A automação, o atual campo quente, desempenha um papel importante, comumente usado para controle preciso de velocidade ou posição de peças em projetos.
Os projetistas de equipamentos automatizados muitas vezes enfrentam uma variedade de problemas de seleção de motores, e os motores oferecidos pelos fornecedores são diversos, com uma infinidade de parâmetros, muitas vezes esmagadores para iniciantes.
Este artigo compartilha algumas experiências de trabalho prático, na esperança de prestar alguma assistência aos necessitados.
I. O que é servomotor?
Um servo motor é um motor que controla o movimento dos componentes mecânicos em um servo sistema; é essencialmente um motor auxiliar com mecanismo indireto de velocidade variável.
Os servomotores são categorizados por sua fonte de alimentação: servomotores de corrente contínua (CC) e servomotores de corrente alternada (CA).
A diferença funcional entre os dois é que os servos CA têm melhor desempenho devido ao controle de onda senoidal, o que resulta em menor ondulação de torque. Os servos DC, por outro lado, empregam ondas trapezoidais.
No entanto, os servos DC são mais simples e mais econômicos. Os servomotores podem alcançar um controle preciso; eles girarão exatamente conforme as instruções e fornecerão feedback para garantir a precisão por meio do que é conhecido como circuito fechado. Isto é conseguido através de um codificador para verificar a rotação, o que aumenta a precisão do controle.
A precisão dos motores de passo é medida pelo ângulo de passo. Ângulos de passo comuns no mercado incluem 0,36°/0,72° (para motores cincofásicos), 0,9°/1,8° (para motores bifásicos e quadrifásicos) e 1,5°/3° (para motores trifásicos). A BERGER LAHR, uma empresa alemã, produz motores de passo híbridos trifásicos com ângulos de passo selecionáveis por meio de chaves DIP: 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° e 0,036°.
Vamos considerar um motor de passo com ângulo de passo de 0,036°.
0,036 = 360/10000
Supondo que um codificador esteja conectado à extremidade traseira deste motor de passo, a fórmula implica que o motor emite 10.000 pulsos por rotação, indicando uma resolução do codificador de 10.000.
A precisão de um servo motor é medida pela resolução do codificador conectado à sua extremidade traseira. Atualmente, as resoluções do servo encoder podem chegar a 223demonstrando que a precisão do servo motor excede em muito a dos motores de passo.
Um motor padrão é ligado e começa a girar e para quando a energia é cortada. Além da rotação, se lhe atribuíssemos qualquer funcionalidade adicional, seria a sua capacidade de inverter a direção.
II. Como escolher o servo motor certo?
1. Cenário de Aplicação
Os motores de controle no campo da automação podem ser divididos em servo motores, motores de passo e motores de frequência variável. Para componentes que exigem controle preciso de velocidade ou posição, os servomotores são escolhidos.
O método de controle do inversor mais motor de frequência variável altera a velocidade do motor alterando a frequência da entrada da fonte de energia para o motor. Geralmente, isso é usado apenas para controle de velocidade do motor.
Comparando servomotores e motores de passo:
a) Os servomotores usam controle de malha fechada, enquanto os motores de passo usam controle de malha aberta.
b) Os servomotores usam codificadores rotativos para medir a precisão, enquanto os motores de passo usam ângulos de passo. No nível do produto comum, a precisão do primeiro pode chegar a cem vezes a do último.
c) Os métodos de controle são semelhantes (pulso ou sinal direcional).
2. Fonte de alimentação
Os servomotores podem ser classificados em servomotores CA e servomotores CC com base na fonte de alimentação.
Ambos são relativamente fáceis de escolher. Para equipamentos de automação geral, os clientes geralmente fornecem uma fonte de alimentação industrial padrão de 380V ou 220V, caso em que basta selecionar um servo motor para a fonte de alimentação correspondente, eliminando a necessidade de conversão dos tipos de potência.
No entanto, alguns equipamentos, como placas de transporte em armazéns tridimensionais e AGVs, devido à sua natureza móvel, utilizam principalmente fontes de alimentação CC integradas e, portanto, geralmente utilizam servomotores CC.
3. Freios
Com base no projeto do mecanismo de movimento, considere se haverá uma tendência de reversão para
o motor em estado desligado ou estacionário. Se houver tendência de reversão, um servo motor com freio deve ser selecionado.
4. Cálculo de Seleção
Antes de fazer o cálculo da seleção, primeiro você precisa determinar os requisitos de posição e velocidade da extremidade do mecanismo e, em seguida, identificar o mecanismo de transmissão.
Neste ponto, você pode selecionar o sistema servo e o redutor correspondente.
Durante o processo de seleção, considere os seguintes parâmetros:
4.1. Potência e velocidade
Calcule a potência e a velocidade necessárias do motor com base na forma estrutural e nos requisitos de velocidade e aceleração da carga final.
Notavelmente, em geral, é necessário escolher a taxa de redução do redutor em conjunto com a velocidade do motor selecionado.
