Perché il servomotore assorbe troppa corrente? 7 possibili cause

Se un servomotore assorbe troppa corrente, nella maggior parte dei casi ciò indica un aumento delle resistenze meccaniche, un problema al freno, un danneggiamento degli avvolgimenti, un indebolimento del campo magnetico del rotore oppure un funzionamento anomalo del sistema di misura. La causa, tuttavia, non si trova sempre all’interno del motore. Un maggiore assorbimento di corrente può essere anche conseguenza di un sovraccarico dell’asse, dell’usura del riduttore, delle guide o della vite a ricircolo di sfere.

L’aspetto più importante è confrontare il funzionamento attuale con il comportamento precedente dello stesso asse nello stesso ciclo produttivo. Un aumento temporaneo della corrente durante l’accelerazione, la frenata o una brusca variazione del carico può essere normale. È invece preoccupante una situazione in cui la corrente elevata persiste più a lungo, si ripete in ogni ciclo oppure compare senza alcuna modifica del processo.

• La corrente aumenta solo in un determinato punto del movimento? Sospetta una resistenza meccanica locale.
• Il motore si surriscalda e fa rumore? È necessario controllare, tra gli altri componenti, i cuscinetti e il freno.
• Compaiono differenze tra le fasi? È necessario controllare gli avvolgimenti e i collegamenti.
• Dopo un surriscaldamento il motore richiede costantemente più corrente? È necessario verificare lo stato del rotore.
• L’albero vibra, strattona o mantiene la posizione in modo instabile? Il problema può riguardare l’encoder, il resolver o la commutazione.

Questo sintomo non deve essere ignorato. Una corrente eccessiva provoca un ulteriore riscaldamento degli avvolgimenti e l’aumento della temperatura può accelerare lo sviluppo di altri danni. Di conseguenza, un problema inizialmente limitato a un cuscinetto, al freno o al sistema di misura può portare a una riparazione del servomotore molto più costosa.

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Perché il servomotore assorbe troppa corrente? Le 7 cause più frequenti

1. Il servomotore lavora con un carico maggiore rispetto a prima

In un servomotore, l’assorbimento di corrente è strettamente legato alla coppia necessaria per eseguire il movimento. Se aumenta la resistenza che agisce sull’albero, il sistema deve generare una coppia maggiore per mantenere la velocità, la posizione o il profilo di movimento impostati. Di conseguenza aumenta anche la corrente.

Ciò non significa necessariamente che il servomotore stesso sia danneggiato. La fonte del problema può essere un maggiore carico del motore elettrico dal lato della macchina: una vite a ricircolo di sfere usurata, guide contaminate, un riduttore danneggiato, il disallineamento del giunto, una tensione non corretta degli elementi di trasmissione oppure un sovraccarico meccanico del processo.

Come riconoscere un problema di carico meccanico?

È particolarmente utile sapere quando compare l’aumento dell’assorbimento di corrente. Se si verifica soltanto in una determinata posizione dell’asse, può indicare un aumento locale della resistenza. Se la corrente differisce durante il movimento nelle due direzioni opposte, è necessario controllare gli elementi di trasmissione, la guida dell’asse e il carico del meccanismo.

Una delle fasi più importanti della diagnosi consiste nel confrontare il funzionamento del servomotore collegato alla macchina con il suo comportamento dopo averlo scollegato in sicurezza dal carico. Se dopo il disaccoppiamento del meccanismo l’assorbimento di corrente diminuisce sensibilmente, la causa del problema deve essere ricercata principalmente nella parte meccanica.

2. I cuscinetti usurati aumentano la resistenza dell’albero

I cuscinetti del servomotore influiscono direttamente sulle resistenze al movimento dell’albero. L’usura delle piste, degli elementi volventi o del lubrificante provoca un aumento dell’attrito, una riduzione della fluidità di rotazione e un ulteriore carico termico. Il servomotore necessita quindi di una coppia maggiore per eseguire lo stesso movimento.

Il danneggiamento dei cuscinetti può essere conseguenza della normale usura, di contaminazioni, di un montaggio errato, di un sovraccarico, di sedi danneggiate oppure dell’impiego di componenti con parametri non adeguati. Con il tempo, oltre all’aumento della corrente, compaiono spesso vibrazioni, rumore, temperatura elevata e peggioramento della fluidità del movimento.

Cosa può indicare l’usura dei cuscinetti?

