Sterowniki silników

Rola sterowników silników

Sterowniki silników są stosowane do regulacji i kontroli pracy silników elektrycznych wykorzystywanych w maszynach przemysłowych. W zależności od konstrukcji mogą odpowiadać za regulację prędkości, momentu, kierunku obrotów, hamowania oraz innych parametrów pracy napędu.

Sterownik może współpracować bezpośrednio z silnikiem albo stanowić część większego systemu napędowego sterowanego przez PLC lub układ nadrzędny.

Zastosowanie sterowników silników

Sterowniki silników można spotkać między innymi w:

• maszynach produkcyjnych,
• przenośnikach,
• obrabiarkach,
• układach transportowych,
• pompach,
• wentylatorach,
• maszynach pakujących,
• systemach pozycjonowania,
• urządzeniach technologicznych.

Awaria sterownika może uniemożliwić pracę pojedynczego napędu lub całej maszyny.

Najczęstsze objawy awarii

Problemy ze sterownikiem silnika mogą powodować:

• brak uruchomienia silnika,
• brak regulacji prędkości,
• samoczynne zatrzymanie,
• niestabilne obroty,
• przeciążenie,
• nadmierny prąd,
• przegrzewanie,
• wybijanie zabezpieczeń,
• błędy elektroniki mocy,
• problemy z komunikacją.

Objaw należy analizować razem z kodami błędów i warunkami, w których występuje.

Problemy z zasilaniem

Pierwszym etapem diagnostyki powinno być sprawdzenie zasilania sterownika.

Należy zweryfikować:

• napięcie wejściowe,
• bezpieczniki,
• zabezpieczenia,
• przewody,
• zaciski,
• napięcia pomocnicze,
• obwód pośredni DC.

Nieprawidłowe zasilanie może powodować objawy przypominające uszkodzenie stopnia mocy lub procesora sterującego.

Uszkodzenia stopnia mocy

Stopień mocy odpowiada za przekazywanie energii do silnika i jest jednym z najbardziej obciążonych elementów sterownika.

W zależności od konstrukcji mogą być stosowane:

• tranzystory MOSFET,
• tranzystory IGBT,
• tyrystory,
• diody,
• moduły mocy.

Ich uszkodzenie może powodować zwarcie, brak napięcia wyjściowego, wybijanie zabezpieczeń oraz błędy przeciążenia.

Problemy z układem sterowania

Elektronika sterująca odpowiada za generowanie odpowiednich sygnałów dla elementów mocy.

Awaria może powodować:

• brak sterowania silnikiem,
• niestabilną pracę,
• błędną regulację,
• brak reakcji na polecenia,
• nieprawidłowe sterowanie tranzystorami.

Podczas diagnostyki należy sprawdzić zasilanie układów sterujących, sygnały PWM, układy pomiarowe oraz drivery elementów mocy.

Uszkodzenia driverów

Drivery zapewniają odpowiednie sterowanie tranzystorami mocy. Ich uszkodzenie może uniemożliwić prawidłową pracę całego stopnia wyjściowego.

Możliwe objawy to:

• brak impulsów sterujących,
• nierównomierna praca poszczególnych kanałów,
• błędy stopnia mocy,
• ponowne uszkodzenie tranzystorów,
• nadmierne nagrzewanie.

Po stwierdzeniu awarii elementu mocy warto zawsze sprawdzić również jego driver.

Problemy z pomiarem prądu

Sterownik silnika wykorzystuje informacje o prądzie do regulacji pracy oraz ochrony elementów mocy.

Uszkodzenie toru pomiarowego może powodować:

• fałszywe alarmy przeciążenia,
• ograniczenie prądu,
• brak możliwości uruchomienia,
• niestabilną regulację,
• wyłączanie podczas pracy.

Diagnostyka powinna obejmować czujniki, rezystory pomiarowe oraz układy przetwarzania sygnału.

Problemy z pomiarem napięcia

Sterownik może również monitorować napięcia wejściowe, wyjściowe oraz napięcie obwodu pośredniego.

