SERVOMOTORES. AADECA - Asociación Argentina de Control Automático JORNADA SOBRE CONTROL DE MOVIMIENTOS

Transcripción

1 SERVOMOTORES 1

2 Contenido 1. Tipos de motores. 2. Motores asincrónicos y sincrónicos 3. Servomotores 4. Sistemas de realimentación. 2

3 1. Tipos de Motores Motor Con escobilla Sin Escobilla Motor DC sincrónico 3

4 1. Tipos de Motores Motor Con escobilla Sin Escobilla DC sincrónico Asincrónicos Sincrónicos 4

5 REPASO Motores Asincrónicos y Sincrónicos 5

6 2. Motores Asincrónicos ROTOR tipo jaula de ardilla. Barras rotóricas Anillos Terminales eje Laminas en corto circuito 6

7 2. Motores Asincrónicos ESTATOR El estator consiste en un núcleo hecho con finas láminas metálicas agrupadas. Los bobinados trifásicos están insertados en las muescas del núcleo estatórico. Por los bobinados circulan 3 corrientes equilibradas sinusoidales desfasadas

8 2. Motores Asincrónicos PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El rotor vee el campo giratorio del estator. Este campo giratorio crea una tensión inducida( FEM) en los conductores del rotor. La tensión inducida causa la circulación de corriente en el rotor. La corriente circula por las barras rotóricas y alrededor los anillos de terminación. Esto produce alrededor de cada barra rotórica un campo magnético, que interactúa con el del estator. (el rotor se convierte en un electroimán con polos N y S alternantes) End rings Rotor bars El motor asincrónico es comúnmente llamado motor de inducción. Campos magnéticos de las barras rotóricas Corrientes de las barras rotóricas Corrientes por los End Rings 8

9 2. Motores Asincrónicos RESBALAMIENTO La velocidad del rotor es siempre inferior a la del campo estatórico (esta velocidad se la llama velocidad de sincronismo) Hay un resbalamiento entre la velocidad del rotor y la de rotación del campo estatórico. El resbalamiento varía con el torque aplicado en el eje del motor. S = n S n S n R (%) 0 Vel. ns Resbalamiento (%) 10

10 2. Motores Asincrónicos VENTAJA DE LOS MOTORES ASINCRÓNICOS: Fácil arranque. Pueden ser conectadas directamente a las redes trifásicas DESVENTAJA DE LOS MOTORES ASINCRÓNICOS: El control de la velocidad y la posición es difícil ya que el rotor no está sincronizado con el campo El torque depende de la velocidad del motor Poco dinámicos, elevada inercia 11

11 2. Motores Sincrónicos ESTATOR (IDEM Asincrónicos) El estator consiste en un núcleo hecho con finas láminas metálicas agrupadas. Los bobinados trifásicos están insertados en las muescas del núcleo estatórico. Por los bobinados circulan 3 corrientes equilibradas sinusoidales desfasadas

12 2. Motores Sincrónicos ROTOR: pueden ser bobinados, alimentado con DC a través de colectores. 13

13 2. Motores Sincrónicos ROTOR: pueden ser bobinados, alimentado con DC a través de colectores. N Φr S S o con imanes permanentes. N Eje no magnético N De acá en más nos referiremos solo a los de imán permanente. Φr : flujo rotórico rico (imanes) 14

14 2. Motores Sincrónicos PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El campo magnético permanente interactúa con el campo rotante del estator. El polo rotante N atrae el polo magnético S del imán del rotor. Esto causa la rotación de los imanes permanentes. Así, el rotor gira a la misma velocidad que el campo rotante, llamada velocidad de sincronismo Imán permanente Campo magnético rotante 15

15 2. Motores Sincrónicos Torque M Curva TORQUE - VELOCIDAD Motor sincrónico Motor asincrónico Velocidad n m 16

16 2. Motores Sincrónicos ARRANQUE La condición de sincronismo no es natural, Si le proveemos al estator directamente alta frecuencia, el campo magnético rotante del estator no podrá atraer el imán del rotor. El arranque directo de un motor sincrónico no es posible 19

17 2. Motores Sincrónicos VENTAJAS DE LOS MOTORES SINCRÓNICOS: El rotor está sincronizado con el campo estatórico. Permite controlar la velocidad exacta del motor. Poca Inercia DESVENTAJA DE LOS MOTORES SINCRÓNICOS: No pueden arrancar solos (necesitan girar cerca de la velocidad de sincronismo antes de sincronizarse). El rotor sale de sincronismo si hay sobrecarga. 20

18 3. Servomotores Qué son los Servomotores? SERVOMOTOR MOTOR SENSOR DE POSICIÓN 21

19 3. Servomotores Los servomotores son básicamente motores montados con un sistema de realimentación Pueden ser: ASINCRÓNICOS SINCRÓNICOS ESPECIALES: Lineales Torque 22

