Hoe kortsluitingen in de laminaten van de motorstator en de kernstapels van transformatoren kunnen worden opgespoord

Een lamineerkorting is een onbedoelde elektrische verbinding tussen aangrenzende elektrische stalen lamineringen. Hierdoor kunnen wervelstromen zich over de lamellen verspreiden in plaats van binnen elke lamel te blijven, wat kan leiden tot een toename van het kernverlies, het ontstaan van lokale oververhittingspunten en een afname van het rendement van motorstatoren, transformatorkernen en andere lamellenstapels van siliciumstaal.

Dat is de zuivere definitie.

Het lastige is dit: een kortsluiting is niet altijd direct zichtbaar. Het kan beginnen als een braam aan de rand van een sleuf. Of als een beschadigde coating onder de druk van de stapel. Of als een klein geleidend deeltje dat tussen twee platen is geklemd. De stapel kan bij de eerste inspectie goedkeuring krijgen, maar vervolgens afkeuring na het lassen, verlijmen, verspanen of de eindcompressie.

De controle moet dus het hele proces volgen, en niet alleen het afgewerkte onderdeel.

Wat is een laminatiekorte in een stapel siliciumstaal?

Een gelamineerde kern wordt opgebouwd uit dunne platen elektrisch staal. Elke plaat is voorzien van een isolerende coating om de stroomdoorvoer tussen de lagen te beperken. De kern moet fungeren als een magnetisch pad, en niet als één massief geleidend blok.

Er is sprake van een kortsluiting in de laminaatlaag wanneer die isolatie wordt omzeild.

Het kan slechts twee platen met elkaar verbinden. Het kan een groter gedeelte overbruggen via een braam, lasnaad, klinknagel, klem, vergrendeling, bewerkingsspoor of gecorrodeerde rand. De ernstige gevallen zijn die waarbij een circulerend stroompad ontstaat. Dat pad genereert warmte. Soms in één tand. Soms bij het achterste ijzer. Soms bij een hoek van een sleuf waar de wikkelingsisolatie al onder spanning staat.

Niet elke plek met lage weerstand leidt tot het uitvallen van een kern. Sommige zijn klein en op zichzelf staand. Maar een terugkerende hotspot is een ander verhaal. Beschouw deze als een storing totdat het tegendeel is bewezen.

Waarom er scheurtjes in laminaten ontstaan

De meeste kortsluitingen in laminaat worden tijdens het productieproces veroorzaakt. Als je de geschiedenis van het onderdeel terugvolgt, zijn ze zelden een raadsel.

Een kortsluiting die bij de eindcontrole wordt ontdekt, kan al veel eerder zijn ontstaan. Daarom wordt bij een grondig onderzoek naar de oorzaak de volgende vraag gesteld: is de kortsluiting ontstaan na het snijden, na het stapelen, na het verbinden of na de bewerking?

Vroege tekenen van kortsluiting in de laminering

Een kortsluiting in een lamellenstapel laat vaak al aanwijzingen achter voordat de kern defect raakt.

Let op:

• Hogere nullaststroom dan verwacht
• Afwijkend kernverlies tijdens magnetische metingen
• Lokale temperatuurstijging tijdens excitatie
• Terugkerende brandvlekken of verkleuringen
• Lage waarden voor de interlaminaire weerstand
• Bramen die in de stapelrichting zijn uitgelijnd
• Metalen vlek over de lamineerlijnen
• Weerstandswaarden die na samendrukking dalen
• Fouten die zich op dezelfde hoekpositie herhalen

Eén aanwijzing is niet genoeg. Als er twee of drie bij elkaar komen, is het de moeite waard om even stil te staan.

Hoe kortsluitingen in de laminering van een stapel op te sporen

1. Begin met een visuele inspectie en randinspectie

Een visuele inspectie is weliswaar eenvoudig, maar brengt toch echte problemen aan het licht.

Gebruik schuin invallend licht en een vergrootglas. Bij inspectie van voren worden bramen gemist. Bij zijdelingse verlichting zijn oneffenheden in het metaal, krassen, vlekken, roest en beschadigingen aan de coating duidelijker zichtbaar.

Let goed op het volgende:

• Openingen in de sleuven
• Tips voor je tanden
• Randen van de binnendiameter
• Lasgebieden met buitendiameter
• Vergrendelingspunten
• Klink- of klemzones
• Bewerkte oppervlakken

Vertrouw niet blindelings op een stapel die er netjes uitziet. Veel korte stukken zijn drukgevoelig. Het onderdeel kan er los prima uitzien, maar na samendrukking defect raken.

