Współczesna inżynieria napędowa, mimo całego swojego zaawansowania cyfrowego, w sferze mechanicznej wciąż opiera się na fundamencie idealnej symetrii. Silnik indukcyjny klatkowy został zaprojektowany do pracy w warunkach precyzyjnej równowagi trójfazowej. Ta harmonia napięć pozwala na płynne przekształcanie energii elektrycznej w moment obrotowy.
W momencie, gdy jeden z przewodów zasilających traci zdolność przesyłania prądu dochodzi wówczas do głębokiego zaburzenia stanu równowagi elektromagnetycznej, które transformuje maszynę z urządzenia napędowego w generator wibracji i ciepła. Nasze doświadczenie serwisowe pokazuje, że jest to zjawisko o skomplikowanej etiologii, obejmującej fizykę sieci, chemię połączeń i mechanikę zmęczeniową. Aby skutecznie chronić park maszynowy, musimy wyjść poza potoczne schematy i przyjrzeć się procesom, które często pozostają niewidoczne do momentu krytycznej awarii.
Jak transformatory i napięcie zwrotne mylą diagnostykę?
Paradoksalnie, źródło problemu czasami znajduje się daleko poza samym silnikiem, a jego diagnostyka potrafi zmylić nawet najbardziej doświadczone zespoły techniczne. Jednym z najbardziej podstępnych scenariuszy jest awaria po stronie wysokiego napięcia transformatora zasilającego zakład. Intuicja podpowiada, że brak jednej fazy na wejściu powinien skutkować brakiem napięcia na wyjściu. Jednak niestety, fizyka transformatorów jest bardziej bezlitosna dla prostych metod pomiarowych.
Dzięki sprzężeniom magnetycznym w rdzeniu transformatora oraz obecności innych pracujących silników w tej samej sieci, dochodzi do zjawiska, w którym pracujące maszyny zaczynają działać jak prądnice, indukując w martwej fazie tzw. napięcie fantomowe.
To właśnie ten moment jest kluczowy dla zrozumienia skali zagrożenia. Napięcie fantomowe może osiągać nawet 90% wartości znamionowej! W efekcie standardowe przekaźniki podnapięciowe odczytują poprawny układ sieci i nie odłączają zasilania. Obsługa jest przekonana o sprawności zasilania, podczas gdy wewnątrz silników degradacja izolacji postępuje w tempie wykładniczym. To wyścig z czasem, który zazwyczaj kończy się nieodwracalnym uszkodzeniem uzwojeń.
Dlaczego chemia jest wrogiem ciągłości zasilania?
Schodząc z poziomu sieci dystrybucyjnej do wnętrza szaf sterowniczych, wchodzimy w świat mikroskopowych procesów degradacji. Zanik fazy rzadko jest nagłym zdarzeniem losowym; zazwyczaj jest to finał długotrwałej walki materiałów, która toczy się wewnątrz zacisków. W wielu zakładach wciąż spotykamy łączenie przewodów aluminiowych z miedzianymi zaciskami, co tworzy klasyczne ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów prowadzi do korozji, a powstające tlenki działają jak izolator.
Proces ten bywa czynnikiem, który przesądza o awarii. Pod wpływem stałego nacisku śruby oraz cyklicznych zmian temperatury materiał przewodu powoli się odkształca. Śruba, która przy montażu była dokręcona z idealnym momentem, po kilku miesiącach pracy staje się luźna. Luźny styk to iskrzenie, erozja i w końcu przerwa w obwodzie. Dla silnika oznacza to pracę w stanie krytycznej asymetrii, której można uniknąć, stosując regularną termowizję rozdzielnic.
Jakie znaczenie ma skręcanie się i zmęczenie kabli w automatyce?
W dobie nowoczesnej automatyzacji silniki rzadko stoją w miejscu. Montowane na ramionach robotów czy w obrabiarkach CNC, są zasilane przez kable. Tu do gry wchodzi zmęczenie mechaniczne, a wrogiem numer jeden jest ich skręcanie się.
Gdy kabel jest źle zamontowany lub ma niewłaściwą klasę giętkości, zaczyna deformować się spiralnie. W takim układzie żyły wewnątrz są nierównomiernie rozciągane. Dochodzi wówczas do utwardzenia miedzi i jej kruchego pękania wewnątrz nienaruszonej izolacji.
Jest to prawdziwy koszmar diagnostyczny dla służb Utrzymania Ruchu, ponieważ silnik traci zasilanie w jednej fazie w sposób losowy, zależny od aktualnego położenia maszyny czy ułożenia prowadnika. Często wymieniane są kolejne, sprawne podzespoły, podczas gdy winowajcą jest zmęczony przewód ukryty głęboko w prowadniku, który z zewnątrz wygląda jak nowy.
Co dzieje się wewnątrz silnika podczas pracy niepełnofazowej?
Aby w pełni zrozumieć powagę sytuacji, musimy zajrzeć do wnętrza pracującej maszyny. Zgodnie z teorią składowych symetrycznych, utrata jednej fazy powoduje powstanie silnego pola magnetycznego wirującego w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika. Ten proces wywołuje lawinę problemów termicznych.
Ponieważ pole to wiruje z podwójną prędkością względem wirnika, indukuje w jego prętach prądy o bardzo wysokiej częstotliwości. Ujawnia się wtedy silny efekt naskórkowy, gdzie prąd zostaje wypchnięty ku powierzchni prętów, co drastycznie zwiększa ich temperaturę. Dochodzi do paradoksu, ponieważ uzwojenie stojana może być jeszcze relatywnie chłodne, podczas gdy wirnik osiąga temperatury topnienia aluminium. Ciepło to błyskawicznie przenosi się przez wał na łożyska, powodując wytopienie smaru i zatarcie mechaniczne. Często to właśnie uszkodzenie łożysk jest pierwszym objawem, który maskuje pierwotną, elektryczną przyczynę awarii.
Jak zapobiegać awariom?
W PLE Service nie ograniczamy się do wymiany spalonych części. Analizujemy jakość zasilania, by wykluczyć problemy sieciowe. Rozumiemy, że każda nieplanowana przerwa w produkcji to wymierne straty, dlatego naszym celem jest identyfikacja prawdziwego źródła problemu - czy leży ono w transformatorze, skorodowanym styku, czy zmęczonym kablu. Tylko głębokie zrozumienie podstaw fizyki awarii pozwala skutecznie im zapobiegać i zapewnić Twoim maszynom długą, bezawaryjną pracę.