20 3.1. Servomotores Asincrónicos SERVOMOTOR ASINCRÓNICO NICO = MOTOR ASINCRONICO + SENSOR PARA LA MEDICIÓN N DE LA POSICIÓN Motores asincrónicos con sensor para la medición de posición (encoder o resolver) Función del sensor: Monitorear la velocidad del motor y mediante el drive mantenerla constante Conocer la posición exacta del rotor Permitirle al drive manejar el torque del motor a bajas velocidades y controlar la posición del rotor. 23

21 3.2. Servomotores Sincrónicos También llamados SERVOMOTORES de AC SERVOMOTOR SINCRÓNICO NICO = MOTOR SINCRÓNICO NICO DE IMÁN N PERMANENTE + SENSOR PARA LA MEDICIÓN N DE LA POSICIÓN Se resuelven los 2 problemas principales del motor sincrónico. Para eso: Se agrega un sensor de posición al motor para indicarle al drive la posición del rotor (encoder absoluto o resolver) Se controla con un drive o variador electrónico (servodrive) el cual regulará el campo estatórico en función de la posición del rotor 25

22 3.2. Servomotores Sincrónicos Conectores Realimentación encoder Eje con/sin chavetero Freno electromang. (opcional) Imanes Brida Bobina 27

23 3.2. Servomotores Sincrónicos Torque Limitaciones del Drive MMAX Torque pico Región de op. Región intermitente de operación intermitente Definido por la la corriente del drive Limitado por la corriente máxima del Drive Limitación del Bus de DC M0 Torque reposo Curva S1 MN Limite térmico Δθ = 100K Región de op. Región de operación continua continua MN Torque nominal Límite mecánico (Rulemanes) n N n N Velocidad nominal Vel. 28

24 4. Servomotores Especiales Motores Torque Motores Lineales 30

25 4.1. Motores Torque Es un servomotor sincrónico con un alto número de polos. Motores de baja velocidad y con torque muy alto. Torque desde 38Nm a 5000Nm Diámetros de 60mm 1200mm Requieren ser refrigeración con liquido Considerados como Direct Drives Conductos de refrigeración de agua ROTOR Cables de Potencia Imanes Bobinados ESTATOR 31

26 4.2. Servomotores Lineales Es un servomotores sincrónico pero abierto y plano Los bobinado están en la parte móvil Los bobinados generalmente son refrigerados por agua. Considerados como Direct Drives Bobinas Laminado Cables Imanes PRIMARIO SECUNDARIO 32

27 SISTEMAS DE REALIMENTACION 33

28 1. Sistemas de realimentación Resolvers Encoders incrementales relativos y absolutos Encoder SinCos Encoder SinCos Hiperface 34

29 1. Resolvers : Principio El resolver actúa como un transformador rotante. Sistema muy robusto no es electrónico ni óptico. Entrega una posición absoluta por cada revolución. Montados directamente en el eje del motor (sin acople) Coseno Excitación Seno 35

30 1. Resolvers : Principio E A E = V sin (ω.t) B A = Ue sin θ = Vsin (ω.t) sin θ B = Ue cos θ = Vsin (ω.t) cos θ Las señales A y B son demoduladas dentro del drive para obtener las señales seno o coseno 36

31 1. Resolvers: Características Técnicas Ejemplo de señales. Reposo Velocidad lenta Velocidad rápida 37

32 2. Encoders AADECA - Asociación Argentina de Control Automático Transforma información angular en pulsos digitales El sistema de lectura se basa en la rotación de un disco graduado, un emisor de luz y un receptor. Las variaciones de luz generan impulsos eléctricos Para evitar interferencias generalmente se utilizan salidas diferenciales Pueden ser relativos o absolutos 38

33 2. Encoders AADECA - Asociación Argentina de Control Automático 39

34 3. Encoders Seno-Coseno Los Encoders SinCos tienen 2 señales incrementales sinusoidales Seno y Coseno de (1Vpp) para dar el incremento de la medición. Para determinar la posición se deberá interpolar las señales Permiten alcanzar mayor cantidad de pulsos por vuelta. Permiten obtener la posición absoluta de una vuelta (idem resolver) 41

35 4. Encoders Sincos Hiperface Encoder Absoluto SinCos Hiperface Single turn (1 vuelta) Multi turns (multivuelta) 42

36 4. Encoders Absoluto Sincos Hiperface 43

37 5. Encoders Absoluto Sincos Hiperface multivuelta Sistema óptico LED Ampli. Canal analógico En los Encoder multivuleta, hay un reductor mecánico con Sensor de Efecto Hall ASIC Controller EEPROM RS 485 Parámeteros Alimentación

38 Preguntas 46

39 Muchas Gracias 47