Il caso di un malfunzionamento di un macchinario medico è un classico esempio che sottolinea l'importanza di un approccio sistematico alla risoluzione dei problemi relativi alla qualità dell'alimentazione. Questa è la storia di Mike, un tecnico indipendente che lavora in diversi impianti di produzione ad alta tecnologia.
Il problema
Mike aveva un sopralluogo con un responsabile di stabilimento, che si lamentava dei problemi del suo impianto elettrico. Secondo il responsabile, nello stabilimento non vi era nulla di elettrico che funzionasse correttamente e nessuno era stato in grado di capirne il motivo né di proporre una soluzione. L'uomo proseguì raccontando a Mike come tre dei suoi elettricisti si fossero licenziati e che ora, quindi, si trovava in grave difficoltà.
Mike fece varie domande per avere un quadro più dettagliato del problema, dato che la spiegazione non gli aveva fornito niente di utile. Volendo capire la radice del problema, Mike chiese di andare nella zona dell'edificio dove si verificano i problemi peggiori.
Indicazioni visive
In un angolo c'era un grande macchinario medico che stava eseguendo una procedura di prova. Il macchinario era dotato di un ampio schermo, una tastiera e un pannello di controllo con diversi cavi e tubi collegati ad altre parti dell'apparecchiatura. Lo schermo mostrava che la procedura di prova era "In corso".
Accanto al macchinario c'era un tavolo da lavoro per la riparazione di schede elettroniche. Sul tavolo da lavoro c'era un saldatore , una lente di ingrandimento illuminata e un ventilatore. La presa elettrica multipla del tavolo da lavoro era inserita nella stessa presa del grande macchinario medico. Mike osservò la persona al tavolo di lavoro che, allungandosi, accese il ventilatore. In quel momento, lo schermo del macchinario medico si spense momentaneamente e si riattivò mostrando il messaggio "Riavvio programma" a grandi lettere.
Misurazione e valutazione
Mike misurò la tensione della presa che alimentava entrambi i carichi. Il suo Multimetro industriale Fluke 87 V misurò 115 V. Il responsabile dello stabilimento ripeté la misurazione con il suo Multimetro digitale Fluke 27 II, il quale mostrava 118 V. Perché una tale differenza?
Il Fluke 87 V fornisce misurazioni del vero valore RMS, con valori corretti ma inferiori rispetto a strumenti con valori medi come il Fluke 27 II, su onde quadre o forme d'onda che somigliano a onde quadre. Mike collegò il suo ScopeMeter Industriale Fluke 120B e visualizzò la forma d'onda della tensione. Lo schermo mostrò che la forma d'onda era bruscamente tagliata in cima, rendendola più un'onda quadrata invece che sinusoidale. Il valore di picco misurava soltanto 135 V, rispetto ai 162 V previsti.
Mike disegnò uno schema lineare del sistema, che mostrava che il trasformatore che alimentava l'area di prova era all'angolo opposto dell'edificio, a una distanza di quasi 150 metri. Gran parte dei carichi su quel trasformatore non erano lineari e assorbivano picchi elevati di corrente alla tensione di picco. La combinazione di alti picchi di corrente e un'elevata impedenza causata dalla distanza avevano contribuito alla riduzione della tensione alla fine del circuito, proprio dove si trovava l'area di prova.
Teoria e analisi
Dal momento che i circuiti interni del macchinario medico funzionavano a bassa tensione in corrente continua, l'alimentatore interno aveva un circuito di ingresso con condensatore/diodo che richiedeva una determinata tensione di picco minima per un funzionamento corretto. La targhetta dati sul macchinario medico mostrava che questo necessitava di una tensione di alimentazione tra i 100 e i 135 V RMS CA. Gli ingegneri che l'avevano progettato e che ne avevano definito i valori nominali ipotizzavano che la tensione di alimentazione sarebbe stata un'onda sinusoidale, cosicché il picco minimo sarebbe stato pari a 141 V (100 x 1,41). Dal momento che il valore misurato della tensione in ingresso di picco era pari soltanto a 135 V, il macchinario utilizzava una tensione di picco che era già inferiore di 6 V rispetto al minimo assoluto richiesto. Quando è stato acceso il ventilatore, la corrente di picco assorbita dal motore della ventola ha ridotto ancora di più la tensione, fino al punto da mandare fuori uso l'alimentatore del macchinario. Questo è ciò che aveva causato il riavvio del macchinario.
Soluzione
Il problema del taglio al picco di tensione (sommità piatta) è piuttosto comune negli edifici ad alta tecnologia. Molti degli edifici attualmente in uso non sono stati progettati per gestire l'ampia gamma di computer e di carichi non lineari tipici di oggi.
In questo caso, al fine di ridurre la caduta di tensione tra il trasformatore e il carico, sarebbe necessario ricablare quasi completamente l'impianto elettrico. In alternativa, si potrebbero spostare i carichi più sensibili in modo che siano più vicini al trasformatore.