• funzionamento più rumoroso del servomotore,
• vibrazioni percepibili sull’alloggiamento,
• rotazione irregolare dell’albero,
• aumento della temperatura dopo un breve periodo di funzionamento,
• assorbimento di corrente crescente nonostante il processo produttivo sia rimasto invariato,
• gioco radiale o assiale percepibile.

La sostituzione dei cuscinetti non dovrebbe consistere esclusivamente nella scelta di componenti delle stesse dimensioni. Nei servomotori sono importanti, tra gli altri aspetti, la classe del cuscinetto, il gioco, il metodo di montaggio e la regolazione degli elementi di retroazione. Una revisione non corretta può causare un nuovo aumento delle vibrazioni e problemi di precisione dell’asse.

Il servomotore assorbe sempre più corrente, fa rumore o si surriscalda sensibilmente? È consigliabile eseguire una diagnosi prima che l’aumento della temperatura provochi danni agli avvolgimenti, all’encoder o ai magneti del rotore.

3. Il freno del servomotore non si rilascia completamente

In molti servomotori viene utilizzato un freno di stazionamento, il cui compito è mantenere in sicurezza l’asse dopo la disattivazione della coppia. Se durante il funzionamento il freno non viene completamente rilasciato, l’albero ruota con una resistenza aggiuntiva costante. Il sistema di controllo cerca di superarla aumentando la coppia e, di conseguenza, la corrente.

La causa può essere l’usura degli elementi di attrito, la contaminazione del meccanismo, un traferro non corretto, il danneggiamento della bobina del freno oppure una tensione di rilascio non corretta.

Come verificare se il problema è il freno?

Un sintomo caratteristico è un aumento dell’assorbimento di corrente praticamente fin dall’inizio del movimento, accompagnato da un rapido aumento della temperatura del motore o del freno stesso. Il problema può inoltre intensificarsi con il progressivo riscaldamento del dispositivo.

Una delle prime misurazioni dovrebbe essere la verifica della tensione di rilascio del freno e il confronto con i parametri previsti per lo specifico modello di servomotore. Una tensione troppo bassa può causare un’apertura incompleta del freno senza che questo sia necessariamente completamente guasto.

4. Olio, refrigerante o umidità sono penetrati all’interno del servomotore

Una perdita di tenuta del servomotore può causare problemi contemporaneamente in diversi suoi componenti. Olio, emulsione refrigerante o umidità possono penetrare nei cuscinetti, nel freno, negli avvolgimenti, nell’encoder o nel resolver.

Nella parte meccanica, la contaminazione può aumentare le resistenze al movimento o compromettere il funzionamento del freno. Nell’area degli avvolgimenti può influire sullo stato dell’isolamento, mentre nel sistema di retroazione può provocare disturbi del segnale di posizione.

A quali sintomi prestare attenzione?

Dopo una perdita di olio o refrigerante non bisogna monitorare esclusivamente l’assorbimento di corrente. Sono importanti anche il peggioramento della resistenza di isolamento, i problemi dell’encoder, il posizionamento instabile, rumori insoliti e tracce di contaminazione nell’area dell’albero e dei connettori.

In questo caso, la semplice asciugatura o pulizia della parte esterna del motore potrebbe non risolvere il problema. Potrebbero essere necessari una diagnosi completa del servomotore e il controllo dei componenti situati all’interno dell’alloggiamento.

5. Gli avvolgimenti danneggiati provocano un aumento e un flusso irregolare della corrente

Un cortocircuito tra le spire, il deterioramento dell’isolamento o il danneggiamento di un collegamento interno non provocano sempre l’arresto immediato del servomotore. Il motore può continuare a eseguire il movimento, ma funzionare a una temperatura più elevata e con un maggiore assorbimento di corrente.

A seconda del tipo di danno possono inoltre comparire differenze tra le fasi, una riduzione della coppia disponibile, problemi sotto carichi elevati oppure un funzionamento instabile durante variazioni dinamiche della velocità.

Il problema tende ad aggravarsi. Una parte dell’avvolgimento surriscaldata localmente perde più rapidamente le proprie proprietà isolanti, per cui i cicli di funzionamento successivi possono estendere l’area danneggiata.

Come vengono diagnosticati gli avvolgimenti del servomotore?

