Como selecionar um Servo Motor

Apresentação Edilson CravoData 28/10/2016

HANGOUT

SWA

DIAGRAMA DO SERVOACIONAMENTO

Estágio de Controle Estágio dePotência

Servomotor

RESPOSTA: PADRÃO X SERVOACIONAMENTO

Referência de Velocidade

Realimentação do Servomotor

t

Resposta do Servoacionamento

Referência de Velocidade

Realimentação Real t

Atraso na Saída

Overshoot

Oscilação

Erro de Regime

Resposta Padrão

ESTRUTURA DE CONTROLE

Modo Torque

PWM

ReguladorCorrente

referência

ReguladorVelocidade

Estimadorvelocidade

referênciaModo Velocidade

ReguladorPosição

referência

Modo Posicionamento

DIMENSIONAMENTO DE SERVOMOTORES

Substituição direta de motorAC por servomotor

(N.m) = (P(kW) . 9550) / n(rpm)

(N.m) = (P(cv) . 7024) / n(rpm)

P(kW) = 0,735 . P(cv)

n (rpm) = 120.f(Hz) / pólos

DIMENSIONAMENTO DE SERVOMOTORES

Sistemas com fuso de esferas

1- Momento de Inércia do Sistema (kg.m2):

Jt = Jmotor + Jredutor + Jcarga + Jfuso / i2, mas (Jc / i2) 10.Jmotor

3- Torque do Servo motor (N.m):

m = ( e + d) /

2- Torque Estático (e) e Dinâmico (d) (N.m):

d = (nm . Jt) / (9,55 . ta)e = (F.d) / (i) e

M = Torque Motor = eficiência

nm = Rotação Nominalta = Tempo Aceleracao.

RELAÇÃO TORQUE / VELOCIDADE

A - DinâmicoB - EstáticoC - DinâmicoD - Rotor

Bloqueado

DCBA

n (rpm)

no

t(s)

t(s)

(N.m)d + e

e -d

e

o

Algumas fórmulas básicas de física

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P = T x ωRPM= 60 x RPSRPS x 2π

Ta = I x α

POTÊNCIA VELOCIDADE ANGULAR TORQUE

P = Potência (Watts)T = Torque (N.m)ω = Velocidade Angular

(rad/seg)

RPM = Rotação por minuto

RPS = Rotação por segundo

T = Torque (N.m)I = Inércia (Kg-m²)

α = Aceleração Angular (rad/sec²)

Curva de Torque & Velocidade

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A curva representa a capacidade de um motor. O tempo que um motor pode trabalhar na zona intermitente é definida pela sua carga e tempo de operação.

Torque Nominal(100%)

TorqueMáximo(300%)

Quando há uma inércia muito alta, o servo motor dá um

pico e consegue atingir um torque 3 vezes maior que seu

torque nominaldurante 3 segundos.

Independente da velocidade, o servomotor consegue manter o mesmo torquenominal durante todo o processo. A não ser em velocidade máxima, que ele perde uma pequena porcentagem de torque.

Perfil de movimento

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Ela denota como a energia de eletricidade é convertida para energia cinética. A curva é um perfil trapezoidal muito típico para o movimento.

• O ciclo de trabalho de um servo.

A Inércia do processo

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A inércia do mecanismo é o primeiro fator a ser verificado no processo.

O pior cenário para a inércia é:• Alta velocidade;• Alta aceleração;• Carga máxima;

Com cargaSem carga

A inércia do rotor de um motor deve ser incluído no sistema de inércia porque está ligado ao sistema para mover em conjunto.

A inércia pode ser calculada pela internet/softwares ouManualmente, consultando livros de engenharia.

Inércia do rotorInércia do eixo

do motor

Torque Máximo (1)

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Do perfil de movimento a curva de torque.

- O torque máximo é aplicado para verificar a capacidade intermitente de um servo-motor;

- A curva de binário pode ser derivada a partir do seu perfil de movimento de acompanhamento com inércia condução;

- O Tf significa atrito cinético.

Torque RMS

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O torque RMS é usado para ajustar torque nominal.

- O torque RMS é média ponderada de tempo que pode ser pensado como um torque médio a longo prazo;

- O calor de um servo motor irá acumular e nível de sobrecarga se o torque RMS for superior ao seu torque nominal.

Energia Regenerativa (1)

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Como trabalha:

- Nos períodos de aceleração e velocidade constante, o campo do estator conduz o campo do rotor que é o fenômeno de um motor;

- Durante o período de desaceleração, o campo rotor lidera o campo do estator que é um efeito gerador e despeja a energia de volta para o seu sistema.

