Veelvoorkomende storingen in servoaandrijvingen en servomotoren: oorzaken, diagnose en preventieve strategieën

Over de auteur

Geschreven door John Yang, verkoopmanager van Apter Power

John Yang, verkoopmanager van Evolo Automation, is toegewijd aan de industriele besturingssector en streeft ernaar om klanten gedurende het gehele samenwerkingsproces end-to-end ondersteuning te bieden. Hij begrijpt diepgaand welke cruciale rol stabiele industriële besturingssystemen spelen in productieprocessen en richt zich daarom op het luisteren naar de werkelijke behoeften van klanten—of het nu gaat om het upgraden van bestaande besturingsapparatuur, het oplossen van compatibiliteitsproblemen tussen systemen of het op maat ontwikkelen van automatiseringsoplossingen voor specifieke industriële scenario’s.

In moderne geautomatiseerde fabrieken — van CNC-bewerkingscentra en halfgeleiderapparatuur tot verpakkingslijnen en robots — vormen de servo-aandrijving en servomotor de kern eenheid voor bewegingsbesturing. In tegenstelling tot gewone inductiemotoren motoren , servosystemen werken ze in een gesloten lus-architectuur die voortdurend opdrachtsignalen vergelijkt met terugkoppelingssignalen. Dit ontwerp levert een hoge positioneringsnauwkeurigheid, snelle respons en herhaalbaarheid op, maar betekent ook dat kleine storingen snel kunnen escaleren tot machine-uitval.

Recente onderhoudsstatistieken van verschillende Aziatische productiefaciliteiten tonen aan dat meer dan 45% van de onverwachte productiestilstand bij precisieapparatuur verband houdt met bewegingsbesturingssystemen, en binnen die categorie zijn storingen in servoregelaars en servomotoren het meest voorkomend. Het begrijpen van typische foutpatronen is daarom essentieel voor onderhoudstechnici en automatisatiemanagers.

Inspectie vóór het opstarten: de meest genegeerde, maar meest effectieve preventiemaatregel

Voordat een servomotor , zijn verschillende controles noodzakelijk. Veel storingen in het veld ontstaan eigenlijk al voordat de motor zelfs maar draait.

Technici moeten controleren:

Isolatieweerstand (bij laagspanningsmotoren dient deze hoger te zijn dan 0,5 MΩ)

Juiste aansluitingspanning en fasenvolgorde van de bedrading

Juiste aarding

Toestand van zekeringen en beveiligingsapparatuur

Uitlijning en integriteit van de mechanische aandrijving

Schone en veilige installatieomgeving (geen brandbare materialen in de buurt)

Gegevens uit onderhoudslogboeken tonen een opvallend patroon:

ongeveer 30% van servoregelaaralarmen optreden binnen de eerste 72 uur na installatie, en de meeste zijn terug te voeren op bedradingfouten, slechte aarding of onjuiste spanningen. Met andere woorden: dit zijn geen componentstoringen — het zijn inbedrijfstellingfouten.

Lageroververhitting: De meest voorkomende mechanische storing

Lageroververhitting is een van de vroegste waarschuwingssignalen bij servomotoren .

Interne mechanische oorzaken

Te strakke pasvorm tussen de lager ringen

Uitlijningsfout tussen as en eindkap

Onjuiste keuze van lager type

Verontreinigde of onvoldoende smering

Asstroom die door het lager loopt

Externe gebruiksomstandigheden

Slechte uitlijning bij installatie tussen motor en aandrijfas

Te strak aangespannen riemen of katrollen

Verlopen of verhard smeermiddel

Gegevens van temperatuurbewaking tonen aan dat, zodra de lagertemperatuur de normale bedrijfstemperatuur overschrijdt met 15–20 °C, de levensduur van het lager bijna met 50% kan afnemen. Bij hoge snelheid CNC-spindels leidt dit vaak tot trillingsalarms en uiteindelijk tot stroomoverschrijdingsbeveiliging in de servoregelaar.

Driefasenstroomonbalans

Gezond servomotor moet evenwichtige stroom door alle drie de fasen trekken. Als er sprake is van onbalans, geeft de regelaar doorgaans een overbelastings- of stroomoverschrijdingsalarm.

Typische oorzaken zijn:

Ongebalanceerde voedingsspanning

Slecht gesoldeerde of losse interne verbindingen

Wikkelingkortsluitingen (draad-naar-draad of fase-naar-aarde)

Onjuiste bedrading

Zelfs een spanningsevenwicht van 2–3% kan een stroomonbalans van meer dan 15% veroorzaken, wat de verwarming in één wikkelingsfase aanzienlijk verhoogt en het isolatiefoutenverschijnsel versnelt.

Hoe Servomotor daadwerkelijk regelen van snelheid

Een servosysteem is een klassiek gesloten lus-regelsysteem met terugkoppeling.

De motor drijft een tandwielset of een mechanische belasting. Een positiesensor — meestal een encoder — zet de asrotatie om in een elektrisch terugkoppelsignaal. De besturing vergelijkt continu:

Opdrachtsignaal in pulsvorm (doelpositie/doelsnelheid)

vs.

Terugkoppelsignaal (actuele positie/actuele snelheid)

Als er een afwijking bestaat, genereert de regelaar correctiepulsen, waardoor de motor voorwaarts of achterwaarts draait totdat de fout bijna nul is. Daarom bereiken servomotoren nauwkeurige positionering en constante snelheidsregeling — en daarom veroorzaken sensorproblemen onmiddellijk systeemalarm.