La base della diagnosi è il confronto dei parametri delle singole fasi, la verifica dello stato dell’isolamento e la valutazione della simmetria degli avvolgimenti. Nella diagnostica professionale vengono utilizzati anche metodi che consentono di rilevare cortocircuiti tra le spire, che non sempre possono essere identificati con certezza esclusivamente mediante una semplice misurazione della resistenza.

Se compaiono differenze evidenti tra le fasi, il motore si surriscalda notevolmente oppure la sua coppia diminuisce, continuare a utilizzarlo può aumentare significativamente l’entità della riparazione.

6. La smagnetizzazione del rotore aumenta la corrente richiesta

La smagnetizzazione del rotore è una delle principali cause elettriche per cui un servomotore meccanicamente efficiente inizia ad assorbire più corrente. Nei servomotori a magneti permanenti, la coppia viene generata grazie all’interazione tra il campo magnetico del rotore e quello generato dagli avvolgimenti.

Se il flusso magnetico del rotore diminuisce, per ottenere la stessa coppia è necessaria una corrente maggiore.

Riduzione temporanea del magnetismo e smagnetizzazione permanente

A temperature elevate, le proprietà magnetiche del rotore possono temporaneamente peggiorare e, dopo il raffreddamento, tornare verso i valori precedenti. Un problema molto più grave è la smagnetizzazione permanente causata da un forte sovraccarico di corrente, dal superamento della temperatura ammissibile del rotore o da un precedente danneggiamento termico.

In questo caso, anche dopo il raffreddamento il motore necessita di più corrente per eseguire lo stesso compito. Ciò provoca un ulteriore carico sugli avvolgimenti, un nuovo riscaldamento e può accelerare lo sviluppo del danno.

Lo stato dei magneti può essere valutato, tra l’altro, tramite misurazioni dei parametri elettrici e confrontando la tensione generata dal motore in condizioni di rotazione controllate con i valori di riferimento. Questi test devono essere eseguiti da un centro assistenza adeguatamente attrezzato.

7. Un encoder o resolver danneggiato disturba la commutazione

L’encoder o il resolver trasmette al sistema di controllo le informazioni sulla posizione del rotore. Se il segnale è instabile, distorto oppure riferito in modo errato alla posizione del rotore, può verificarsi una commutazione errata del servomotore.

I sintomi tipici sono vibrazioni dell’albero, strattoni, oscillazioni della corrente, mantenimento instabile della posizione e aumento del riscaldamento. Il problema è spesso particolarmente evidente durante il funzionamento a bassa velocità, da fermo con coppia attiva oppure dopo il riscaldamento del motore.

Perché un offset errato dell’encoder aumenta la corrente?

Se la posizione dell’encoder o del resolver rispetto al rotore è impostata in modo errato, il controller può generare corrente nel momento elettrico sbagliato. Una parte dell’energia assorbita non viene quindi convertita efficacemente in coppia utile.

Il servomotore può continuare a funzionare, ma necessita di una corrente maggiore, si surriscalda di più, vibra o si comporta in modo instabile. Per questo motivo, dopo una riparazione meccanica, la sostituzione dei cuscinetti o lo smontaggio dell’encoder, è estremamente importante mantenere o ripristinare correttamente la sua posizione rispetto al rotore.

Come diagnosticare un maggiore assorbimento di corrente nel servomotore e quando affidarlo all’assistenza?

Come individuare la causa dal comportamento dell’asse?

Sintomo	Possibile area del problema
La corrente aumenta solo in una determinata posizione dell’asse	Guide, vite a ricircolo di sfere, riduttore o resistenza meccanica locale
La corrente è elevata fin dall’inizio del movimento e il motore si surriscalda rapidamente	Il freno non si rilascia completamente oppure è presente un’elevata resistenza meccanica
Corrente, rumore e vibrazioni aumentano contemporaneamente	Cuscinetti o altri elementi meccanici
La corrente aumenta dopo una perdita di refrigerante o olio	Contaminazione di cuscinetti, freno, avvolgimenti o sistema di misura
Il motore si surriscalda molto e i parametri delle fasi sono irregolari	Avvolgimenti o collegamenti elettrici
Dopo un precedente surriscaldamento, il servomotore richiede costantemente più corrente	Smagnetizzazione del rotore
L’albero vibra, strattona, oscilla o mantiene la posizione in modo instabile	Encoder, resolver o commutazione errata

Cosa controllare prima di smontare il servomotore?