Nieprawidłowy sygnał pomiarowy może spowodować:

• alarm przepięcia,
• alarm zbyt niskiego napięcia,
• blokadę pracy,
• nieprawidłową regulację,
• wyłączenie sterownika.

Przed podejrzeniem uszkodzenia elementów mocy należy sprawdzić również tor pomiarowy.

Przegrzewanie sterownika

Sterowniki silników pracują przy dużych prądach, dlatego wymagają odpowiedniego chłodzenia.

Przyczyną przegrzewania może być:

• zabrudzony radiator,
• niesprawny wentylator,
• przeciążenie,
• wysoka temperatura otoczenia,
• uszkodzony element mocy,
• pogorszone połączenie termiczne.

Powtarzające się przegrzewanie może skracać żywotność elektroniki.

Problemy z silnikiem i przewodami

Nie każdy problem ze sterownikiem jest spowodowany jego elektroniką.

Przyczyną mogą być:

• zwarcie uzwojeń silnika,
• uszkodzenie izolacji,
• przerwa w przewodzie,
• nieprawidłowe połączenie,
• przeciążenie mechaniczne,
• zablokowanie mechanizmu.

Dlatego diagnostyka powinna obejmować również silnik i przewody pomiędzy sterownikiem a obciążeniem.

Problemy z komunikacją i sterowaniem

Sterownik może otrzymywać polecenia z PLC, panelu HMI lub innego systemu nadrzędnego.

Brak komunikacji może powodować:

• brak startu,
• brak zadanej prędkości,
• brak możliwości zmiany parametrów,
• błędy sieciowe,
• zatrzymanie napędu.

Należy sprawdzić zarówno konfigurację i przewody, jak i fizyczny interfejs komunikacyjny.

Diagnostyka sterownika silnika

Diagnostykę warto rozpocząć od odczytania kodów błędów i określenia warunków wystąpienia awarii.

Następnie należy sprawdzić:

• zasilanie,
• napięcia pomocnicze,
• DC BUS,
• stopień mocy,
• drivery,
• pomiar prądu,
• pomiar napięcia,
• układy sterowania,
• komunikację,
• silnik i przewody,
• układ chłodzenia.

Systematyczne podejście pozwala określić, czy źródłem problemu jest elektronika sterownika, silnik czy instalacja.

Diagnostyka elementów mocy

W przypadku podejrzenia uszkodzenia stopnia mocy można wykonać podstawowe pomiary półprzewodników.

Sprawdzane mogą być:

• tranzystory,
• diody,
• moduły IGBT,
• tyrystory,
• zabezpieczenia.

Jeżeli element mocy wykazuje zwarcie, należy również sprawdzić układ sterowania i elementy współpracujące.

Naprawa sterownika silnika

Zakres naprawy zależy od rodzaju uszkodzenia.

Naprawa może obejmować:

• wymianę tranzystorów,
• wymianę modułów mocy,
• naprawę driverów,
• naprawę zasilaczy pomocniczych,
• wymianę elementów pomiarowych,
• naprawę interfejsu komunikacyjnego,
• wymianę elementów zabezpieczających,
• naprawę uszkodzonych ścieżek PCB.

Po zakończeniu naprawy sterownik powinien zostać poddany testom funkcjonalnym.

Test sterownika po naprawie

Test powinien obejmować pracę sterownika w różnych warunkach.

Należy sprawdzić:

• uruchamianie silnika,
• regulację prędkości,
• kierunek obrotów,
• prąd,
• napięcia,
• temperaturę,
• komunikację,
• działanie zabezpieczeń,
• reakcję na zmianę obciążenia.

Test powinien być możliwie zbliżony do rzeczywistych warunków pracy urządzenia.

Podsumowanie

Sterowniki silników są istotnym elementem przemysłowych układów napędowych, a ich awarie mogą wynikać z problemów zasilania, elektroniki mocy, układów sterowania, pomiarów, komunikacji lub samego silnika.

Prawidłowa diagnostyka powinna obejmować cały układ napędowy, a nie tylko sterownik. W wielu przypadkach możliwa jest naprawa elektroniki na poziomie komponentów i ponowne wykorzystanie urządzenia po przeprowadzeniu odpowiednich testów.