Energia Regenerativa (2)

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Como o Servo lida com isso?

- Quando a energia volta para a unidade servo, ele serámantido dentro dos capacitores até atingir o seu nível detensão projetado, que é designado por Tensão BUS nosistema Delta;

- A energia será dissipada em build-in ou resistor externochamado resistor regenerativo quando o Tensão BUS estáprojetado no nível de tensão 370V.

Resistor Regenerativo

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Como selecionar um resistor regenerativo:

ERE = JS x (ΔN)² / 182

WR = 2 x (ERE – EC) / Tdecel

Rmax = (370)² / WR

ERE = Energia Regenerativa (Joules)JS = Inércia (Kg-m²)ΔN = Variação de velocidade (r/min, rpm)WR = Energia dissipada no resistor (Watts)EC = Energia armazenada no capacitor (Joules)Rmax = Resistência máxima admissível (Ohm)

Exemplo de seleção de um Servo (1)

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I MÁQUINA = 0,00612 Kgm-m² (do design da motor)

VELOCIDADE ANGULAR = 2000/60 x 2π = 209,44 rad/sec

T temp_max = 0,00612 x ((209,44 – 0) / (0,1 – 0)) = 12,82 N.m

Pega ECMA-E11315 = Tmax = 21,48 > 12,82 N.m

Tmax = Isystem x α = (Imachine + Imotor) x α = 15,16 N.m

• O troque máximo do sistema:

Exemplo de seleção de um Servo (2)

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Tmax = 15,16 N.m Tnominal = 7,16 N.m

A proporção de torque = 15,16 / 7,16 = 2,12 = 212%

212%

• Verificar a operação intermitente da especificação:

Exemplo de seleção de um Servo (3)

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Trms = 4,57 N.m < Trated = 7,16 N.m

• Verificar a operação contínua da especificação:

Exemplo de seleção de um Servo (4)

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- O atrito cinético deve ser conhecido antecipadamente para a máquina em movimento com alta fricção cinética;

- Para a máquina com menor atrito cinético, ele pode ser ignorado, deixando alguma margem durante a seleção de um sistema;

- Se o atrito cinético é impossível de ser conhecido até que a máquina esteja bem montada, atualizar a margem.

• A margem de atrito cinético:

Exemplo de seleção de um Servo (6)

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A variação:- O tamanho da dimensão e estrutura : Flange 60 , 80 , 110 ,130 e 160mm- O nível de proteção IP ( Padrao IP65 )- O redutor pode ajudar a diminuir o torque , inercia e irá acelerar o motor;- A resolução do Encoder. 17 BITS = 160.000 PPR

Servomotor

EXEMPLO : SISTEMA COM REDUTOR POLIAS E

FUSO DE ESFERAS

Em uma máquina ferramenta o carro é deslocado por um fuso de esferas + polias + caixa deengrenagens com velocidade máxima de 9m/min e com rampa de aceleração de 0,35s.Encontre o servoacionamento adequado para acionar o sistema, lembrando que a alimentaçãoda rede é em 220V.

Redutor Fuso de Esferas + Carga

EXEMPLO : Redutor

Redutor Planetario

Dados:

Relação de Redução: 5:1;

Inércia : 0,0012kg.m²

Rendimento da Caixa de Engrenagens: 90%.

EXEMPLO : FUSO DE ESFERAS E CARGA

Fuso de Esferas / Carga

Dados:

Passo do Fuso: 10mm;

Diâmetro do Fuso: 25mm;

Comprimento do Fuso: 1500mm;

Peso da Mesa: 500kg;

Peso da Carga: 150Kg;

Força de Oposição: 15.0 N;

Deslocamento: na horizontal ( = 0);

Material do Fuso + Porca: Aço;

Densidade do Material: 7850 kg/m3;

Rendimento: 90%;

Coeficiente de Atrito: 0,01.

EXEMPLO : SISTEMA COM REDUTOR E FUSO DE ESFERAS

Cálculos:

1- Momento de Inércia do Sistema (kg.m2):

Jc = ((Jcarga + Jfuso + ) / (iredutor2) )

Jcarga = (mcarga + mmesa) .(p / (2.))2

Jcarga = 177,5 x 10-6 kg.m²

Jfuso = ( / 32).df4.lf.material

Jfuso = 451 x 10-6 kg.m²

Onde Jtotal : (Jgearbox + (Jc / i2)) 10.Jmotor

Msizing Software

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O software:

- O software ajuda a dimensionar o motor de acordo com sua aplicação;

- Selecione um mecanismo, defina os parâmetros de peças para zero quando não utilizados;

- Siga as instruções e clique em OBTER RESULTADO.

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