Encoder- en terugkoppelingsstoringen

Eén van de meest voorkomende elektronische problemen is instabiele terugkoppeling.

Typische symptomen:

As-trilling

Plotselinge snelheidsschommeling

Positieverliesalarmen

Onstabiel tachometersignaal

Oorzaken zijn onder andere:

Gesprongen encoderplaat

Losse aansluitklemmen

Elektrische interferentie

Slechte afscherming

Veldanalyse wijst erop dat encoderproblemen bijna 25% van de gevallen van probleemoplossing in servosystemen van CNC-machines veroorzaken.

Codeerder faseafstemming is ook van cruciaal belang. Wanneer de elektrische hoek van de encoder niet overeenkomt met de positie van de magnetische polen van de rotor, kan de motor trillen, oververhitten of weigeren te starten. De afstemming wordt meestal uitgevoerd met behulp van een lage-gelijkstroominjectie en signaalwaarneming met een oscilloscoop, of wordt automatisch opgeslagen in de EEPROM van absolute encoders.

Vonken tussen borstel en commutator (voor gelijkstroom-servomotoren met borstels)

Hoewel veel moderne servomotoren brushless zijn, bestaan er nog steeds gelijkstroom-servomotoren met borstels in oudere installaties. Het observeren van vonkcondities helpt bij het diagnosticeren van problemen:

Kleine, gelegenheidsmatige vonken: normaal

Geen vonken: normaal

Meerdere kleine vonken: reiniging van de commutator vereist

Grote vonken: vervanging van de borstels of bewerking van de commutator vereist

Een sterk ongelijke commutatoroppervlakte moet met precisie worden bewerkt; geringe beschadiging kan worden hersteld door geleidelijk polijsten met fijn schuurpapier.

Onstabiele beweging: jagen, kruipen en trillingen

Jagen (oscillatie tijdens beweging)

Optreedt wanneer:

Feedbacksignaal onstabiel

Speling in de mechanische transmissie

Te hoge servoversterking

Kruipen (schokkerige beweging bij lage snelheid)

Wordt meestal veroorzaakt door:

Slechte smering

Zware belasting

Losse koppeling tussen motor en kogelomloopspindel

Trilling bij hoge snelheid

Leidt vaak tot overstroomalarmen.

In de meeste gevallen is het werkelijke probleem niet mechanisch — het is een onjuiste afstemming van de parameters van de snelheidslus.

Onderzoeken naar het inbedrijfname van gereedschapsmachines tonen aan dat onjuiste afstemming van servo-parameters verantwoordelijk is voor ongeveer 20% van de klachten over prestaties, ondanks een volkomen gezonde hardware.

Koppelverlies en oververhitting

Wanneer een servomotor versnelt naar hoge snelheid, neemt het beschikbare koppel af. Een plotseling koppelverlies wijst echter op een probleem:

Koelingsstoring

Te grote mechanische belasting

Oververhitte wikkelingen

Thermografische inspecties op productielijnen laten zien dat motoren die continu boven de nominale belasting werken, binnen maanden in plaats van jaren isolatie-afbraak kunnen ervaren. Een juiste belastingsberekening vóór installatie is daarom essentieel.

Positiefoutalarmen

Servoaandrijvingen monitoren voortdurend de positionele afwijking. Als de as de toegestane foutmarge overschrijdt, treedt een positieafwijkingsalarm op.

Veelvoorkomende oorzaken:

Instelparameters voor versterking zijn onjuist ingesteld

Verontreinigde positiesensor

Opgehoopte mechanische transmissiefout

Tolerantie is te strak ingesteld

In hoogprecieze bewerkingscentra verschijnt dit alarm vaak tijdens snelle versnelling of vertraging.

Servomotor Draait niet

Wanneer een servomotor weigert te starten, ligt het probleem vaak aan de besturingszijde en niet aan de mechanische zijde.

Technici moeten controleren:

Puls- en richtingssignaal van de CNC-controller;

Inschakelsignaal (meestal +24 V);

Voorwaarde voor het losmaken van de rem;

Aandrijffouten;

Koppelingstoring tussen motor en kogelomloopspindel;

Statistieken van teams voor field service wijzen erop dat problemen met het besturingssignaal vaker voorkomen dan daadwerkelijke motorschade in gevallen van 'geen rotatie'.

Servosystemen zijn precisieapparaten die elektronica, mechanica en regelalgoritmen integreren. Hun storingen treden zelden willekeurig op. In plaats daarvan volgen ze herkenbare patronen: installatiefouten, feedbackproblemen, mechanische misuitlijning en onjuiste afstemming van parameters.

De belangrijkste les voor moderne fabrieken is duidelijk:

preventieve inspectie en juiste inbedrijfstelling verminderen storingen veel effectiever dan het vervangen van hardware.

Naarmate de productie zich richt op hogesnelheids- en hoognauwkeurigheidsprocessen, is onderhoud niet langer reactief herstel, maar betrouwbaarheidsengineering op basis van gegevens. Het begrijpen van de meest voorkomende storingmechanismen van servoaandrijvingen is daarom niet alleen een technische vereiste, maar ook een fundamenteel element van slimme productie.

Dit artikel is afkomstig van: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

Het auteursrecht berust bij de oorspronkelijke auteur. Neem alstublieft contact met ons op bij eventuele inbreuken; wij verwijderen het materiaal dan onmiddellijk.