2. Meet de hoogte en de richting van de bramen

Bramen zijn een van de meest voorkomende oorzaken van kortsluitingen in de lamellen van de motorstator en kortsluitingen aan de randen van de transformatorkern.

De hoogte van de snijrand is van belang. De richting is ook van belang.

Een braam die in het volgende vel steekt, kan tijdens het stapelen de coating doorboren. Als elke laminaatlaag in dezelfde richting is georiënteerd, kunnen bramen een zich herhalend geleidend pad door de stapel vormen. Daarom moet de inspectie op bramen worden afgestemd op het onderhoud van de matrijs, de slijpcyclus, de materiaaldikte en de stapelrichting.

Een handige werkwijze: leg de gegevens over bramen vast per gereedschapsstation, niet alleen per batch. Fouten zijn vaak terug te voeren op het gereedschap.

3. Isolatie van het testoppervlak en interlaminaire weerstand

Er zijn twee verwante controles, en deze mogen niet met elkaar worden verward.

Het meten van de isolatieweerstand van oppervlakken, dat vaak in verband wordt gebracht met de Franklin-testmethode, beoordeelt de oppervlaktecoating van afzonderlijke stroken of stansdelen onder vastgestelde spannings- en drukomstandigheden. Het is nuttig voor de controle van binnenkomend materiaal en voor de kwaliteitscontrole van de coating.

Beproeving van de interlaminaire weerstand controleert de weerstand tussen aangrenzende gecoate oppervlakken. Dit komt dichter in de buurt van de eigenlijke vraag: kan er stroom van de ene laminaatlaag naar de volgende vloeien?

Voer voor de productiecontrole tests uit onder reproduceerbare omstandigheden:

• Dezelfde contactdruk
• Dezelfde sondevorm
• Methode op basis van gelijke spanning of stroom
• Dezelfde toestand van het oppervlak
• Hetzelfde temperatuurbereik
• Dezelfde bemonsteringslocatie

Een willekeurig getal heeft maar beperkte waarde. Een trend is wel van waarde. Als de meetwaarden dalen na het opbouwen van druk, kan het zijn dat het isolatiesysteem alleen in gemonteerde toestand niet goed functioneert.

4. Gebruik een megohmmeter alleen voor de juiste toepassing

Een megohmmeter is handig, maar niet als primaire detector voor kortsluitingen tussen laminaten.

Het apparaat is beter geschikt voor algemene isolatiecontroles, zoals controles van de kern naar het frame, van de wikkeling naar aarde of van geïsoleerde onderdelen. Het kan grote lekpaden opsporen. Het kan echter niet aantonen of de isolatie tussen de lamellen over de gehele stapel in orde is.

Dit is een belangrijk punt. Een stapel kan de test met een megohmmeter doorstaan en toch plaatselijke kortsluitingen tussen de lamellen vertonen die bij magnetische bekrachtiging warmte ontwikkelen.

Gebruik het. Maar laat het niet de uiteindelijke beslissing bepalen.

5. Voer een kernverliesmeting uit

Bij het meten van het kernverlies wordt vastgesteld hoeveel vermogen de kern verbruikt onder gecontroleerde magnetische omstandigheden. Als een lamellenstapel kortsluitpaden bevat, kan het kernverlies toenemen omdat wervelstromen dan meer ruimte hebben om te circuleren.

Deze test is nuttig voor:

• Kant-en-klare statorstapels voor motoren
• Transformatorkernconstructies
• Batchvergelijking
• Validatie van prototypes
• Goedkeuring van proceswijzigingen
• Controle van herbewerkingen

Uit een kernverliesmeting blijkt dat de stapel energie verspilt. Het is echter mogelijk dat hieruit niet precies blijkt waar de kortsluiting zich bevindt. Combineer de meting daarom met een thermische inspectie of een plaatselijke magnetische scan.

6. Gebruik van warmtebeeldcamera’s tijdens gecontroleerde excitatie

Warmtebeeldtechniek is handig omdat kortsluitingen in laminaat zich vaak manifesteren als lokale warmtebronnen.

De kern wordt onder gecontroleerde omstandigheden geëxciteerd en vervolgens gescand op abnormale temperatuurstijgingen. Het defecte gebied warmt doorgaans sneller op dan het omringende staal en verschijnt op dezelfde plaats wanneer de test wordt herhaald.

Pas op voor onjuiste meetwaarden. Olie, verf, luchtstroming, glanzend metaal, tape en de camerahoek kunnen de thermische meetresultaten verstoren. Een echte storing moet zich herhalen. Deze moet sterker worden naarmate de prikkel toeneemt. De storing mag niet verdwijnen doordat de camera is verplaatst.

