La automatización, el campo candente actual, juega un papel importante, comúnmente utilizada para el control preciso de la velocidad o la posición de piezas en proyectos.
Los diseñadores de equipos automatizados a menudo enfrentan una variedad de problemas de selección de motores, y los motores que ofrecen los proveedores son diversos, con una multitud de parámetros, a menudo abrumadores para los principiantes.
Este artículo comparte algunas experiencias laborales prácticas, con la esperanza de brindar alguna ayuda a quienes la necesitan.
I. ¿Qué es un servomotor?
Un servomotor es un motor que controla el movimiento de componentes mecánicos en un servosistema; Es esencialmente un motor auxiliar con un mecanismo indirecto de velocidad variable.
Los servomotores se clasifican según su fuente de energía: 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 al control de onda sinusoidal, lo que resulta en una menor ondulación del par. Los servos de CC, por otro lado, emplean ondas trapezoidales.
Sin embargo, los servos DC son más simples y económicos. Los servomotores pueden lograr un control preciso; rotarán exactamente según las instrucciones y brindarán retroalimentación para garantizar la precisión a través de lo que se conoce como circuito cerrado. Esto se logra mediante el uso de un codificador para verificar la rotación, lo que aumenta la precisión del control.
La precisión de los motores paso a paso se mide por el ángulo de paso. Los ángulos de paso comunes en el mercado incluyen 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) . BERGER LAHR, una empresa alemana, produce 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 hay un codificador conectado al extremo posterior de este motor paso a paso, la fórmula implica que el motor genera 10.000 pulsos por rotación, lo que indica una resolución del codificador de 10.000.
La precisión de un servomotor se mide por la resolución del codificador conectado a su extremo trasero. Actualmente, las resoluciones del servocodificador pueden alcanzar 2 × 23, lo que demuestra que la precisión del servomotor supera con creces la de los motores paso a paso.
Un motor estándar se enciende y comienza a girar y se detiene cuando se corta la energía. Además de la rotación, si tuviéramos que darle alguna funcionalidad adicional sería su capacidad de invertir la dirección.
II. ¿Cómo elegir el servomotor adecuado?
1. Escenario de aplicación
Los motores de control en el campo de la automatización se pueden dividir en servomotores, motores paso a paso y motores de frecuencia variable. Para componentes que requieren un control preciso de velocidad o posición, se eligen servomotores.
El método de control del motor inversor más frecuencia variable cambia la velocidad del motor cambiando la frecuencia de la entrada de la fuente de alimentación al motor. Por lo general, esto solo se usa para controlar la velocidad del motor.
Comparación de servomotores y motores paso a paso:
a) Los servomotores utilizan control de circuito cerrado mientras que los motores paso a paso utilizan control de circuito 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 del primero puede alcanzar cien veces la del segundo.
c) Los métodos de control son similares (pulsos o señal direccional).
2. Fuente de alimentación
Los servomotores se pueden clasificar en servomotores de CA y servomotores de CC según la fuente de energía.
Ambos son relativamente fáciles de elegir. Para equipos de automatización general, los clientes generalmente proporcionan una fuente de alimentación industrial estándar de 380 V o 220 V, en cuyo caso simplemente seleccione un servomotor para la fuente de alimentación correspondiente, eliminando la necesidad de convertir tipos de energía.
Sin embargo, algunos equipos, como las placas transportadoras en almacenes tridimensionales y AGV, debido a su naturaleza móvil, utilizan principalmente fuentes de alimentación de CC integradas y, por lo tanto, a menudo utilizan servomotores de CC.
3. Frenos
Con base en el diseño del mecanismo de movimiento, considere si habrá una tendencia a invertir
el motor en estado apagado o parado. Si hay tendencia a retroceder se debe seleccionar un servomotor con freno.
4. Cálculo de selección
Antes de realizar el cálculo de selección, primero debe determinar los requisitos de posición y velocidad del extremo del mecanismo y luego identificar el mecanismo de transmisión.
En este punto, puede seleccionar el servosistema y el reductor correspondiente.
Durante el proceso de selección, considere los siguientes parámetros:
4.1. Potencia y velocidad
Calcule la potencia y velocidad requeridas del motor en función de la forma estructural y los requisitos de velocidad y aceleración de la carga final.
En particular, en general, es necesario elegir la relación de reducción del reductor junto con la velocidad del motor seleccionada.
En la selección real, por ejemplo, si la carga es un 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 se puede calcular claramente (no es posible calcular con precisión). calcular el tamaño del par).
En la práctica, también se ha descubierto que el lugar donde se necesita la máxima potencia cuando se utiliza un servomotor suele ser la etapa de aceleración y desaceleración.