Na seleção real, por exemplo, se a carga for movimento horizontal, devido à incerteza do coeficiente de atrito e do fator de carga do vento de vários mecanismos de transmissão, a fórmula P = TN/9549 muitas vezes não pode ser calculada com clareza (não é possível calcular com precisão o tamanho do torque) .
Na prática, também foi descoberto que o local onde a potência máxima é necessária quando se utiliza um servo motor é frequentemente o estágio de aceleração e desaceleração.
Portanto, através T=F*R=m*a*Rvocê pode calcular quantitativamente a potência necessária e a taxa de redução do motor e do redutor (m: massa da carga; a: aceleração da carga; R: raio de rotação da carga).
Os seguintes pontos precisam de atenção:
a) O fator de excedente de potência do motor;
b) Considerar a eficiência de transmissão do mecanismo;
c) Se os torques de entrada e saída do redutor atendem à norma e possuem determinado fator de segurança;
d) Se haverá possibilidade de aumentar a velocidade posteriormente.
Vale ressaltar que nas indústrias tradicionais, como a de guindastes, são utilizados motores de indução comuns para o acionamento, não há requisitos claros de aceleração e são utilizadas fórmulas empíricas no processo de cálculo.
Nota: No caso de operação com carga vertical, lembre-se de incluir a aceleração gravitacional no cálculo.
4.2. Correspondência de inércia
Para obter um controle de alta precisão da carga, é necessário considerar se a inércia do motor e do sistema corresponde.
Quanto ao motivo pelo qual a correspondência de inércia é necessária, não existe uma explicação unificada na Internet.
O princípio da correspondência de inércia é: considerando a inércia do sistema convertida para o eixo do motor, a relação com a inércia do motor não deve ser superior a 10 (Siemens); quanto menor a relação, melhor será a estabilidade do controle, mas requer um motor maior e o desempenho de custo é menor.
Consulte a “Mecânica Teórica” da universidade se tiver alguma dúvida sobre os métodos de cálculo específicos.
4.3. Requisitos de precisão
Depois de passar pelo redutor e mecanismo de transmissão, calcule se a precisão do controle do motor pode atender aos requisitos da carga. O redutor ou alguns mecanismos de transmissão apresentam uma certa folga, e tudo isso precisa ser considerado.
4.4. Correspondência de controle
Isso envolve principalmente comunicação e confirmação com projetistas elétricos, como se o método de comunicação do servocontrolador corresponde ao PLC, o tipo de codificador e se a saída de dados é necessária.
4.5. Passos a seguir
A seleção de um servo motor é influenciada não apenas pelo peso do mecanismo, mas também pelas condições operacionais do equipamento, que podem alterar a escolha do servo motor. Maior inércia requer maior torque para aceleração e desaceleração, e tempos mais curtos para aceleração e desaceleração, necessitando assim de um servo motor com maior torque de saída.
Ao selecionar uma especificação de servo motor, siga estas etapas:
- Escolha inicialmente um servo motor cujo torque máximo de saída seja maior que a soma do torque de aceleração e do torque de carga. Se este não for o caso, selecione e verifique outros modelos até que os requisitos de carga sejam atendidos.
- Calcule o torque da carga com base no peso da carga, sua estrutura, coeficiente de atrito e eficiência de operação.
- Selecione a fórmula de correção de inércia de carga apropriada com base nas condições operacionais e calcule a inércia de carga do mecanismo.
- Escolha uma especificação de servo motor provisória adequada com base na inércia da carga e na inércia do servo motor.
- Calcule o torque instantâneo contínuo considerando o torque de carga, o torque de aceleração, o torque de desaceleração e o torque de retenção.
- Defina as condições de movimento do mecanismo de carga, que incluem velocidades de aceleração e desaceleração, velocidade operacional, peso do mecanismo e movimento.
- Calcule o torque de aceleração e desaceleração combinando a inércia do servo motor principal com a inércia da carga.
- Finalize a seleção.
5. Marca
Atualmente, existem diversas marcas de servomotores no mercado, com desempenhos variados. De modo geral, se o orçamento não for uma preocupação, escolha marcas europeias ou americanas. Se você está mais preocupado com o orçamento, escolha marcas japonesas, seguidas pelas de Taiwan e da China continental.
Este não é o autor tendencioso para marcas estrangeiras; é uma lição aprendida com o uso real.
Com base na experiência anterior, geralmente não há problemas com o desempenho básico dos servomotores domésticos, mas o algoritmo de controle, a integração e a estabilidade do servocontrolador podem ficar para trás.
Algumas marcas de servo motores comumente usadas:
Europeu e Americano: Siemens, ABB, Lenze, etc.;
Japonês: Panasonic, Mitsubishi, Yaskawa, etc.
Vale ressaltar que no projeto de automação você deve aprender a aproveitar as forças externas. Especialmente na automação não padronizada, diante da seleção e cálculo de muitos dispositivos, muitas vezes é cansativo e fazer horas extras é a norma.
Agora, todos os fabricantes de servo motores fornecem suporte técnico. Contanto que você forneça requisitos de carga, velocidade, aceleração e outros parâmetros, eles terão seu próprio software para ajudá-lo automaticamente a calcular e escolher o servo motor certo, o que é muito conveniente.