Prima di decidere di procedere con una riparazione, è utile raccogliere informazioni che permettano di distinguere un problema del motore stesso da un problema della macchina. Per prima cosa occorre verificare se il carico dell’asse è cambiato e in quale momento del ciclo si verifica l’aumento della corrente.

• Confronta la corrente attuale con il funzionamento precedente dello stesso asse in un ciclo identico.
• Verifica se l’aumento si verifica durante l’accelerazione, a velocità costante, da fermo oppure solo in una determinata posizione.
• Confronta il comportamento dell’asse durante il movimento in entrambe le direzioni.
• Controlla il meccanismo per verificare la presenza di grippaggi o danni al riduttore, alle guide e al giunto.
• Verifica che il freno si rilasci correttamente.
• Controlla che il motore non lavori a una temperatura elevata e che non si siano verificate perdite nelle sue vicinanze.
• Registra gli allarmi e i valori di corrente visualizzati nel controller o nel servoazionamento.

Tutti i lavori sull’impianto elettrico e le misurazioni che richiedono l’accesso ai circuiti di alimentazione devono essere eseguiti da personale adeguatamente qualificato, conformemente alle procedure di sicurezza vigenti nello stabilimento.

In cosa consiste la diagnosi professionale di un servomotore?

Una diagnosi efficace del servomotore non dovrebbe limitarsi a una singola misurazione. Un maggiore assorbimento di corrente può essere il risultato di diversi guasti contemporaneamente, pertanto è necessario valutare la parte meccanica, la parte elettrica e il sistema di misura.

A seconda della struttura e dei sintomi, il controllo può comprendere:

• stato e resistenza dei cuscinetti,
• gioco e fluidità di rotazione dell’albero,
• funzionamento del freno,
• simmetria dei parametri degli avvolgimenti,
• stato dell’isolamento,
• possibili cortocircuiti tra le spire,
• stato magnetico del rotore,
• segnale dell’encoder o del resolver,
• regolazione del sistema di retroazione rispetto al rotore,
• tracce di olio, refrigerante e umidità all’interno del dispositivo.

In questo modo è possibile stabilire se sia necessaria la sostituzione di un singolo componente, una revisione più completa del servomotore oppure se il problema si trovi al di fuori del motore.

Se un guasto ha fermato la produzione, è consigliabile fornire al centro assistenza non solo il motore, ma anche informazioni sul modello, sui codici di allarme dell’azionamento, sui valori della corrente assorbita e sul momento del ciclo in cui compare il sintomo. Questi dati possono accelerare notevolmente la diagnosi.

Quando conviene riparare o revisionare un servomotore?

La riparazione di un servomotore è particolarmente giustificata quando il dispositivo fa parte di una macchina specializzata o meno recente, quando un nuovo esemplare ha tempi di consegna lunghi oppure quando la sostituzione richiederebbe ulteriori modifiche costruttive e una nuova messa in servizio dell’asse.

L’entità della riparazione dipende dalla causa effettiva. Può essere possibile sostituire i cuscinetti, revisionare il freno, riparare l’avvolgimento, eliminare gli effetti della contaminazione, riparare il sistema di misura oppure revisionare i componenti del rotore. È tuttavia fondamentale individuare prima la causa del maggiore assorbimento di corrente.

In caso di gravi danni a diversi componenti fondamentali, è opportuno confrontare il costo della revisione con la disponibilità di un’unità sostitutiva completa. Negli impianti produttivi non conta soltanto il prezzo del dispositivo, ma anche il tempo di attesa, il rischio di fermo macchina e la necessità di riconfigurare l’azionamento.

Quando non conviene rimandare l’intervento dell’assistenza?

Un maggiore assorbimento di corrente nel servomotore è raramente un sintomo che conviene limitarsi a osservare per lungo tempo. Sono particolarmente preoccupanti l’aumento contemporaneo della temperatura, l’odore di isolamento surriscaldato, il rumore dei cuscinetti, forti vibrazioni, problemi di posizionamento, allarmi di sovraccarico e una netta riduzione della coppia disponibile.

Continuare a utilizzare il motore può trasformare un guasto relativamente limitato in un danneggiamento dell’avvolgimento, del rotore o del sistema di retroazione. Nel caso di un asse critico per la produzione, il costo di questo scenario comprende non soltanto il servomotore stesso, ma soprattutto il tempo di fermo della macchina.

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