Come testare un'armatura con un multimetro (La guida chiara e senza fronzoli)

Se il trapano, l'aspiratore o la sega perdono coppia, fanno più scintille del solito o si fermano, il colpevole potrebbe essere l'indotto. La buona notizia è che è possibile diagnosticare la maggior parte dei problemi dell'indotto con un multimetro e alcuni semplici controlli, senza dover ricorrere a un costoso growler.

Di seguito è riportato il metodo che utilizzo sul campo per confermare rapidamente se un'armatura è sana, al limite o difettosa. È pratico, passo dopo passo e progettato per aiutarvi a evitare le trappole più comuni che fanno inciampare le persone.

TL;DR (Avvio rapido)

• Scollegare l'utensile e rimuovere l'armatura.
• Pulire il commutatore e numerare le barre.
• Controllare per:
  • Bassa resistenza uniforme tra barre adiacenti (entro circa 10% l'una dall'altra).
  • Nessuna continuità (circuito aperto) tra qualsiasi barra e l'albero/il nucleo (cioè, non in cortocircuito con la terra).
  • Nessuna apertura tra barre adiacenti.
• Se una o più letture si discostano in modo significativo o se si riscontra una continuità con l'albero, l'indotto è difettoso.

Che cosa stiamo testando esattamente?

L'indotto (nei motori a corrente continua e universali) è la parte rotante con un commutatore in rame. Le bobine di avvolgimento si collegano ai segmenti del commutatore ("barre"). Le spazzole si muovono sul commutatore per immettere corrente nelle bobine. Un'armatura sana ha:

• Resistenza molto bassa e costante tra le barre commutatrici adiacenti.
• Nessun collegamento elettrico tra la barra commutatrice e l'albero/le lamelle (il nucleo di ferro).
• Una superficie del commutatore liscia e pulita e un sottosquadro di mica intatto.

Nota: i motori a induzione (come molti motori di ventilatori in c.a.) non hanno un commutatore e non vengono testati in questo modo.

La sicurezza prima di tutto

• Scollegare l'utensile e rimuovere la batteria. Lasciare scaricare i condensatori.
• Rimuovere l'indotto dall'utensile per isolarlo dagli avvolgimenti di campo e dall'elettronica.
• Indossare protezioni per gli occhi; la polvere e i trucioli di rame non sono uno scherzo.
• Non far girare l'armatura con un'alimentazione esterna a meno che non si sappia cosa si sta facendo.

Strumenti necessari

• Multimetro digitale (DMM) con gamma affidabile a bassi ohm e funzione di continuità/beep
• Sonde a punta affilata o pinze a coccodrillo; pinze Kelvin, se le avete.
• Scotch-Brite o carta vetrata molto fine (grana 600-1000) per la pulizia del commutatore
• Alcool isopropilico e salviettine senza peli.
• Un pennarello sottile per numerare i segmenti
• Opzionale ma ottimo: un alimentatore da banco a corrente limitata (0,5-2 A), un micrometro, una lente d'ingrandimento.

Suggerimento: se il vostro DMM dispone di una funzione di zero/relativo, usatela per annullare la resistenza della sonda e degli elettrodi.

Preparare l'armatura

1. Pulire il commutatore: Brunire leggermente con un abrasivo fine e pulire con alcool. Non incidere il rame.
2. Ispezionare il commutatore:
   • Cercate un rame scuro e di colore uniforme. Bruciature profonde, segmenti in rilievo o forti scanalature sono segnali di allarme.
   • Controllare il sottosquadro della mica (la scanalatura isolante tra le barre). Dovrebbe essere leggermente al di sotto della superficie del rame.
3. Numerare le barre: Mettete un piccolo punto di pennarello sulla barra 1, quindi numerate la circonferenza. In questo modo l'interpretazione delle misure è molto più semplice.

I test (in ordine)

1) Controllo visivo e meccanico

• Il commutatore deve essere rotondo, senza barre allentate o sollevate.
• Gli avvolgimenti non dovrebbero essere carbonizzati o staccati a causa della forza centrifuga.
• L'albero deve essere dritto; i cuscinetti devono girare senza problemi.

Se non funziona (barre incrinate o sollevate, comm bruciate), il misuratore non farà altro che confermare ciò che già si vede.

2) Continuità rapida tra barre adiacenti

• Misuratore: Modalità continuità/beep o bassi ohm.
• Toccare una sonda sulla barra 1, l'altra sulla barra 2 (adiacente). Muoversi intorno al commutatore: barra 2-3, 3-4, ecc.

Cosa aspettarsi:

• Si dovrebbe ottenere la continuità (bassa resistenza) tra ogni coppia di barre adiacenti.
• L'assenza di letture (circuito aperto) tra due barre adiacenti indica solitamente una bobina aperta.

