Wadliwa praca silników elektrycznych potwierdza znaczenie słów „czas (przestoju) to pieniądz”. Od dawna znana jest mi formuła, wielokrotnie sprawdzająca się w praktyce: odnalezienie źródła awarii w możliwie najkrótszym czasie skraca czas przestoju (i może uchronić przed utratą miejsca pracy…).
Bardzo ważne jest prawidłowe podejście do zagadnień konserwacji urządzeń: praca z obwodami elektrycznymi wymaga ścisłego przestrzegania procedur odcinania napięcia i oznaczania elementów obwodu. Należy też poświęcać wiele uwagi procedurom bezpiecznej konserwacji.
Z tych powodów każdy elektryk, technik czy inżynier zajmujący się konserwacją urządzeń musi stosować taką metodę rozwiązywania problemów, która pozwala odnaleźć ich źródło w możliwie najkrótszym czasie. Sposób eliminowania błędów zależy od konkretnego przypadku. Czasem wystarczy prześledzić układ od silnika do układu rozruchowego, a innym razem lepiej dokonać przeglądu w odwrotnym kierunku. Sam z reguły analizuję układ od źródła wzbudzenia do silnika.
Fot. 1. Awaria silnika powoduje przestój urządzeń, a związana jest często z problemami jego rozruchu. Dzięki umiejętności wykrywania usterek możemy istotnie skrócić czas przestoju. Odnalezienie i eliminacja przyczyny usterki będą łatwiejsze, jeśli ściśle zastosujemy się do odpowiednich procedur (zdjęcie dzięki Rockwell Automation)
W tym artykule zajmę się tylko typowymi problemami z rozruchem silnika. Przyczyn niewłaściwej pracy silnika już po rozruchu może być bardzo wiele. Często wynikają one z zastosowania silnika o niewłaściwych parametrach.
Podczas rozruchu trójfazowego silnika indukcyjnego mogą pojawić się trzy grupy problemów, które są związane z: zasilaniem, wzbudzeniem (dotyczy zarówno układu rozruchowego, jak i zespołu napędowego) oraz konkretną instalacją (prawami mechaniki).
Problemy z zasilaniem
Rzeczywiste źródło problemu odnajdujemy, eliminując potencjalne przyczyny. Procedura postępowania została przedstawiona w diagramie „Problemy z zasilaniem”.
1. Sprawdzamy napięcie zasilające układ rozruchowy. Posługując się miernikiem uniwersalnym w trybie pomiaru napięcia, upewniamy się, że obecne są wszystkie trzy fazy. Jeśli brakuje chociaż jednej, odłączamy napięcie zasilające i wymieniamy bezpiecznik(i) obwodu zasilającego i/lub ustawiamy w pozycji wyjściowej rozłącznik obwodu sterowniczego silnika.
2. Przed przywróceniem zasilania, miernikiem w trybie sprawdzania ciągłości badamy, czy nie wystąpiło zwarcie międzyfazowe lub uziomowe w obrębie styczników rozrusznika od strony obwodu zasilającego. Jeżeli tak się stało, wymieniamy wadliwe styczniki. W ten sam sposób badamy obwód po stronie obciążenia. rozrusznika. Ten test ciągłości pozwala także stwierdzić, czy nie zanika któraś faza zasilania. Jeżeli okablowanie obwodu zasilającego rozrusznik jest poprawne, problem leży po stronie jego obciążenia. Należy więc sprawdzić tę część obwodu.
3. Jeśli okaże się to konieczne, ustawiamy w pozycji wyjściowej wszystkie termiczne przekaźniki nadprądowe układu rozruchowego. Okaże się więc, czy była to wina któregoś elementu zabezpieczenia przeciążeniowego. Po sprawdzeniu ciągłości połączeń od strony obciążenia stycznika (punkt 2.) załączamy zasilanie i uruchamiamy silnik.
4. Jeśli test ciągłości od strony obciążenia stycznika wykazał zwarcie międzyfazowe, uziomowe lub zanik fazy, kontynuujemy badanie obwodów elektrycznych za stycznikiem.
5. Odłączamy przewody wejściowe w puszce zasilania silnika. Sprawdzamy, czy na przewodach układu rozruchowego nie ma zwarcia międzyfazowego lub uziomowego. Jeśli natrafimy na jakiekolwiek zwarcie, sprawdzamy okablowanie. Jeśli jednak nie ma żadnych problemów z przewodami, posuwamy się dalej w kierunku silnika.
6. Nie podłączając jeszcze przewodów zasilających sprawdzamy, czy nie ma jakiegoś zwarcia między przewodami w silniku. Jest bardzo prawdopodobne, że jeśli do tej pory nie znaleźliśmy w obwodzie żadnej usterki, to zwarcie występuje w obrębie silnika. W takim wypadku próbujemy uruchomić układ po wymianie silnika.
