Mit einfachen Mitteln einen Drehstrommotor prüfen – so geht’s

Die am weitesten verbreiteten Elektromotoren im professionellen Einsatz sind Drehstrommotoren. Am häufigsten kommen die sogenannten Asynchronmotoren zum Einsatz. Sie arbeiten – von wenigen Ausnahmen abgesehen, die auch mit Wechselstrom funktionieren – mit Drehstrom. Diese Antriebe sind die Arbeitstiere unter den Elektromotoren und können auch gegen große Gegenmomente anlaufen. In diesem Beitrag widmen wir uns der Frage, wie man mit einfachen Mitteln einen Drehstrommotor prüfen kann.

Da Drehstrommotoren weit verbreitet sind, sind sie in der Anschaffung verhältnismäßig kostengünstig. Die Motoren gelten zudem als sehr robust. Sie müssen vergleichsweise selten gewartet werden und erreichen dennoch eine hohe Lebensdauer, weil es kaum Verschleiß gibt. Was aber, wenn das Arbeitspferd plötzlich seinen Dienst verweigert? Glücklicherweise sind Drehstrommaschinen relativ einfach aufgebaut, so dass zumindest grobe Defekte einfach zu finden sind, wenn Sie einen Drehstrommotor überprüfen.

Vorsicht beim Umgang mit Drehstrommaschinen – Lebens- und Brandgefahr!

Die Versorgung mit „Dreiphasenwechselstrom“, der auch als Drehstrom bezeichnet wird und im allgemeinen Sprachgebrauch häufig mit Starkstrom gleichgesetzt wird, hat einen großen Vorteil: trotz seines einfachen Aufbaus generiert der Elektromotor viel Leistung. Dies jedoch bringt mit sich, dass jeder, der an mit Starkstrom betriebenen Motoren arbeitet, äußerst vorsichtig sein sollte. Es besteht Lebensgefahr. Drehstrom verfügt in der Regel über eine für Menschen tödliche Spannung von 400 Volt. Die Reparatur und auch die Prüfung eines Drehstrommotors sollte deshalb von einer ausgebildeten Fachkraft durchgeführt werden. Bei unsachgemäßen Reparaturen oder Veränderungen besteht die Gefahr, dass ein Bediener einen elektrischen Schlag abbekommt oder dass ein Brand entsteht. In jedem Fall gilt: Wenn Sie einen Drehstrommotor prüfen, stellen unbedingt zuerst sicher, dass der Motor vom Stromnetz getrennt ist.

Wie ist ein Drehstrom-Asynchronmotor aufgebaut?

Der einfache und robuste Aufbau der Drehstrom-Asynchronmaschinen hat bei ihrer weiten Verbreitung eine wichtige Rolle gespielt. Es gibt kaum Teile, die leicht verschleißen. Wie bei allen Elektromotoren sind die wesentlichen Teile der feststehende Part, der Stator genannt wird, und der rotierende Part, der Rotor oder auch Läufer genannt wird.

Bei den Drehstrom-Asynchronmotoren besteht der Stator im Wesentlichen aus drei (oder einem Mehrfachen von drei) Spulen, den Lagern sowie dem Gehäuse. Die Spulen werden von je einer Leiterspannungsphase des Drehstroms gespeist. Die drei Phasen des Wechselstroms sind in ihrer Phase um jeweils 120 Grad verschoben. Damit induzieren die drei Spulen jeweils ein um ein Drittel versetztes Magnetfeld, das letztlich rotiert und damit ein Drehmoment hervorruft.

Der Rotor ist in den meisten Drehstrommotoren ein passives elektromagnetisches Bauteil namens Käfig- oder Kurzschlussläufer. Es ist so gebaut, dass in ihm durch ein äußeres Magnetfeld ein geschlossener Strom induziert wird. Das durch diesen Strom wiederum hervor gerufene Magnetfeld tritt mit dem äußeren rotierenden Magnetfeld in Wechselwirkung und versetzt den Rotor damit in eine gerichtete Drehbewegung.

Da durch die magnetischen Wechselwirkungen der Rotor langsamer rotiert als das Magnetfeld der äußeren Spulen, spricht man von einer Asynchronmaschine. Der Rotor läuft in seiner Frequenz der des Magnetfeldes hinterher. Er läuft also nicht synchron mit der Frequenz des Wechselstroms.

Weitere Teile des Motors sind die Lager, in denen der Rotor aufgehängt ist, und meist ein am hinteren Ende des Motors gelegener, mit dem Rotor verbundener Lüfter, der für die Luftkühlung des Motors sorgt. Dazu kommt noch die entsprechende Steuerelektronik, die für das Anfahren und die Regelung des Motors wichtig ist.

Wie kann man einen Asynchron-Drehstrommotor überprüfen?

Wie also gehen wir vor, wenn wir einen Drehstrommotor prüfen? Bei einem Asynchron-Drehstrommotor wird die Prüfung dadurch erleichtert, dass drei (oder ein Vielfaches von drei) identische Spulen vorliegen, die beim Durchmessen miteinander vergleichbar sind.

