Podwyższony pobór prądu w serwosilniku zwykle oznacza, że do wykonania tego samego ruchu potrzebny jest większy moment niż wcześniej albo że sam silnik nie pracuje już z prawidłową sprawnością. Objaw może pojawiać się tylko podczas przyspieszania, pod obciążeniem, przy zmianie kierunku lub utrzymywaniu pozycji. Znaczenie ma nie pojedynczy pik, lecz zmiana względem wcześniejszej pracy osi w takim samym cyklu.
Krótkotrwały wzrost prądu podczas dynamicznego ruchu jest zjawiskiem normalnym. Problem zaczyna się wtedy, gdy wysoka wartość utrzymuje się dłużej, powtarza w kolejnych cyklach albo pojawia się mimo braku zmian w procesie produkcyjnym.
#1 Serwosilnik pracuje pod większym obciążeniem niż wcześniej
W serwosilniku prąd jest bezpośrednio związany z wytwarzanym momentem. Gdy rosną opory działające na wał, silnik musi pobrać więcej prądu, aby zachować zadaną pozycję, prędkość lub przebieg ruchu.
Źródło nie zawsze znajduje się wewnątrz silnika. Wysoki pobór może wynikać z rosnącego oporu prowadnic, zużytej śruby kulowej, uszkodzonej przekładni, niewspółosiowości sprzęgła albo przeciążenia mechanizmu. Serwosilnik może być sprawny elektrycznie, a mimo to pracować coraz ciężej z powodu zmiany warunków po stronie maszyny.
Ważny jest moment pojawienia się objawu. Jeśli prąd rośnie tylko w określonym położeniu osi albo przy ruchu w jednym kierunku, przyczyna często wiąże się z lokalnym oporem mechanicznym.
#2 Zużyte łożyska zwiększają opory wału
Łożyska w złym stanie powodują wzrost tarcia, pogorszenie płynności obrotu i dodatkowe obciążenie cieplne. Silnik potrzebuje wtedy większego momentu, aby wykonać ruch, który wcześniej nie wymagał podwyższonego prądu.
Przyspieszone zużycie może wynikać z zanieczyszczeń, nieprawidłowego montażu, uszkodzenia gniazd, nadmiernego napięcia wstępnego albo zastosowania łożysk o niewłaściwych parametrach. Z czasem wysoki pobór prądu może występować razem z hałasem, drganiami oraz wzrostem temperatury obudowy.
#3 Hamulec nie zwalnia całkowicie
W wielu serwosilnikach znajduje się hamulec trzymający, który zabezpiecza oś po odłączeniu momentu. Jeżeli nie zwalnia w pełni, wał obraca się pod stałym dodatkowym oporem.
Przyczyną może być zużycie elementów ciernych, zanieczyszczenie mechanizmu, uszkodzenie cewki lub nieprawidłowa szczelina. Serwosilnik pobiera wtedy więcej prądu od początku ruchu, a temperatura silnika i hamulca szybko rośnie. Objaw może występować od początku ruchu, nasilać się po rozgrzaniu urządzenia albo pojawiać tylko w określonych warunkach pracy.
Prostym sposobem na wstępną weryfikację tej przyczyny jest pomiar napięcia zwalniającego hamulec i porównanie go z wartością nominalną podaną w karcie katalogowej silnika. Zaniżone napięcie zwalniające często tłumaczy niepełne otwarcie hamulca, zanim jeszcze dojdzie do rozbierania mechanizmu.
#4 Olej, chłodziwo lub wilgoć dostały się do wnętrza
Zanieczyszczenia wewnątrz serwosilnika mogą oddziaływać jednocześnie na część mechaniczną, elektryczną i układ pomiarowy. Olej lub chłodziwo mogą przedostać się do łożysk, hamulca, enkodera albo przestrzeni przy uzwojeniach.
Skutki zależą od miejsca, do którego przedostało się zanieczyszczenie. W obrębie łożysk lub hamulca może ono zwiększać opory ruchu, przy uzwojeniach pogarszać stan izolacji, a w układzie pomiarowym powodować niestabilny lub błędny sygnał położenia.
#5 Uszkodzenie uzwojeń powoduje nierównomierny przepływ prądu
Zwarcie międzyzwojowe, pogorszenie izolacji lub uszkodzenie jednego z połączeń wewnętrznych może początkowo nie zatrzymać silnika całkowicie. Jednostka nadal wykonuje ruch, ale może wzrosnąć prąd i temperatura, a w zależności od rodzaju uszkodzenia mogą pojawić się również różnice między fazami, spadek osiąganego momentu albo niestabilna praca pod obciążeniem.
