La automatización, campo candente en la actualidad, desempeña un papel importante, utilizado habitualmente para piezas de control preciso de velocidad o posición en los proyectos.
Los diseñadores de equipos automatizados se enfrentan a menudo a diversos problemas de selección de motores, y los motores que ofrecen los proveedores son diversos, con infinidad de parámetros, a menudo abrumadores para los principiantes.
Este artículo comparte algunas experiencias de trabajo práctico, con la esperanza de proporcionar alguna ayuda a quienes la necesiten.
Un servomotor es un motor que controla el movimiento de los componentes mecánicos en un servosistema; es esencialmente un motor auxiliar con un mecanismo de velocidad variable indirecta.
Los servomotores se clasifican según su fuente de alimentación: Servomotores de corriente continua (CC) y servomotores de corriente alterna (CA).
La diferencia funcional entre los dos es que los servos de CA funcionan mejor debido a su control de onda sinusoidal, que produce menos ondulación de par. Los servos de CC, en cambio, emplean ondas trapezoidales.
Sin embargo, los servomotores de CC son más sencillos y económicos. Los servomotores pueden lograr un control preciso; girarán exactamente según las instrucciones y proporcionan retroalimentación para garantizar la precisión a través de lo que se conoce como bucle cerrado. Esto se consigue utilizando un codificador para verificar la rotación, lo que aumenta la precisión del control.
La precisión de los motores paso a paso se mide por su ángulo de paso. Los ángulos de paso habituales en el mercado son 0,36°/0,72° (para motores de cinco fases), 0,9°/1,8° (para motores de dos y cuatro fases) y 1,5°/3° (para motores trifásicos). La empresa alemana BERGER LAHR fabrica motores paso a paso híbridos trifásicos con ángulos de paso seleccionables mediante interruptores DIP: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° y 0,036°.
Consideremos un motor paso a paso con un ángulo de paso de 0,036°.
0.036 = 360/10000
Suponiendo que en el extremo trasero de este motor paso a paso hay un encóder, la fórmula implica que el motor emite 10.000 impulsos por revolución, lo que indica una resolución del encóder de 10.000.
La precisión de un servomotor se mide por la resolución del encóder acoplado a su parte trasera. En la actualidad, las resoluciones de los servocodificadores pueden alcanzar los 223demostrando que la precisión de los servomotores supera con creces la de los motores paso a paso.
Un motor estándar se enciende y empieza a girar, y se para cuando se corta la corriente. Aparte de la rotación, si hubiera que atribuirle alguna funcionalidad adicional, sería su capacidad para invertir el sentido de giro.
Los motores de control en el campo de la automatización pueden dividirse en servomotores, motores paso a paso y motores de frecuencia variable. Para componentes que requieren un control preciso de la velocidad o la posición, se eligen los servomotores.
El método de control del inversor más motor de frecuencia variable cambia la velocidad del motor modificando la frecuencia de la fuente de alimentación de entrada al motor. Por lo general, sólo se utiliza para controlar la velocidad del motor.
Comparación entre servomotores y motores paso a paso:
a) Los servomotores utilizan un control de bucle cerrado, mientras que los motores paso a paso utilizan un control de bucle abierto.
b) Los servomotores utilizan codificadores rotatorios para medir la precisión, mientras que los motores paso a paso utilizan ángulos de paso. A nivel de producto común, la precisión de los primeros puede llegar a ser cien veces superior a la de los segundos.
c) Los métodos de control son similares (impulso o señal direccional).
Los servomotores pueden clasificarse en servomotores de CA y servomotores de CC en función de la fuente de alimentación.
Ambos son relativamente fáciles de elegir. Para los equipos de automatización general, los clientes suelen proporcionar una fuente de alimentación industrial estándar de 380 V o una fuente de alimentación de 220 V, en cuyo caso basta con seleccionar un servomotor para la fuente de alimentación correspondiente, eliminando la necesidad de convertir los tipos de alimentación.
Sin embargo, algunos equipos, como los tableros de lanzadera en almacenes tridimensionales y los AGV, debido a su naturaleza móvil, suelen utilizar fuentes de alimentación de CC incorporadas y, por tanto, suelen utilizar servomotores de CC.
Basándose en el diseño del mecanismo de movimiento, considere si habrá una tendencia de inversión para
el motor en estado apagado o estacionario. Si hay tendencia a la marcha atrás, debe seleccionarse un servomotor con freno.
Antes de realizar el cálculo de selección, primero hay que determinar los requisitos de posición y velocidad del extremo del mecanismo y, a continuación, identificar el mecanismo de transmisión.