7. Gebruik ELCID-tests voor grote statorkernen

Bij grote statorkernen van motoren en generatoren wordt elektromagnetische kernfoutdetectie, vaak afgekort tot ELCID, gebruikt om interlaminaire isolatiefouten bij lage fluxniveaus op te sporen.

Het voordeel is simpel: het systeem kan verdachte plekken opsporen zonder dat de kern een volledige verwarmingstest hoeft te ondergaan. Dit is handig wanneer een volledige flux-test moeilijk, duur of riskant is.

Toch is voorzichtigheid geboden bij de interpretatie. De geometrie van de sleuf, de testopstelling, de toestand van de kern en de techniek van de operator zijn van invloed op de meetresultaten. ELCID is een krachtig hulpmiddel voor het lokaliseren van defecten. Het moet worden gecombineerd met een beoordeling door de inspecteur en mag niet worden beschouwd als een automatische ‘goed/afgekeurd’-knop.

8. Voer een Core Loop-test uit wanneer een Full-Flux-validatie nodig is

Bij een kernlusproef, ook wel lusproef of full-flux-kernproef genoemd, wordt de kern gemagnetiseerd onder omstandigheden die dichter bij de bedrijfsomstandigheden liggen, en wordt gecontroleerd op abnormale opwarming of verlies.

Deze methode wordt vaak toegepast bij grote statorkernen, opnieuw gewikkelde machines, reparatiecontroles of apparatuur met grote gevolgen bij storingen. Er is meer vermogen, meer voorbereidingstijd en strengere veiligheidsmaatregelen voor nodig dan bij methoden met een lage flux.

Gebruik dit wanneer de vraag niet alleen luidt: “Is er een tekortkoming?”, maar ook: “Zal deze kern onder reële magnetische belasting warm worden?”

Vergelijking van detectiemethoden

Hoe je echte korte signalen kunt onderscheiden van testruis

Er komen wel eens valse alarmen voor. Een slecht contact van de sensor lijkt op een storing. Stof komt en gaat. Vocht beïnvloedt de meetwaarden. Armaturen kunnen je misleiden.

Een echte korte laminaatbroek heeft meestal een patroon:

• Het herhaalt zich op dezelfde fysieke locatie.
• Het blijft aanwezig na het verplaatsen van de sonde.
• Dit hangt samen met bramen, vlekken, lasnaden, roest of verpletterde plekken.
• Bij bekrachtiging ontstaat er lokale verwarming.
• Het zorgt voor een toename van het gemeten kernverlies.
• Het verschijnt na een bepaalde processtap.
• Het draait mee met de stapel, niet met de houder.

Dat laatste vergeet je al snel. Noteer de stand van de stapel voordat je gaat testen. Als de storing met het onderdeel meegaat, zit het in het onderdeel. Als de storing bij de testopstelling blijft, repareer dan de testopstelling.

Hoe kortsluiting bij lamineren te voorkomen

Opsporing is nuttig. Preventie is goedkoper.

Houd toezicht op de volgende procespunten:

• Zorg ervoor dat de spleet tussen matrijs en stempel op peil blijft en dat de stempel scherp blijft.
• Stel de maximale freeshoogte in op basis van de geometrie van het werkstuk, niet uit gewoonte.
• Zorg ervoor dat de bramen in de juiste richting liggen tijdens het stapelen.
• Reinig de lamellen voordat u ze opstapelt.
• Zorg ervoor dat de stapeldruk binnen een gevalideerd bereik blijft.
• Voorkom slijpsporen na de montage.
• Regel de lasdiepte en de warmte-inbreng.
• Zorg ervoor dat de coating tijdens het hanteren niet wordt beschadigd.
• Bewaar laminaat droog en schoon.
• Voer de test uit na de processtap waarbij de kans op het optreden van de fout het grootst is.

Een goede stapel is meestal het resultaat van gewone discipline. Scherp gereedschap. Schone onderdelen. Bekende druk. Gecontroleerde isolatie. Geen giswerk tussendoor.

Hoe een leverancier van lamineerstapels te controleren ter voorkoming van kortsluiting

Voor inkoopteams is de echte vraag niet: “Kan deze leverancier staal stempelen?” Veel leveranciers kunnen dat namelijk wel.

De betere vraag is: Kunnen zij aantonen dat de stapel ook na het snijden, stapelen, samenvoegen en de eindcontrole nog steeds interlaminaire isolatie biedt?

Stel de volgende vragen bij een offerteaanvraag:

Een leverancier die hier duidelijk antwoord op kan geven, is gemakkelijker te vertrouwen. Een leverancier die alleen maar zegt “we hebben kwaliteitscontrole”, vraagt je om het risico op je te nemen.

Kunnen laminatiebroeken worden gerepareerd?