Importante: la modalità bip da sola non è sufficiente perché la resistenza è molto piccola e le soglie dei bip sono grossolane. Passare quindi alla misurazione in ohm.

3) Uniformità della resistenza da barra a barra (il test più significativo)

• Misuratore: Gamma di ohm più bassa. Se possibile, azzerare le derivazioni (pulsante Relativo/Zero).
• Misurare la resistenza tra ogni coppia di barre adiacenti lungo tutto il percorso (1-2, 2-3, ..., N-1-N, N-1).
• Registrare ogni valore.

Risultati tipici:

• La resistenza assoluta sarà molto bassa (spesso 0,1-2,0 Ω a seconda delle dimensioni del motore). Il misuratore potrebbe indicare solo pochi decimi di ohm.
• La chiave è l'uniformità. Tutte le letture devono essere comprese tra circa ±10% l'una dall'altra. Meglio se più strette.

Che aspetto hanno i fallimenti:

• Una coppia è molto più bassa delle altre: è probabile che la bobina sia in cortocircuito.
• Una coppia molto più alta o aperta: bobina rotta o connessione interrotta sul commutatore.

Suggerimento sul campo:

• Strofinare leggermente le punte delle sonde su ogni barra per eliminare l'ossido. Un contatto insufficiente provoca false letture "alte".
• Se il vostro DMM non è in grado di garantire una precisione a bassi ohm, utilizzate il metodo della caduta di tensione riportato di seguito.

4) Prova di messa a terra (dalla barra all'albero/al nucleo)

• Misuratore: gamma alta di ohm/megohm.
• Toccare una sonda sull'albero in acciaio o sul nucleo laminato; toccare l'altra su ciascuna barra del commutatore a turno.

Previsto:

• Circuito aperto (resistenza molto alta) su ogni barra. Nessuna barra deve presentare una continuità misurabile con l'albero/il nucleo.

Se si nota continuità o bassa resistenza all'albero:

• L'isolamento dell'avvolgimento è compromesso. Si tratta di un'armatura a massa: sostituirla o riavvolgerla.

Nota: per questa operazione è preferibile utilizzare un tester di isolamento adeguato (megaohmmetro a 250-500 V), ma un DMM può comunque rilevare fondi grossolani.

5) Opzionale: Metodo della caduta di tensione per una migliore sensibilità

Se il vostro misuratore non è in grado di risolvere con precisione le piccole differenze di ohm:

• Impostare un alimentatore da banco a una tensione bassa e sicura e limitare la corrente a ~0,5-2 A (a seconda delle dimensioni dell'armatura).
• Collegare l'alimentazione su due barre adiacenti (1-2) e far scorrere la corrente.
• Misurare i millivolt sulle stesse barre con il DMM.
• Spostare il commutatore e ripetere.

Interpretazione:

• A corrente costante, la caduta di tensione è proporzionale alla resistenza. Si vuole la stessa caduta di millivolt su ogni coppia.
• Qualsiasi coppia con una caduta notevolmente superiore o inferiore indica un problema di bobina.

Si tratta essenzialmente di una misura Kelvin dei poveri ed è molto più sensibile degli ohm diretti di molti misuratori portatili.

Interpretare i risultati

• Tutte le coppie adiacenti si avvicinano allo stesso valore basso; nessuna massa sull'albero: Probabilmente l'indotto è buono.
• Una o più coppie adiacenti sono significativamente basse: turno/i corto/i.
• Una o più coppie adiacenti vengono lette alte o aperte: Bobina/collegamento rotto.
• Qualsiasi barra legge l'albero/il nucleo: Guasto a terra - rottamazione o riavvolgimento.

Regola empirica sulla variazione:

• Motori di piccoli utensili manuali: cercare di ottenere una variazione da barra a barra inferiore a ±10%.
• I motori più grandi possono tollerare un po' di più, ma i grandi salti sono comunque una cattiva notizia.

Nota sulla temperatura: la resistenza aumenta con la temperatura. Confrontare le letture effettuate alle stesse condizioni di temperatura.

Sintomi comuni e loro significato abituale

• Scintille eccessive sulle spazzole:
  • Possibili spire in cortocircuito, mica del commutatore elevata, commutazione sporca, spazzole usurate, cuscinetti difettosi (che causano vibrazioni).
• Il motore funziona male e si scalda:
  • Spire in cortocircuito o avvolgimento a terra.
• Motore morto o intermittente:
  • Bobina aperta, connessione del commutatore bruciata, molle delle spazzole usurate, accumulo di carbone.

