Hangout servo motor 2016 2810
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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.