Lokalnie przegrzane uzwojenie szybciej traci właściwości izolacyjne. W kolejnych cyklach uszkodzenie może obejmować coraz większy fragment uzwojenia, aż serwosilnik zacznie tracić moment albo przestanie się uruchamiać.
#6 Rozmagnesowany wirnik potrzebuje większego prądu
Serwosilniki z magnesami trwałymi wytwarzają moment dzięki polu magnetycznemu wirnika. Jeżeli magnesy tracą część swoich właściwości, silnik potrzebuje większego prądu, aby uzyskać ten sam moment co wcześniej.
Warto rozróżnić tu dwa różne zjawiska. Pierwsze to odwracalny spadek strumienia magnetycznego przy podwyższonej temperaturze wirnika, jednak po ochłodzeniu silnika magnesy odzyskuje swoje właściwości, a pobór prądu wraca do normy. Drugie to trwałe rozmagnesowanie, będące skutkiem przekroczenia dopuszczalnej temperatury wirnika, silnego przeciążenia prądowego albo wcześniejszego uszkodzenia termicznego. W tym przypadku spadek strumienia magnetycznego jest nieodwracalny, co zwiększa obciążenie uzwojeń na stałe i wymaga wymiany lub regeneracji wirnika.
Rozmagnesowanie jest zwykle skutkiem wcześniejszego przeciążenia lub przegrzania, a nie pierwszym etapem usterki.
#7 Uszkodzony lub nieprawidłowo ustawiony enkoder zakłóca komutację
Układ pomiarowy odpowiada za informację o położeniu wirnika. Jeżeli sygnał enkodera lub resolvera jest niestabilny, serwosilnik może być nieprawidłowo komutowany.
Objawem bywa drżenie wału, szarpanie, niestabilne utrzymywanie pozycji oraz oscylacje prądu. Problem jest często najbardziej widoczny przy małej prędkości, zatrzymaniu osi albo po nagrzaniu silnika.
Podobny efekt może wystąpić po nieprawidłowym ustawieniu enkodera lub resolvera względem wirnika. Błędny offset komutacji powoduje, że część prądu nie wytwarza użytecznego momentu, a silnik zaczyna pobierać większy prąd, drgać i szybciej się nagrzewać.
Kiedy oddać serwosilnik do diagnozy
Jeśli zwiększony pobór prądu utrzymuje się dłużej niż pojedynczy cykl pracy albo powtarza się regularnie, warto przekazać silnik do sprawdzenia, zanim dojdzie do trwałego uszkodzenia uzwojenia lub całkowitej utraty właściwości magnesów. Pełny zakres czynności wykonywanych podczas diagnozy serwosilnika, obejmujący między innymi ocenę stanu izolacji uzwojeń, porównanie parametrów faz, sprawdzenie układu pomiarowego oraz ocenę części mechanicznej, opisujemy na naszej podstronie poświęconej naprawie i serwisowi serwosilników.
Zwiększony pobór prądu w serwosilniku rzadko ustępuje samoistnie. Im wcześniej zostanie zdiagnozowana jego przyczyna, tym mniejsze ryzyko, że pojedynczy objaw przerodzi się w kosztowną awarię całego napędu, a im dłużej ktoś zwleka z decyzją, tym większe ryzyko nieodwracalnego uszkodzenia uzwojenia lub magnesów.
Często zadawane pytania
Czy chwilowy wzrost prądu podczas przyspieszania jest normalny?
Tak. Serwosilnik może krótkotrwale pobierać wyższy prąd podczas przyspieszania, hamowania lub gwałtownej zmiany obciążenia. Znaczenie ma czas trwania oraz porównanie z wcześniejszą pracą osi.
Czy zużyte łożyska mogą podnieść pobór prądu?
Tak. Większe tarcie powoduje wzrost momentu potrzebnego do obrotu wału, a tym samym zwiększa prąd pobierany przez silnik.
Czy uszkodzony enkoder może powodować wysoki prąd?
Tak. Błędny sygnał położenia może zakłócać komutację i wywoływać częste korekty momentu, drżenie oraz oscylacje prądu.
Czy podwyższony prąd zawsze oznacza uszkodzenie serwosilnika?
Serwosilnik z takimi objawami warto powierzyć serwisowi, który dysponuje sprzętem do pomiaru parametrów elektrycznych i oceny stanu mechanicznego w jednym miejscu,ponieważ przyczyna może znajdować się zarówno w części mechanicznej, jak i w uzwojeniu, wirniku, hamulcu lub układzie pomiarowym. W PLE Service każda diagnoza obejmuje pełną ocenę silnika, dzięki czemu przyczyna zostaje ustalona, zanim podejmie się decyzję o naprawie.
