Fallos comunes en accionamientos y motores servo: causas, diagnóstico y estrategias preventivas

Sobre el autor

Escrito por John Yang, director de ventas de Apter Power

John Yang, director de ventas de Evolo Automation, está dedicado al sector del control industrial y se compromete a ofrecer soporte integral a los clientes durante todo el proceso de cooperación. Comprende profundamente el papel fundamental que desempeñan los sistemas estables de control industrial en las operaciones de producción; por ello, se centra en escuchar las necesidades reales de los clientes, ya sea para actualizar equipos de control existentes, resolver problemas de compatibilidad del sistema o personalizar soluciones de automatización para escenarios industriales específicos.

En las fábricas automatizadas modernas —desde centros de mecanizado CNC y equipos para semiconductores hasta líneas de embalaje y robótica— los servo accionamiento y servo motor constituyen la unidad central de control de movimiento. A diferencia de los motores de inducción ordinarios, motor de las máquinas , sistemas de servo funcionan en una arquitectura de bucle cerrado que compara constantemente las señales de comando con las señales de retroalimentación. Este diseño ofrece una alta precisión de posicionamiento, una respuesta rápida y una gran repetibilidad, pero también significa que pequeñas fallas pueden escalar rápidamente hasta provocar paradas completas de la máquina.

Estadísticas recientes de mantenimiento procedentes de varias plantas manufactureras asiáticas indican que más del 45 % de los tiempos de inactividad no planificados en maquinaria de precisión están relacionados con los sistemas de control de movimiento, y dentro de esta categoría, las fallas en los servodrives y motores representan la proporción mayor. Comprender los patrones típicos de fallo es, por tanto, fundamental para los ingenieros de mantenimiento y los responsables de automatización.

Inspección previa al arranque: La prevención más ignorada, pero también la más eficaz

Antes de energizar un servo motor , son necesarias varias comprobaciones. Muchos fallos en campo realmente se originan antes de que el motor incluso arranque.

Los ingenieros deben verificar:

Resistencia de aislamiento (en motores de baja tensión debe superar los 0,5 MΩ)

Tensión de alimentación correcta y secuencia de fases del cableado

Puesta a Tierra Adecuada

Estado de los fusibles y dispositivos de protección

Alineación e integridad de la transmisión mecánica

Entorno de instalación limpio y seguro (sin materiales inflamables cercanos)

Los datos recopilados de los registros de mantenimiento muestran un patrón llamativo:

aproximadamente el 30 % de las alarmas de accionamiento servo ocurren dentro de las primeras 72 horas posteriores a la instalación, y la mayoría se deben a errores en el cableado, una mala conexión a tierra o niveles de voltaje incorrectos. En otras palabras, no se trata de fallos de componentes, sino de errores durante la puesta en servicio.

Sobrecalentamiento de los rodamientos: El fallo mecánico más común

El sobrecalentamiento de los rodamientos es una de las primeras señales de advertencia en motores de Servo .

Causas mecánicas internas

Ajuste excesivamente apretado entre los aros del rodamiento

Desalineación entre el eje y la tapa final

Selección incorrecta del tipo de rodamiento

Lubricación contaminada o insuficiente

Corriente del eje que circula a través del rodamiento

Causas externas de uso

Mala alineación de instalación entre el eje del motor y el eje de la carga

Correas o poleas con excesiva tensión

Grasa caducada o endurecida

Los datos de monitorización de temperatura indican que, cuando la temperatura del rodamiento supera en 15–20 °C su rango normal de funcionamiento, la vida útil del rodamiento puede reducirse casi un 50 %. En los husillos CNC de alta velocidad, esto suele provocar alarmas de vibración y, finalmente, disparos por sobrecorriente en el variador de frecuencia.

Desequilibrio de corriente trifásica

Una saludable servo motor debe consumir una corriente equilibrada en las tres fases. Si aparece un desequilibrio, el variador normalmente emite alarmas de sobrecarga o sobrecorriente.

Causas típicas incluyen:

Tensión de alimentación desequilibrada

Soldadura deficiente o conexiones internas flojas

Cortocircuitos en los devanados (entre espiras o entre fase y tierra)

Conexión incorrecta

Incluso un desequilibrio de voltaje del 2–3 % puede provocar un desequilibrio de corriente superior al 15 %, aumentando drásticamente el calentamiento en una fase del devanado y acelerando la falla del aislamiento.

Cómo Servo motor realmente Controla la Velocidad

Un sistema servo es un clásico sistema de control con retroalimentación en bucle cerrado.

El motor acciona un conjunto de engranajes o una carga mecánica. Un sensor de posición —típicamente un codificador— convierte la rotación del eje en una señal eléctrica de retroalimentación. El variador compara continuamente:

Señal de pulsos de comando (posición/velocidad objetivo)

vs.

Señal de retroalimentación (posición/velocidad real)

Si existe una desviación, el controlador genera pulsos de corrección, provocando una rotación en sentido horario o antihorario hasta que el error se aproxime a cero. Por ello, los motores servo logran una posicionamiento preciso y una regulación constante de la velocidad; también por eso, los problemas del sensor provocan inmediatamente alarmas del sistema.

