Vaihtosähkömoottorin vikaantumismekanismit
Lehto, Ville (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026040625551
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026040625551
Tiivistelmä
Sähkömoottorit ovat nykyaikaisen teollisuutemme kulmakiviä, työhevosia. Teollisuuden tuotannossa pyörivien sähkökoneiden luotettava toiminta on yksi keskeisistä edellytyksistä tuotannon jatkuvuudelle, sen turvallisuudelle. Kunnossa olevat sähkömoottorit vähentävät myös energiankulutusta, toimivat luotettavammin ja luovat siten pohjan koko teollisuuden energiatehokkaalle toiminnalle. Erityisesti vaihtosähkömoottorit muodostavat suuren osan teollisuuden käyttämästä sähköenergiasta, minkä vuoksi niiden vikaantumisella on myös suoria vaikutuksia sekä käyttövarmuuteen että elinkaarikustannuksiin, kuin myös turvallisuuteen.
Yleisellä tasolla tarkasteltuna vaihtosähkömoottorin perustoimintaperiaate on varsin yksinkertainen, se muuttaa siihen syötetyn sähköenergian mekaaniseksi liikkeeksi ja pyörittää siten esimerkiksi sekoitinta, kuljetinta tai vaikkapa kompressoria. Tarkastelen omassa diplomityössäni vaihtosähkömoottoreita ja niissä esiintyviä erilaisia vikaantumismekanismeja korjaamoltamme keräämäni kunnossapito- ja vikatiedon pohjalta.
Tutkimus perustuu LST Servicellä vuosien 2023–2025 aikana huolletuista, korjatuista ja uudelleenkäämityistä vaihtosähkömoottoreista kerättyyn vikadataan. Aineistoa analysoitiin tilastollisin menetelmin hyödyntäen ristiintaulukointeja ja khiin neliö (χ²) -testejä. Analyysin avulla tarkasteltiin vikaluokkien, moottorin ominaisuuksien sekä suoritettujen korjaustoimenpiteiden välisten riippuvuuksien esiintymistä. Tulkitsin saamiani tuloksia suhteessa sähkökoneiden rakennetta, häviöitä, magneettisia ilmiöitä ja lämpökuormitusta käsittelevän teoriapohjan kanssa.
Omien havaintojeni mukaan sähkökoneiden vikaantuminen ei ole vain satunnainen ilmiö, vaan tietyt tekniset tekijät ovat selvästi yhteydessä vikojen luonteeseen ja vakavuuteen. Erityisesti käämiviat johtivat muita vikatyyppejä useammin laajoihin ja kustannuksiltaan merkittäviin korjaustoimenpiteisiin, kuten uudelleenkäämintään tai koko moottorin romutukseen. Mekaaniset viat, erityisesti laakeriviat, olivat sen sijaan useammin korjattavissa ilman laajamittaista rakenteellista muutoksia. Lisäksi havaitsin moottorin teholuokan olevan yhteydessä todettuun vikaan, mikä mielestäni korostaa lämpörasituksen ja häviöiden hallinnan merkitystä erityisesti suurempitehoisissa sähkökoneissa.
Havaintoni tukevat myös näkemystäni, jonka mukaan sähkökoneiden kestävyyttä ja energiatehokkuutta voidaan parantaa kohdistamalla kunnossapidon ja kehitystoimenpiteiden painopistettä erityisesti uusin käämieristeisiin, jäähdytyksen toimivuuteen ja käyttöolosuhteiden hallintaan. LST:n korjaamolta kerätyn käytännön vikadatan ja ennakoivien diagnostiikkamenetelmien yhdistäminen tarjoaa käytännönläheisiä mahdollisuuksia sähkökoneiden luotettavuuden parantamiseen, energiatehokkuuden ylläpitämiseen ja koko moottorin elinkaaren pidentämiseen. Electric machines, and in particular AC motors, play a key role in industrial production and form a significant part of industrial electricity consumption. Electric motors convert electrical energy into mechanical energy. The reliable operation of electric motors is essential for both production continuity and energy efficiency. This thesis examines the failure mechanisms in AC motors and their connection to the characteristics of the motor and the severity of the repair measures.
The study is based on empirical fault data compiled from AC motors serviced and repaired at LST Service during 2023–2025. The data was analyzed using quantitative methods using cross-tabulations and χ² - tests, which were used to estimate statistical dependencies between failure classes, engine characteristics and repair measures. The results were interpreted with the help of a theoretical basis on the structure, magnetic phenomena, losses and thermal load of electrical machines.
