Niezawodność silników elektrycznych jest fundamentalnym warunkiem utrzymania ciągłości procesów technologicznych i realizacji planów produkcyjnych w każdym nowoczesnym zakładzie przemysłowym. Awarie układów napędowych to nie tylko bezpośredni koszt wymiany uszkodzonych podzespołów, ale przede wszystkim potężne straty finansowe wynikające z nieplanowanych przestojów całych linii produkcyjnych.
Znaczna część wszystkich usterek silników elektrycznych wynika z ich przeciążenia roboczego. Ze względu na powszechność tego zjawiska oraz jego wysoce destrukcyjnego wpływu na infrastrukturę, krytyczność tego problemu z perspektywy inżynierów Utrzymania Ruchu klasyfikowana jest jako wysoka. Niniejszy artykuł techniczny szczegółowo analizuje zjawisko przeciążenia, metody jego rzetelnej diagnostyki oraz proaktywne działania prewencyjne.
Czym dokładnie jest przeciążenie silnika elektrycznego?
Przeciążenie silnika ma miejsce w chwili, gdy jednostka napędowa jest nadmiernie obciążona, ponieważ wymaga się od niej wykonania pracy mechanicznej przekraczającej jej parametry znamionowe, precyzyjnie określone przez producenta na tabliczce znamionowej maszyny. Oznacza to, że układ dąży do wygenerowania większej mocy użytecznej, co bezwzględnie przekłada się na zwiększony pobór energii elektrycznej z sieci zasilającej.
Z racji tego, że przeciążenie jest głównym powodem wielu pochodnych usterek, rozwiązywanie problemów i diagnostykę maszyny zawsze warto rozpocząć od weryfikacji tego stanu. Podstawowe, mierzalne objawy, które towarzyszą przeciążeniu silnika, to:
Zbyt duży pobór prądu
Silnik elektryczny pod wpływem oporów dąży do utrzymania stałej prędkości obrotowej. Wymusza to drastyczny wzrost natężenia pobieranego prądu, często znacznie przekraczającego prąd znamionowy.
Niewystarczający moment obrotowy
Układ napędowy nie dysponuje wystarczającą mocą, aby skutecznie pokonać fizyczne opory obciążenia. Może to skutkować zauważalnym spadkiem prędkości obrotowej, a w skrajnych przypadkach całkowitym zatrzymaniem wirnika, co generuje prądy zwarciowe.
Przegrzanie
Nadmiarowy prąd przepływający przez uzwojenia stojana generuje ogromne straty cieplne. Ilość wydzielanego ciepła można w uproszczeniu opisać prawem Joule'a - nawet niewielki wzrost natężenia prądu powoduje wykładniczy wzrost generowanej temperatury.
Co powoduje przeciążenie układu napędowego?
Identyfikacja faktycznego źródła przeciążenia wymaga całościowej analizy układu elektromechanicznego i parametrów samego procesu technologicznego. Główne przyczyny klasyfikuje się w trzech obszarach:
Czynniki mechaniczne
Zwiększone, nienaturalne opory ruchu są najczęstszym powodem przeciążeń prądowych. Zalicza się do nich uszkodzenia lub zatarcia łożysk w maszynie napędzanej (np. wentylatorze, pompie), zacięcia mechaniczne na taśmach przenośnikowych, niewłaściwe osiowanie wałów, a także zbyt mocno naciągnięte pasy transmisyjne.
Czynniki procesowe
Modyfikacje parametrów produkcji bez jednoczesnej modernizacji napędów. Zaliczyć można do tego zwiększenie lepkości tłoczonego medium, podawanie nadmiernej ilości surowca do kruszarki lub zwiększenie prędkości linii produkcyjnej, co wymusza pracę silnika na granicy jego fizycznych możliwości.
Czynniki elektryczne i zasilające
Praca przy asymetrii napięć fazowych lub chronicznie obniżonym napięciu zasilania. Zgodnie z zasadami elektrotechniki, aby utrzymać zadaną moc mechaniczną na wale przy niższym napięciu, silnik musi skompensować ten brak wyższym poborem prądu, co natychmiast prowadzi do przeciążenia termicznego.
Co dzieje się z silnikiem podczas przeciążenia?
Nadmiar ciepła jest bezwzględnie główną przyczyną awarii silnika pracującego w warunkach przeciążenia. Należy zwrócić uwagę na kluczowy aspekt diagnostyczny: w przypadku nadmiernego obciążenia roboczego, fizyczne podzespoły silnika (takie jak łożyska czy rdzeń stojana i wirnika) mogą początkowo działać prawidłowo i nie wykazywać wyraźnych anomalii akustycznych czy wibracyjnych, ale silnik w dalszym ciągu będzie nienaturalnie gorący.