En este punto, puede seleccionar el servosistema y el reductor correspondiente.
Durante el proceso de selección, tenga en cuenta los siguientes parámetros:
Calcule la potencia y la velocidad necesarias del motor en función de la forma estructural y de los requisitos de velocidad y aceleración de la carga final.
En general, hay que elegir la relación de reducción del reductor en función de la velocidad del motor seleccionado.
En la selección real, por ejemplo, si la carga es de movimiento horizontal, debido a la incertidumbre del coeficiente de fricción y el factor de carga del viento de varios mecanismos de transmisión, la fórmula P=TN/9549 a menudo no puede calcular claramente (no puede calcular con precisión el tamaño del par).
En la práctica, también se ha comprobado que el lugar donde se necesita la máxima potencia cuando se utiliza un servomotor suele ser la fase de aceleración y desaceleración.
Por lo tanto, a través de T=F*R=m*a*Rpuede calcular cuantitativamente la potencia necesaria y la relación de reducción del motor y el reductor (m: masa de la carga; a: aceleración de la carga; R: radio de rotación de la carga).
Hay que prestar atención a los siguientes puntos:
a) El factor de excedente de potencia del motor;
b) Considere la eficacia de transmisión del mecanismo;
c) Si los pares de entrada y salida del reductor cumplen la norma y tienen un determinado factor de seguridad;
d) Si habrá posibilidad de aumentar la velocidad más adelante.
Cabe mencionar que en las industrias tradicionales, como la de las grúas, se utilizan motores de inducción ordinarios para el accionamiento, no hay requisitos claros de aceleración y se emplean fórmulas empíricas en el proceso de cálculo.
Nota: En caso de funcionamiento con carga vertical, no olvide incluir la aceleración gravitatoria en el cálculo.
Para conseguir un control de alta precisión de la carga, hay que tener en cuenta si la inercia del motor y la del sistema coinciden.
En cuanto a por qué es necesaria la adaptación por inercia, no hay una explicación unificada en Internet.
El principio de la adaptación de la inercia es el siguiente: considerando la inercia del sistema convertida en el eje del motor, la relación con la inercia del motor no debe ser superior a 10 (Siemens); cuanto menor sea la relación, mejor será la estabilidad del control, pero requiere un motor más grande, y el rendimiento del coste es menor.
Si tiene alguna duda sobre los métodos de cálculo específicos, consulte la "Mecánica teórica" de la universidad.
Después de revisar el reductor y el mecanismo de transmisión, calcule si la precisión de control del motor puede satisfacer los requisitos de la carga. El reductor o algunos mecanismos de transmisión tienen cierta holgura, por lo que es necesario tenerlos en cuenta.
Esto implica principalmente la comunicación y confirmación con los diseñadores eléctricos, como por ejemplo si el método de comunicación del servocontrolador coincide con el PLC, el tipo de codificadory si es necesaria la salida de datos.
En la selección de un servomotor influye no sólo el peso del mecanismo, sino también las condiciones de funcionamiento del equipo, que pueden alterar la elección del servomotor. Una mayor inercia requiere un par mayor para la aceleración y la deceleración, y tiempos más cortos para la aceleración y la deceleración, por lo que se necesita un servomotor con un par de salida mayor.
Para seleccionar las especificaciones de un servomotor, siga estos pasos:
Actualmente, existen muchas marcas de servomotores en el mercado, con prestaciones variables. En general, si el presupuesto no le preocupa, elija marcas europeas o americanas. Si le preocupa más el presupuesto, elija marcas japonesas, seguidas de las de Taiwán y China continental.
El autor no tiene prejuicios hacia las marcas extranjeras; es una lección aprendida del uso real.
Por experiencia, no suele haber problemas con el rendimiento básico de los servomotores nacionales, pero el algoritmo de control, la integración y la estabilidad del servocontrolador pueden quedarse atrás.
Algunas marcas de servomotores de uso común:
Europeas y americanas: Siemens, ABB, Lenze, etc;
Japonés: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, etc.
Cabe destacar que en el diseño de la automatización hay que aprender a aprovechar las fuerzas externas. Especialmente en la automatización no estándar, enfrentarse a la selección y el cálculo de demasiados dispositivos, a menudo resulta abrumador, y trabajar horas extras es la norma.
Ahora, fabricantes de servomotores todos ofrecen asistencia técnica. Siempre que les proporcione los requisitos de carga, velocidad, aceleración y otros parámetros, disponen de su propio software para ayudarle automáticamente a calcular y elegir el servomotor adecuado, lo que resulta muy cómodo.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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