The results show that the failure of electrical machines is not only random, but that certain technical factors are clearly related to the nature and severity of the faults detected. In particular, coil failures more often than other types of faults lead to extensive and costly repairs, such as rewinding or scrapping the motor. Mechanical failures, especially bearing failures, were more often repairable without extensive structural intervention. In addition, the power class of the motor was found to be related to the fault profile, which emphasizes the importance of thermal stress and loss control, especially in larger electrical machines.
The results of my master's thesis support the view that the durability and energy efficiency of electrical machines can be improved by focusing maintenance and development measures especially on coil insulation, cooling and operating condition management. The combination of fault data and predictive diagnostic methods offers opportunities to improve the reliability of electric machines, adjust energy, and extend the life cycle of the motor.
Yleisellä tasolla tarkasteltuna vaihtosähkömoottorin perustoimintaperiaate on varsin yksinkertainen, se muuttaa siihen syötetyn sähköenergian mekaaniseksi liikkeeksi ja pyörittää siten esimerkiksi sekoitinta, kuljetinta tai vaikkapa kompressoria. Tarkastelen omassa diplomityössäni vaihtosähkömoottoreita ja niissä esiintyviä erilaisia vikaantumismekanismeja korjaamoltamme keräämäni kunnossapito- ja vikatiedon pohjalta.
Tutkimus perustuu LST Servicellä vuosien 2023–2025 aikana huolletuista, korjatuista ja uudelleenkäämityistä vaihtosähkömoottoreista kerättyyn vikadataan. Aineistoa analysoitiin tilastollisin menetelmin hyödyntäen ristiintaulukointeja ja khiin neliö (χ²) -testejä. Analyysin avulla tarkasteltiin vikaluokkien, moottorin ominaisuuksien sekä suoritettujen korjaustoimenpiteiden välisten riippuvuuksien esiintymistä. Tulkitsin saamiani tuloksia suhteessa sähkökoneiden rakennetta, häviöitä, magneettisia ilmiöitä ja lämpökuormitusta käsittelevän teoriapohjan kanssa.
Omien havaintojeni mukaan sähkökoneiden vikaantuminen ei ole vain satunnainen ilmiö, vaan tietyt tekniset tekijät ovat selvästi yhteydessä vikojen luonteeseen ja vakavuuteen. Erityisesti käämiviat johtivat muita vikatyyppejä useammin laajoihin ja kustannuksiltaan merkittäviin korjaustoimenpiteisiin, kuten uudelleenkäämintään tai koko moottorin romutukseen. Mekaaniset viat, erityisesti laakeriviat, olivat sen sijaan useammin korjattavissa ilman laajamittaista rakenteellista muutoksia. Lisäksi havaitsin moottorin teholuokan olevan yhteydessä todettuun vikaan, mikä mielestäni korostaa lämpörasituksen ja häviöiden hallinnan merkitystä erityisesti suurempitehoisissa sähkökoneissa.
Havaintoni tukevat myös näkemystäni, jonka mukaan sähkökoneiden kestävyyttä ja energiatehokkuutta voidaan parantaa kohdistamalla kunnossapidon ja kehitystoimenpiteiden painopistettä erityisesti uusin käämieristeisiin, jäähdytyksen toimivuuteen ja käyttöolosuhteiden hallintaan. LST:n korjaamolta kerätyn käytännön vikadatan ja ennakoivien diagnostiikkamenetelmien yhdistäminen tarjoaa käytännönläheisiä mahdollisuuksia sähkökoneiden luotettavuuden parantamiseen, energiatehokkuuden ylläpitämiseen ja koko moottorin elinkaaren pidentämiseen.
The study is based on empirical fault data compiled from AC motors serviced and repaired at LST Service during 2023–2025. The data was analyzed using quantitative methods using cross-tabulations and χ² - tests, which were used to estimate statistical dependencies between failure classes, engine characteristics and repair measures. The results were interpreted with the help of a theoretical basis on the structure, magnetic phenomena, losses and thermal load of electrical machines.
The results show that the failure of electrical machines is not only random, but that certain technical factors are clearly related to the nature and severity of the faults detected. In particular, coil failures more often than other types of faults lead to extensive and costly repairs, such as rewinding or scrapping the motor. Mechanical failures, especially bearing failures, were more often repairable without extensive structural intervention. In addition, the power class of the motor was found to be related to the fault profile, which emphasizes the importance of thermal stress and loss control, especially in larger electrical machines.
The results of my master's thesis support the view that the durability and energy efficiency of electrical machines can be improved by focusing maintenance and development measures especially on coil insulation, cooling and operating condition management. The combination of fault data and predictive diagnostic methods offers opportunities to improve the reliability of electric machines, adjust energy, and extend the life cycle of the motor.