Serwomotory asynchroniczne i synchroniczne PMSM koszty naprawy

Nawiązując do częstych zapytań Klientów odnośnie kosztów naprawy silników serwo postanowiliśmy wskazać przyczyny z powodu których koszty ich naprawy znacząco przewyższają koszty remontu standardowych silników indukcyjnych.

Koszty naprawy serwomotorów asynchronicznych

To prawda, że budowa i działanie silnika asynchronicznego i standardowego silnika indukcyjnego jest  identyczna. Występują jednak pewne cechy  serwomotorów asynchronicznych znacznie utrudniające ich naprawę. Należą do nich:

  1.   Wysoka gęstość mocy. Parametr ten świadczy o wielkości mechanicznej silnika w stosunku do jego mocy. Wysoka gęstość mocy oznacza również duże wypełnienie żłobków stojana drutem nawojowym. To z kolei oznacza znacznie utrudnioną wymianę uzwojenia.
  2. Silnik asynchroniczny serwo jest wyposażony w sprzężenie zwrotne. Stanowi je zazwyczaj enkoder inkrementalny lub resolwer. Demontaż sprzężenia zwrotnego niekiedy jest dużym problemem znacznie wydłużającym proces naprawy silnika. W niektórych przypadkach sposób zamocowania enkodera czy resolwera w silniku praktycznie uniemożliwia jego wymontowanie w „całości”.   Należy wówczas liczyć się z koniecznością zakupu nowego podzespołu, co w przypadku  mniejszych silników jest nieopłacalne.
  3. Obroty znamionowe silników asynchronicznych serwo często przekraczają 10000 obr/min. Należy więc liczyć się z podwyższonym kosztem łożysk, uszczelnień i smarów.

Ponadto na koszt naprawy silnika asynchronicznego serwo ma wpływ poświęcony czas i niezbędne wyposażenie w celu  sprawdzenia jego działania w końcowym etapie naprawy. Sprawdzenie działania silnika należy przeprowadzić w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Wymaga to zaprogramowania przemiennika częstotliwości oraz wykonania niezbędnego okablowania.

W silniku asynchronicznym serwo położenie enkodera czy resolwera nie ma wpływu na jego pracę.

Koszty naprawy serwomotorów synchronicznych PMSM

W budowie serwomotorów asynchronicznych i synchronicznych PMSM występują znaczące różnice dotyczące:

  1. Budowy stojana
  2. Budowy wirnika

W najnowszych typach serwomotorów synchronicznych PMSM stojan ma budowę dzieloną, zamknięto-żłobkową. Jeśli zachodzi konieczność wymiany uzwojenia stojana niezbędne jest jego wyciśnięcie z korpusu. Jest to czynność znacząco wpływająca na czas a co za tym idzie koszty naprawy silnika.

Wirnik silnika synchronicznego PMSM wykonany jest zazwyczaj z blachy ferromagnetycznej. Bieguny magnetyczne stanowią magnesy stałe naklejone na powierzchni wirnika lub umieszczone tuż pod nią.

Silnik synchroniczny PMSM wyposażony jest w sprzężenie zwrotne – resolwer lub enkoder. Sprzężenie zwrotne w silniku synchronicznym PMSM dostarcza do serwowzmacniacza dane odnośnie przesunięcia kątowego pomiędzy biegunami magnetycznymi wirnika względem biegunów stojana. Ten parametr nazywany jest często offsetem komutacji.
Offset komutacji nie jest identyczny we wszystkich typach serwomotorów. Producenci serwonapędów stosują różne ustawienia offsetu komutacji nawet w obrębie jednego typu silników. Dobrym przykładem będą silniki Rexroth w których wielkość offsetu komutacji zapisana jest w pamięci wewnętrznej enkodera.

Prawidłowo ustawiony offset komutacji to warunek krytyczny umożliwiający poprawne sterowanie silnikiem synchronicznym PMSM przez serwowzmacniacz.

Z powyższego wynika, że najlepszą metodą skutecznej naprawy silnika jest odczyt offsetu komutacji przed demontażem sprzężenia zwrotnego. Po zakończonej naprawie sprzężenie zwrotne powinno zostać zamontowane z błędem nie przekraczającym 1ºE (stopień elektryczny). Takie postępowanie nieco podnosi koszty naprawy silnika, ale pozwala uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek podczas uruchamiania silnika u Klienta.

Objawy złego ustawienia offsetu komutacji

Zdjęcie przedstawia uszkodzony serwomotor synchroniczny PMSM. Gołym okiem widoczne uszkodzenie uzwojenia stojana. Uszkodzony jest również wirnik. Ze względu na koszt  ten silnik niestety nie kwalifikuje się do naprawy.

Uszkodzone uzwojenie stojana silnika synchronicznego PMSMPraca silnika z niewłaściwie ustawionym sprzężeniem zwrotnym zawsze kończy się jego uszkodzeniem.. Najbardziej narażone są silniki w których uzwojeniu nie są montowane czujniki temperatury np. Yaskawa.

Należy zadać następujące pytanie: czy serwowzmacniacz jest w stanie rozpoznać, przed uruchomieniem silnika, że sprzężenie zwrotne jest źle ustawione? Odpowiedź brzmi: nie. Wadliwe ustawienie enkodera czy resolwera zostanie wykryte po próbie uruchomienia silnika. Zostanie zazwyczaj wyświetlony alarm o przekroczeniu dopuszczalnego prądu wzmacniacza. Uruchomieniu silnika z wadliwie ustawionym sprzężeniem zwrotnym towarzyszy zazwyczaj silne szarpnięcie mogące spowodować zagrożenie bezpieczeństwa.
„Niewielkie” błędy ustawienia offsetu komutacji umożliwiają uruchomienie silnika ale:

  1. Silnik będzie pobierał większy prąd co spowoduje przegrzanie uzwojenia silnika
  2. Silnik będzie pracował niestabilnie co po pewnym czasie doprowadzi do uszkodzenia mechanicznego silnika
  3. Zwiększone obciążenie serwowzmacniacza doprowadzi do jego przedwczesnego zużycia a nawet uszkodzenia

Czy warto zatem w celu cięcia kosztów i podniesienia konkurencyjności rezygnować z któregokolwiek etapu naprawy? Moim zdaniem zdecydowanie nie.