Bevor Sie die erste Schraube des Gehäuses lösen, sollten Sie unbedingt sichergehen, dass der Motor vom Netz getrennt ist und auch nicht aus Versehen eingeschaltet werden kann. Ein elektrischer Schlag mit 400 Volt ist häufig tödlich und geht fast immer mit schweren Verbrennungen oder bleibenden Schäden einher.

Drehstrommotor prüfen, Schritt 1: Ist die Spule isoliert?

Im professionellen Bereich würde ein Fachmann überprüfen, ob die Wicklungen der Spulen korrekt isoliert sind, also nicht etwa mit dem Gehäuse kurzgeschlossen sind. Dazu verwenden Experten spezielle Isolationsmessgeräte oder Kurbelinduktoren. Wer nur ein digitales oder analoges Multimeter oder ein Durchgangsmessgerät zur Hand hat, kann aber auch damit bereits den Drehstrommotor prüfen.

Dazu messen wir im höchsten Messbereich des Gerätes in der Funktion Durchgangsmessung. Eine Spitze des Prüfgeräts legt der Prüfende dabei an den Kontakt im Motoranschlusskasten, den anderen Prüfkontakt an das Gehäuse. Ein gutes Zeichen ist es, wenn das Messgerät nichts anzeigt. Zeigt es hingegen einen Durchgang an, das heißt, der Prüfstrom fließt von der Spule zum Gehäuse, bedeutet das, dass die Isolation der Spule defekt ist und sie Kontakt zum Gehäuse hat. Der Motor sollte von einem Fachmann repariert werden.  Wenn das Messgerät nichts anzeigt, bedeutet dies allerdings noch lange nicht, dass mit dem Motor alles in Ordnung ist. In diesem Fall sind weitere Prüfungen sinnvoll.

Liegt ein Schaden innerhalb der Spule vor?

Wenn die Prüfung im vorherigen Schritt keinen Hinweis auf einen Isolationsschaden gegeben hat, dann können Sie nun mit einem einfachen Messgerät die Spulen miteinander vergleichen. Wenn Sie den Drehstrommotor prüfen, sollten alle Spulen in etwa den gleichen Widerstand aufweisen. Eine Abweichung von drei bis vier Prozent ist in Ordnung, da der Widerstand auch von der Wicklungszahl abhängig ist und selbst maschinell gewickelte Spulen durchaus eine Wicklung mehr oder weniger aufweisen können.

Vor dem Messen des Widerstands einer einzelnen Spule müssen wir eventuelle Kreuzverdrahtungen, sogenannte Brücken, entfernen. Ergibt sich mit dem Ohmmeter dann im Vergleich zwischen den Spulen ein deutlicher Unterschied, dann ist ein Schaden in der Spule naheliegend und ein Fachmann sollte sich das ansehen.

Den Widerstand mit einem handelsüblichen Multimeter zu messen, das nur einen schwachen batteriegestützten Prüfstrom aufweist, funktioniert allerdings nur bei solchen Drehstrom-Asynchronmotoren, die eine geringe Leistung besitzen. Ab Motoren mit einer Leistung von etwa 5,5 Kilowatt muss ein Fachmann mit speziellen Messgeräten die Prüfung übernehmen.

Sind Lager, Lüfter, Sicherungen und Steuerelektronik in Ordnung?

Wie bei anderen Elektromotoren auch, sollten Sie auch einen Blick auf die Lüfterschlitze, auf den Lüfter selbst und auf die Lager werfen, wenn Sie den Drehstrommotor prüfen. Verschmutzungen, zu viel Spiel im Lager oder ein klemmendes Lager können auch bei diesen Motoren für Probleme sorgen. Auch ein Blick auf die Sicherungen und die Steuerelektronik kann sich lohnen. Mit entsprechendem Messwerkzeug und Fachwissen können Sie feststellen, ob diese Bauteile noch ihren Dienst tun. Wie bei der gesamten Prüfung des Drehstrommotors gilt auch hier: Nutzen Sie Ihren Geruchssinn! Riecht es verschmort oder verbrannt, dann liegt möglicherweise ein ernster Defekt vor und der Motor ist irreparabel kaputt.

Andere Motortypen

Neben den weitverbreiteten und einfach gebauten Drehstrom-Asynchronmaschinen mit Kurzschlussläufer gibt es noch andere Arten von Drehstrommotoren. Eher selten sind Sonderformen wie Linearmotoren, bei denen keine Drehbewegung, sondern eine lineare Bewegung angetrieben wird. Auch Außenläufermotoren, bei denen der Stator innen und der rotierende Teil außen sitzt, werden vergleichsweise wenig eingesetzt.

Weiter verbreitet sind Kollektor-Motoren, die ebenfalls zu den Asynchronmotoren zählen, sowie Asynchronmaschinen mit Schleifringläufer. Ebenfalls verbreitet sind verschiedene Synchronmaschinen, bei denen die Rotationsfrequenz gleich der des rotierenden Magnetfeldes ist. Diese Motoren unterscheiden sich im Aufbau von den Motoren mit Käfigläufer hauptsächlich dadurch, dass sie aktiv stromgespeiste Läufer besitzen. Auch deren Anschlüsse und Wicklungen können eine Fehlerquelle sein, die man prüfen kann.

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