7. Jeśli nie ma problemu ani z silnikiem, ani z obwodem zasilającym, za pomocą miernika ciągłości sprawdzamy izolację silnika. W ten sposób stwierdzimy, czy przyczyną usterki nie są przebicia w uzwojeniu w trakcie pracy silnika.
8. Jeśli izolacja nie wykazuje wad, usterka może wynikać z przeciążenia silnika. W tym wypadku uruchamiamy silnik po odłączeniu obciążenia mechanicznego. Jeśli silnik pracuje poprawnie, przyczyna problemów leży w układzie mechanicznym zespołu napędzanego. Jeśli jednak silnik nadal odmawia współpracy (rozłączają się elementy zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowego), problem może wynikać z ułożyskowania silnika elektrycznego.
Problemy z obwodem sterowniczym
Proces eliminacji potencjalnych przyczyn możemy zastosować również w razie problemów z obwodem sterowniczym. Procedura postępowania została przedstawiona w diagramie „Problemy z obwodem sterowniczym”.
1. Jeśli w napięciu zasilającym były obecne wszystkie trzy fazy (punkt 1. analizy problemów z zasilaniem), musimy sprawdzić obwody zabezpieczające układ rozruchowy i obwody sterujące. Naciskając przycisk ustawiający przekaźnik(i) nadprądowy w pozycji wyjściowej, stwierdzamy, czy któryś uległ rozłączeniu. Jeśli tak się stało, ustawiwszy wszystkie w pozycji wyjściowej, ponownie próbujemy uruchomić silnik. Jeśli usterka dotyczyła wyłącznie przekaźników nadprądowych, silnik powinien uruchomić się prawidłowo. Jeśli jednak znów rozłączył się któryś z przekaźników, musimy wrócić do 5. punktu analizy problemów z zasilaniem, żeby ocenić, czy problem leży po stronie silnika, czy obciążenia.
2. Jeśli przekaźniki nadprądowe nie były rozłączone, za pomocą miernika w trybie pomiaru napięcia sprawdzamy, czy do obwodu sterowania rozrusznika dochodzi właściwe napięcie. W przypadku braku odpowiedniego napięcia odłączamy zasilanie.
3. Posługując się miernikiem w trybie sprawdzania ciągłości, badamy bezpiecznik transformatora napięcia sterującego. Jeśli to konieczne, wymieniamy bezpiecznik i wyszukujemy usterkę w obwodzie sterującym układem rozruchowym. Jeśli jednak bezpiecznik okazał się sprawny, przechodzimy do punktu 8. tej procedury.
4. Odłączamy cewkę stycznika układu rozruchowego i sprawdzamy, czy nie wystąpiło tutaj zwarcie międzyfazowe, uziomowe lub zanik fazy. Jeśli odkryjemy usterkę, wymieniamy cewkę i próbujemy uruchomić silnik.
5. Jeśli jednak cewka stycznika układu rozruchowego nie miała wad, zanim ponownie ją podłączymy, musimy sprawdzić przewody doprowadzające napięcie do cewki. W razie zwarcia odłączamy obwód wzbudzający cewkę od układu rozruchowego i badamy, czy problem leży w obwodzie (lub obwodach) zabezpieczającym stycznik, czy w obwodzie wzbudzającym cewkę.
6. Po stwierdzeniu zwarcia uziomowego w obwodzie zabezpieczającym układ rozruchowy, wymieniamy bezpiecznik(i). Następnie sprawdzamy ciągłość obwodu, podłączamy cewkę i obwód wzbudzający, przywracamy zasilanie i uruchamiamy silnik.
7. Jeśli w obwodzie zabezpieczającym układ rozruchowy nie ma zwarcia uziomowego, problem tkwi w obwodzie wzbudzającym cewkę. Eliminujemy więc zwarcie uziomowe w tej części urządzenia. Następnie podłączamy cewkę, obwód zabezpieczający, obwód wzbudzający, przywracamy zasilanie i uruchamiamy silnik.
8. Jeśli okaże się, że nie ma problemu z napięciem dochodzącym do układu rozruchowego, należy podejrzewać istnienie przerwy w obwodzie zabezpieczającym lub obwodzie sterującym. Po odłączeniu zasilania, za pomocą miernika w trybie sprawdzania ciągłości badamy sprawność obwodu zabezpieczającego. Jeśli nie wykazuje usterek (ciągłość na wszystkich zestykach rozwiernych), usterka może znajdować się w obwodzie doprowadzającym napięcie wzbudzające do cewki.
9. Aby wyeliminować problem z obwodem wzbudzającym, sprawdzamy ciągłość połączenia, którym jest dostarczany sygnał rozruchu do układu rozruchowego – wyłącznik sterownika PLC, przekaźnika lub obwód przycisku start/stop. Po naprawieniu usterki przywracamy zasilanie i uruchamiamy silnik.