Por lo tanto, a través de T=F*R=m* a *R se puede calcular cuantitativamente la potencia requerida y la tasa de reducción del motor y reductor (m: masa de la carga; a: aceleración de la carga; R: radio de rotación del cargo).
Los siguientes puntos necesitan atención:
a) El exceso de factor de potencia del motor;
b) Considerar la eficiencia de transmisión del mecanismo;
c) Si los pares de entrada y salida del reductor cumplen con el estándar y tienen un cierto factor de seguridad;
d) Si será posible aumentar la velocidad más adelante.
Vale la pena mencionar que en las industrias tradicionales, como las grúas, se utilizan motores de inducción comunes para el accionamiento, no existen requisitos de aceleración claros y se utilizan fórmulas empíricas en el proceso de cálculo.
Nota: En el caso de funcionamiento con carga vertical, recordar incluir la aceleración gravitacional en el cálculo.
4.2. Coincidencia de inercia
Para lograr un control de alta precisión de la carga, es necesario considerar si la inercia del motor y del sistema coinciden.
En cuanto a por qué es necesaria la coincidencia de inercia, no existe una explicación unificada en Internet.
El principio de coincidencia de inercia es: considerando la inercia del sistema convertida al eje del motor, la relación con la inercia del motor no debe ser mayor que 10 (Siemens); cuanto menor sea la relación, mejor será la estabilidad del control, pero requiere un motor más grande y el costo-rendimiento es menor.
Consulta la “Mecánica Teórica” de la universidad si tienes alguna duda sobre métodos de cálculo específicos.
4.3. Requisitos de precisión
Después de pasar por el reductor y el mecanismo de transmisión, calcule si la precisión del control del motor puede cumplir con los requisitos de carga. El reductor o algunos mecanismos de transmisión tienen un cierto juego, y hay que tener todo esto en cuenta.
4.4. Controlar la coincidencia
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 codificador y si se requiere salida de datos.
4.5. Pasos a seguir
La selección de un servomotor está influenciada no sólo por el peso del mecanismo, sino también por las condiciones de funcionamiento del equipo, que pueden cambiar la elección del servomotor. Una mayor inercia requiere un mayor par de aceleración y desaceleración, y tiempos más cortos de aceleración y desaceleración, por lo que se requiere un servomotor con mayor par de salida.
Al seleccionar una especificación de servomotor, siga estos pasos:
- Inicialmente, elija un servomotor cuyo par de salida máximo sea mayor que la suma del par de aceleración y el par de carga. Si este no es el caso, seleccione y verifique otros modelos hasta cumplir con los requisitos de carga.
- Calcule el par de carga en función del peso de la carga, su estructura, coeficiente de fricción y eficiencia de operación.
- Seleccione la fórmula de corrección de inercia de carga adecuada según las condiciones de funcionamiento y calcule la inercia de carga del mecanismo.
- Elija una especificación tentativa de servomotor adecuada en función de la inercia de la carga y la inercia del servomotor.
- Calcule el par instantáneo continuo considerando el par de carga, el par de aceleración, el par de desaceleración y el par de retención.
- Defina las condiciones de movimiento del mecanismo de carga, que incluyen velocidades de aceleración y desaceleración, velocidad de operación, peso del mecanismo y movimiento.
- Calcule el par de aceleración y desaceleración combinando la inercia del servomotor principal con la inercia de la carga.
- Finaliza la selección.
5. Marca
Actualmente existen en el mercado varias marcas de servomotores, con distintas prestaciones. En términos generales, si el presupuesto no es un problema, elija marcas europeas o americanas. Si es más consciente de su presupuesto, elija marcas japonesas, seguidas de las de Taiwán y China continental.
Este no es el autor predispuesto hacia las marcas extranjeras; Es una lección aprendida del uso real.
Según la experiencia pasada, generalmente no hay problemas con el rendimiento básico de los servomotores domésticos, pero el algoritmo de control, la integración y la estabilidad del servocontrolador pueden quedar atrás.
Algunas marcas de servomotores de uso común:
Europeos y americanos: Siemens, ABB, Lenze, etc.;
Japonés: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, etc.
Cabe mencionar que en el proyecto de automatización se debe aprender a aprovechar las fuerzas externas. Especialmente en la automatización no estándar, cuando hay que seleccionar y calcular muchos dispositivos, a menudo resulta agotador y trabajar horas extras es la norma.
Ahora todos los fabricantes de servomotores brindan soporte técnico. Siempre que proporciones los requisitos de carga, velocidad, aceleración y otros parámetros, tendrán su propio software para ayudarte a calcular y elegir automáticamente el servomotor adecuado, lo cual es muy conveniente.