Fallos del codificador y de la retroalimentación

Uno de los problemas electrónicos más frecuentes es una retroalimentación inestable.

Síntomas típicos:

Temblor del eje

Fluctuación brusca de la velocidad

Alarmas de pérdida de posición

Señal inestable del tacómetro

Las causas fundamentales incluyen:

Disco codificador agrietado

Terminales sueltos

Interferencia eléctrica

Protección deficiente

El análisis de campo sugiere que los problemas del codificador representan casi el 25 % de los casos de resolución de fallos en los sistemas servo de máquinas CNC.

Codificador la alineación de fase también es fundamental. Cuando el ángulo eléctrico del codificador no coincide con la posición de los polos magnéticos del rotor, el motor puede vibrar, sobrecalentarse o no arrancar. Normalmente, la alineación se realiza mediante inyección de corriente continua de baja intensidad y observación de la señal con un osciloscopio, o bien se almacena automáticamente en la memoria EEPROM del codificador en los codificadores absolutos.

Chispa entre la escobilla y el colector (para motores servo con escobillas)

Aunque muchos servomotores modernos son sin escobillas, los motores servo con escobillas siguen existiendo en equipos antiguos. La observación de las condiciones de chispeo ayuda a diagnosticar problemas:

Chispas pequeñas y ocasionales: normales

Ausencia de chispas: normal

Múltiples chispas pequeñas: se requiere limpieza del colector

Chispas grandes: se requiere sustitución de las escobillas o mecanizado del colector

Una superficie del colector severamente irregular debe mecanizarse con precisión; los daños menores pueden repararse mediante pulido progresivo con papel abrasivo fino.

Inestabilidad de movimiento: oscilación, arrastre y vibración

Oscilación (oscilación durante el movimiento)

Ocurre cuando:

La señal de retroalimentación es inestable

Juego en la transmisión mecánica

Ganancia del servo excesiva

Arrastre (movimiento irregular a baja velocidad)

Causado habitualmente por:

Lubricación deficiente

Carga Pesada

Acoplamiento flojo entre el motor y el tornillo de bolas

Vibración de alta velocidad

Con frecuencia provoca alarmas de sobrecorriente.

En la mayoría de los casos, el problema real no es mecánico, sino un ajuste inadecuado de los parámetros del bucle de velocidad.

Los estudios sobre la puesta en servicio de máquinas-herramienta muestran que un ajuste incorrecto de los parámetros del servo es responsable de aproximadamente el 20 % de las quejas sobre rendimiento, a pesar de que el hardware esté perfectamente sano.

Caída de par y sobrecalentamiento

Cuando un motor servo acelera hasta alcanzar altas velocidades, el par disponible disminuye. Sin embargo, una caída brusca de par indica un problema:

Fallo de refrigeración

Carga mecánica excesiva

Sobrecalentamiento de los devanados

Las inspecciones mediante imágenes térmicas en las líneas de producción revelan que los motores que operan de forma continua por encima de su carga nominal pueden experimentar una degradación del aislamiento en cuestión de meses, en lugar de años. Por lo tanto, es fundamental realizar un cálculo adecuado de la carga antes de la instalación.

Alarmas de error de posición

Las unidades servo supervisan continuamente la desviación de posición. Si el eje supera la banda de error admisible, se activa una alarma de desviación de posición.

Motivos comunes:

Parámetros de ganancia configurados incorrectamente

Sensor de posición contaminado

Error acumulado en la transmisión mecánica

Tolerancia establecida demasiado ajustada

En centros de mecanizado de alta precisión, esta alarma aparece frecuentemente durante la aceleración o desaceleración rápidas.

Servo motor No gira

Cuando un motor servo se niega a arrancar, el problema suele estar del lado del control y no del lado mecánico.

Los técnicos deben verificar:

Señal de pulsos y dirección desde el controlador CNC;

Señal de habilitación (típicamente +24 V);

Condición de liberación del freno;

Fallos del accionamiento;

Fallo de acoplamiento entre el motor y el husillo de bolas;

Las estadísticas de los equipos de servicio en campo indican que los problemas con las señales de control ocurren con mayor frecuencia que los daños reales en el motor en los casos de «ausencia de rotación».

Sistemas de servo son dispositivos de precisión que integran electrónica, mecánica y algoritmos de control. Sus fallos rara vez ocurren de forma aleatoria; más bien siguen patrones identificables: errores de instalación, problemas con la realimentación, desalineación mecánica y ajuste inadecuado de parámetros.

La lección clave para las fábricas modernas es clara:

la inspección preventiva y la puesta en marcha correcta reducen los fallos mucho más eficazmente que el reemplazo de hardware.

A medida que la fabricación avanza hacia una producción de alta velocidad y alta precisión, el mantenimiento ya no es una reparación reactiva, sino una ingeniería de fiabilidad basada en datos. Comprender los mecanismos de fallo comunes de los accionamientos servo no es, por tanto, solo un requisito técnico, sino un elemento fundamental de la fabricación inteligente.

Este artículo está extraído de: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

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