking the coils of a motor in permanent Star connection
Let's first see the leads of the motor in permanent Star connection:

Checking the coils of a motor connected in Star or Delta Checking the coils of a motor connected in Star or Delta

From the schematic diagram you can see that if the first probe of the ohmmeter is connected to one lead (for example 1) and the other probe is connected to another (for example 2 or 3), the ohmmeter must show the total resistance of two coils connected in series. The ohmmeter must show double the resistance of each coil (since all coils have the same resistance).

So, here is what you have to measure: With the first probe connected on lead 1, you connect the other probe to leads 2, 3 and ground. If the motor has no problem, then you must find exactly the same resistance between 1-2 and 1-3, and infinite resistance between 1 and ground.

Then, you repeat the same process, but with the first probe connected on lead 2. Then you connected the second probe on lead 3 and on ground. The resistance between 2 and 3 must be exactly the same like before, and the resistance between 2 and ground must be infinite.

You don't need to make any other measurement to verify that the motor is ok. As you see, with this method, you don't need to have physical access in the motor's electrical connection. You can measure the coils from the protection relay in the electrical cabinet instead. This way, you can verify both the motor AND the power cables:

Checking the coils of a motor connected in Star or Delta

Of course, it is VERY IMPORTANT to ensure that there is absolutely no power in the circuit!!!

In short
You must find the same resistance between the three leads that power is applied to the motor.
There must be absolutely no connection (infinite resistance) between the leads and the ground
The measured resistance must be double the resistance of the coils.

Checking the coils of a motor in permanent Delta connection
Let's first see the leads of the motor in permanent Delta connection:

Checking the coils of a motor connected in Star or Delta Checking the coils of a motor connected in Star or Delta

From the schematic diagram it is obvious that there are three points that you can measure with the multimeter without disconnecting the ohmmeter, the three nodes 1,2 and 3. Like before, you must find exactly the same resistance between 1-2, 1-3 and 2-3, as well as between 1-ground and 2-ground.

For educational reasons, let's calculate the resistance that must be measured. We assume that all 3 coils have the same resistance RL. Suppose now that we measure between nodes 1 and 2. It is obvious that the coils between the nodes 2-3 and 3-1 are connected in series. The total resistance of these coils is 2RL. Moreover, the coil between the nodes 1-2 is connected in parallel with the previous 2 coils. So, the total resistance which will be measured with the ohmmeter is the result of the RL parallel to 2RL:

RTOTAL = ( RL x 2RL ) / ( RL + 2RL ) = 2RL2 / 3RL => RTOTAL = 2/3 RL

From the above formula we see that if the coil resistance is 20 Ohms, the resistance that the ohmmeter will measure will be 2/3 x 20, or 0.66 x 20 = 13.3 Ohms

Once again, it is obvious that the coils can be measured either directly into the motor's electrical box, or on the motor protection in the electrical cabinet. Just make sure that there is absolutely no power in the cabinet.

In short
You must find the same resistance between the three leads that power is applied to the motor.
There must be absolutely no connection (infinite resistance) between the leads and the ground
The measured resistance must be 2/3 the resistance of the coils.

[You must be registered and logged in to see this link.]