Non dimenticare le spazzole e la cura del commutatore

• Spazzole: Controllare la lunghezza, la tensione della molla e la libertà nel supporto. Sostituire se scheggiate, impregnate di olio o troppo corte.
• Sede: Le spazzole nuove possono avere bisogno di una sede sul raggio del commutatore. Eseguire un leggero rodaggio a basso carico, se applicabile.
• Sottotaglio della mica: Se la mica è a filo o a ridosso del rame, può sollevare le spazzole e causare archi elettrici. Dovrebbe essere leggermente sottosquadrata; per questo esistono strumenti specializzati.
• Ravvivatura del commutatore: Leggera sfioratura con abrasivo fine su tutta la circonferenza (non rettifica a punti). Pulire sempre accuratamente dopo l'operazione.

Note avanzate (se siete curiosi)

• Test del ringhio: Il gold standard per l'individuazione dei cortocircuiti interturnali utilizza un growler magnetico e una striscia d'acciaio. Se si riesce ad averne uno (i negozi di motori li hanno), è in grado di individuare i cortocircuiti marginali che i semplici test ohm non rilevano.
• Test delle sovratensioni: Test professionale degli avvolgimenti che individua l'isolamento debole tra le spire, al di là delle possibilità del fai-da-te.
• Modelli di avvolgimento: Gli avvolgimenti a giro o a onda cambiano le barre collegate attraverso la bobina, ma la regola dell'uniformità delle barre adiacenti continua a segnalare la maggior parte dei guasti.

Scenari di risoluzione dei problemi

1) Tutte le letture da barra a barra sono coerenti, ma le scintille sono ancora forti:

• Pulire e sottosquadrare il commutatore, ispezionare i cuscinetti, controllare la qualità della spazzola e la tensione della molla, verificare gli avvolgimenti di campo.

2) Solo una coppia è aperta:

• Ispezionare il collegamento della bobina al commutatore. A volte si trova un riser sollevato o fratturato che può essere riparato da uno specialista.

3) Leggera variazione ma entro 10%:

• Potrebbe andare bene. Se le prestazioni sono scarse, combinate con segni visivi (punti caldi scuri, usura irregolare delle spazzole). Considerare un test del boccale, se disponibile.

4) Il test di messa a terra fallisce (continuità barra-albero):

• Guasto dell'isolamento. La sostituzione è in genere più economica del riavvolgimento su piccoli utensili.

Riparare o sostituire?

• Piccoli strumenti manuali: La sostituzione dell'indotto o dell'intero motore è solitamente più economica di un riavvolgimento.
• Motori industriali più grandi: È possibile effettuare il riavvolgimento e la tornitura/sottomissione del commutatore da parte di un'officina qualificata.
• Se il commutatore è scanalato male, ovale, o le barre sono sollevate, una rasatura e un sottosquadro al tornio possono rimetterlo in sesto, a condizione che gli avvolgimenti siano sani.

Consigli preventivi per prolungare la durata dell'indotto

• Tenere lontana la polvere. La polvere abrasiva consuma i commutatori e le spazzole.
• Sostituire le spazzole prima che diventino troppo corte. L'abbinamento di tipi di spazzole diversi può causare archi elettrici.
• Non sovraccaricare l'utensile; il calore accelera la rottura dell'isolamento.
• Conservare gli utensili all'asciutto. L'umidità favorisce la corrosione e le perdite.

Lista di controllo di riferimento rapido

• Pulire il commutatore; barre numeriche.
• Continuità tra ogni coppia adiacente? Sì = buono, No = aperto.
• Resistenza da barra a barra uniforme entro ~10% tutto intorno? Sì = buono; No = corto/aperto.
• C'è continuità tra le barre e l'albero/il nucleo? Sì = terra = cattivo.
• Visivo: commutatore piatto, mica sottosquadro, spazzole sane.

Domande frequenti

D: Posso testare l'armatura senza rimuoverla?

• Non in modo affidabile. Gli avvolgimenti di campo e altri collegamenti mascherano le misure. Per un test definitivo, rimuoverlo.

D: Il mio strumento emette sempre un segnale acustico tra una battuta e l'altra. È un problema?

• Non necessariamente. La modalità Beep si attiva a resistenze relativamente elevate; le bobine dell'armatura hanno un valore ohm molto basso e emettono sempre un segnale acustico. Utilizzare la gamma di ohm e confrontare i valori.

D: Cosa succede se il mio misuratore non è preciso a bassi ohm?

• Usare il metodo della caduta di tensione con un'alimentazione a corrente limitata, o un misuratore con funzione relativa/zero, oppure portare il dispositivo in un negozio per un test del boccale.

D: Quali sono i valori di resistenza tipici?

• Spesso si tratta di decimi di ohm tra barre adiacenti su strumenti di piccole dimensioni. I valori assoluti variano molto; ciò che conta è la coerenza.

Se si seguono i passaggi sopra descritti - pulire, isolare, confrontare la resistenza delle barre adiacenti e controllare la messa a terra - si sarà in grado di definire un'armatura buona o cattiva con sicurezza. In caso di dubbio o di valori limite, un'officina di motori può eseguire un test di sovratensione o di growler per confermare la diagnosi.