Soms.

Kleine randafwijkingen kunnen worden verholpen door gecontroleerd ontbramen, zorgvuldig reinigen, plaatselijke reparatie van de isolatie of het loskoppelen en opnieuw isoleren van de betreffende delen. Bij grote statorkernen kan een plaatselijke reparatie bestaan uit het verwijderen van geleidende bruggen, het reinigen van beschadigde delen, het aanbrengen van geschikte isolatie en het opnieuw testen.

Ernstige gebreken liggen anders. Een verbrande coating, diepe lasbeschadigingen, ernstige corrosie of bewerkingssporen die zich over meerdere lagen uitstrekken, kunnen het opnieuw stapelen of vervangen noodzakelijk maken.

De reparatie is pas voltooid als de markering verdwijnt. Ze is pas voltooid wanneer uit metingen van de weerstand, het kernverlies en het thermisch gedrag, of uit magnetische fouttests blijkt dat de storing is verholpen.

FAQ

Wat is een lamineerfout?

Een lamellenkortsluiting is een onbedoelde elektrische verbinding tussen aangrenzende stalen lamellen in een magnetische kern. Deze verbinding omzeilt de isolatielaag en kan het wervelstroomverlies vergroten.

Wat veroorzaakt kortsluitingen in de laminaten van motorstatoren?

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder meer stansbramen, te hoge stapeldruk, laswarmte, bewerkingsresten, geleidend stof, corrosie en beschadiging van de coating tijdens het hanteren.

Zijn lamineerkortsen hetzelfde als wikkelkortsen?

Nee. Een kortsluiting in de lamellen doet zich voor in de stalen kern. Een kortsluiting in de wikkeling doet zich voor in de koperen of aluminium wikkeling. Een kortsluiting in de lamellen kan warmte veroorzaken die later de isolatie van de wikkeling beschadigt, maar het gaat hier om verschillende storingen.

Kan de stator van een motor de test met een megohmmeter doorstaan en toch kortsluitingen in de lamellen vertonen?

Ja. Met een megohmmeter kunnen grove isolatiefouten worden opgespoord, maar dit is niet voldoende om de staat van de isolatie tussen de lamellen aan te tonen. Het kan nog steeds nodig zijn om kernverliesmetingen, warmtebeeldmetingen, ELCID-tests of metingen van de weerstand tussen de lamellen uit te voeren.

Wat is de beste test om te controleren of er kortsluiting zit in de statorlamellen?

Voor losse platen worden controles van de coating en de interlaminaire weerstand uitgevoerd. Voor afgewerkte stapels worden kernverlies- en thermische tests uitgevoerd. Voor grote statorkernen zijn ELCID- en kernlus-tests gangbare opties.

Wat is het verschil tussen ELCID- en core loop-testen?

ELCID is een methode met lage flux die wordt gebruikt om onvolkomenheden in de kern op te sporen. Bij een kernlusproef wordt gebruikgemaakt van een hogere magnetische excitatie om de opwarming en het verlies onder omstandigheden die dichter bij de bedrijfsomstandigheden liggen te controleren.

Kunnen bramen echt hotspots in de kern veroorzaken?

Ja. Een braam kan de isolatielaag doorboren en aangrenzende lamellen met elkaar verbinden. Als deze braam onderdeel wordt van een circulerend stroompad, kan dit plaatselijke opwarming veroorzaken.

Hoe kunnen lamineringsfouten worden voorkomen?

Houd rekening met bramen, beschadiging van de coating, stapeldruk, warmteontwikkeling bij het samenvoegen, verontreiniging, corrosie en bewerking na het stapelen. Voer tests uit in meer dan één procesfase, niet alleen bij de eindcontrole.

Laatste afhaalmaaltijd

Een kortsluiting in de laminatie is niet zomaar een klein elektrisch defect. Het is een processignaal.

Het geeft je informatie over snijden, coaten, stapelen, druk, verbinden, bewerken, reinigen of opslag. Soms zelfs over meer dan één van deze aspecten.

Het meest grondige inspectieplan omvat een controle van de laminering vóór het stapelen, van de stapel na het samenpersen en van de voltooide kern onder magnetische bekrachtiging. Op die manier slagen fabrikanten van motorstatoren en transformatorkernen erin om hotspots te verminderen, het kernverlies te verlagen en storingen te voorkomen die pas te laat aan het licht komen.

Bent u op zoek naar precisielaminatiestapels met gecontroleerde bramen, geverifieerde isolatieprestaties en controle op kernverlies? Stuur dan de tekening, de materiaalkwaliteit, de stapelhoogte, de verbindingsmethode en de testvereisten op voor een technische beoordeling.