Problemy ze wzbudzeniem układu napędowego
W razie problemów z układem napędowym zasilanym prądem przemiennym, musimy stwierdzić, czy usterka tkwi w silniku, układzie napędowym, czy wynika z zastosowania w konkretnym zespole napęd-odbiornik.
Wiele problemów można rozwiązać dzięki technikom diagnostycznym, w które są wyposażone nowoczesne napędy. Funkcje diagnostyczne są zwykle wbudowane w procesor sterujący napędem.
Najczęściej pojawiające się problemy związane z połączeniem zespołu napędowego i silnika wymienione są w tabeli „Typowe usterki układów napędowych zasilanych prądem przemiennym”. Innych trudności może nastręczać dostrojenie zespołu silnik-odbiornik, spełnienie wymagań stawianych w konkretnym zastosowaniu, błędy komunikacji, usterki urządzeń zewnętrznych lub błędy w oprogramowaniu. Jeśli nie udaje się wyeliminować źródła awarii mimo sprawdzenia wszystkich potencjalnych wad opisanych w tabeli, pozostaje zgłosić się do producenta lub dystrybutora.
Większość problemów z silnikiem i zespołem napędzanym, zasilanym prądem przemiennym, można rozwiązać, stosując się do zaleceń zawartych w podręczniku dostarczanym przez producenta. Zawiera on także opis każdej usterki, którą może wykryć procesor sterujący. Jeśli nie dysponujemy podręcznikiem, warto się o niego postarać, kontaktując się z dystrybutorem lub odwiedzając stronę internetową producenta.
Typowe usterki układów napędowych zasilanych prądem przemiennym
|
Usterka |
Opis |
Możliwe przyczyny |
|
Zaniżone napięcie |
Wyraźnie zbyt niskie napięcie zasilające |
|
|
Zawyżone napięcie |
Wyraźnie zbyt wysokie napięcie zasilające |
|
|
Przetężenie |
Moc wyjściowa napędu przekracza dopuszczalną wartość |
|
|
Przeciążenie silnika |
Moc wyjściowa napędu przekracza wartość znamionową silnika |
|
|
Przeciążenie zespołu napędowego |
Moc wyjściowa napędu przekracza wartość znamionową napędu |
|
Silniki i zespoły napędowe prądu przemiennego
Silniki i zespoły napędowe zasilane prądem przemiennym pojawiają się coraz częściej w zastosowaniach, w których wcześniej wykorzystywano urządzenia prądu stałego (napędy zmiennoprędkościowe) lub rozruszniki (stałoprędkościowe napędy wentylatorów i pomp). Rozwój technologii napędów prądu przemiennego (np. układy łagodnego rozruchu, przemienniki częstotliwości, sterowanie w pętli otwartej i regulacja w pętli zamkniętej) prawdopodobnie utrwali tę tendencję.
|
Typowe usterki silnika Do najczęściej pojawiających się problemów w silnikach prądu przemiennego należą następujące zjawiska: Błąd w ułożyskowaniu silnika – najczęstsza przyczyna niewłaściwej pracy silników, wynikająca z nieodpowiedniego smarowania, zabrudzenia, występowania prądów łożyskowych, złego ustawienia wału lub asymetrycznego obciążenia osi wirnika Wadliwe uzwojenie jednej fazy – brak jednej fazy, spowodowany przepaleniem bezpiecznika, rozwarciem stycznika, przerwaniem przewodu doprowadzającego napięcie lub niewłaściwym podłączeniem przewodów. Zwarcie międzyfazowe lub międzyzwojowe – na skutek niewłaściwej izolacji w uzwojeniu występuje zwarcie, co wynikać może z zabrudzenia, zużycia ściernego, wibracji lub przepięcia. Zwarcie uziomowe uzwojenia – zwarcie występujące między uzwojeniem a obudową silnika, wynikające z niewłaściwej izolacji, czego przyczyną mogą być zabrudzenia, zużycie ścierne, wibracje lub przepięcie. Błąd fazy – wynika przeważnie z występowania faz o nierównych napięciach, co jest spowodowane przeciążeniami zasilającej sieci elektrycznej, nieodpowiednimi połączeniami lub wysoką opornością obwodu którejś fazy. Wada uzwojenia – uszkodzenie uzwojenia (uzwojeń) jest spowodowane spadkiem termicznej charakterystyki izolacji na skutek przeciążenia silnika lub podania zbyt wysokiego lub zbyt niskiego napięcia. Usterka ta może pojawić się w momencie włączenia zasilania, rozładowania kondensatora lub na skutek pracy monolitycznych urządzeń elektroenergetycznych. |
Dokonanie właściwego wyboru silnika prądu przemiennego do konkretnego zastosowania oznacza, że wykorzystana w nim technika wzbudzenia zapewni wieloletnią bezawaryjną pracę. Natomiast opanowanie umiejętności usuwania usterek zwiększy czas sprawności urządzeń.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Autor: Patrick E. Owens, kierownik techniczny, Kaman Industrial Technologies