Temperatura to ważny czynnik degradujący elementy elektroniczne. Zjawisko to opiera się na przyspieszeniu destrukcyjnych procesów fizykochemicznych zachodzących
w materiałach pod wpływem nadmiaru energii termicznej. W przypadku uzwojeń silnika ciągła praca w podwyższonej temperaturze prowadzi do utleniania i degradacji struktury polimerowej lakierów oraz żywic elektroizolacyjnych. Materiały te tracą swoją elastyczność, stają się kruche i podatne na mikropęknięcia pod wpływem naturalnych wibracji maszyny oraz cykli rozszerzalności cieplnej. Uszkodzenie tej powłoki bezpośrednio skutkuje zwarciami międzyzwojowymi lub przebiciami do masy.
Wpływ przeciążenia na maszynę jest wysoce destrukcyjny, gdyż następuje przedwczesne zużycie zarówno elektrycznych, jak i mechanicznych komponentów. Wysoka temperatura robocza powoduje drastyczną utratę właściwości smarnych w łożyskach tocznych, co przyspiesza ich fizyczne zatarcie, oraz nieodwracalną degradację lakieru elektroizolacyjnego na przewodach nawojowych. Ostatecznym rezultatem są zwarcia międzyzwojowe lub przebicia izolacji do masy, co oznacza trwałe uszkodzenie maszyny.
Diagnostyka i zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem
Reagowanie na problem dopiero w momencie zatrzymania linii produkcyjnej to najdroższy model utrzymania ruchu. Kluczem do optymalizacji kosztów jest wczesna diagnostyka
i wdrożenie odpowiednich środków zabezpieczających.
Podstawowym i najważniejszym przyrządem do pomiaru oraz diagnostyki stanu obciążenia jest cyfrowy multimetr wyposażony w funkcję amperomierza cęgowego. Urządzenie to pozwala inżynierom na bezpieczny, bezinwazyjny pomiar rzeczywistego poboru prądu we wszystkich fazach w trakcie normalnego obciążenia roboczego maszyny. Pomiary te bezwzględnie należy porównać z wartościami prądu znamionowego odczytanymi
z dokumentacji technicznej silnika.
Na poziomie sprzętowym, silnik chroniony jest przez odpowiednio sparametryzowaną aparaturę łączeniową. Należą do niej wyłączniki silnikowe, przekaźniki termiczne z członem bimetalowym, zabezpieczające przed długotrwałym wzrostem prądu, oraz zaawansowane algorytmy ochronne wbudowane w przemienniki częstotliwości, które na bieżąco monitorują temperaturę.
Rola audytów prewencyjnych
Z uwagi na to, że usterki przeciążeniowe generują lwią część wszystkich awarii napędów, działy Utrzymania Ruchu muszą stawiać na prewencję. Regularne audyty parków maszynowych, pozwalają wykryć ogniska przegrzewu na długo przed nieodwracalnym uszkodzeniem urządzenia.
Firma PLE Service, jako ekspert w dziedzinie napraw i serwisu zaawansowanej automatyki przemysłowej i elektroniki, stanowi strategiczne wsparcie dla nowoczesnych przedsiębiorstw produkcyjnych. Nasze doświadczenie pozwala na precyzyjną identyfikację anomalii w pracy serwonapędów i sterowników. Przeprowadzenie wczesnego audytu oraz profesjonalna regeneracja przeciążonych modułów napędowych bezpośrednio wydłuża cykl życia maszyn, minimalizuje ryzyko nagłych przerw w produkcji i generuje potężne oszczędności w budżetach działów UR.
Przeciążenie silnika na linii produkcyjnej to zjawisko, które niezauważone, zawsze prowadzi do kosztownych strat sprzętowych. Ścisła kontrola parametrów prądowych i termicznych to inwestycja, która gwarantuje stabilność procesu technologicznego.
Zauważyłeś, że silniki lub serwonapędy na Twojej instalacji pobierają prąd bliski wartościom granicznym lub emitują nadmierne ilości ciepła? Nie ryzykuj zatrzymania produkcji. Skontaktuj się z ekspertami PLE Service, aby zaplanować profesjonalny audyt automatyki napędowej i zapewnić swoim maszynom maksymalną bezawaryjność.
