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AADECA - Asociación Argentina de Control Automático JORNADA SOBRE CONTROL DE MOVIMIENTOS 08-06-2010
1Ing. Kemerer Sebastian - Schneider Electric Argentina
SERVOMOTORES
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2Ing. Kemerer Sebastian - Schneider Electric Argentina
Contenido
1. Tipos de motores.2. Motores asincrónicos y sincrónicos3. Servomotores4. Sistemas de realimentación.
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Motor
1. Tipos de Motores
Sin EscobillaCon escobilla
Motor DC sincrónico
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Motor
Sin Escobilla
1. Tipos de Motores
Con escobilla
DC sincrónico SincrónicosAsincrónicos
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REPASO
Motores Asincrónicos y Sincrónicos
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ROTOR tipo jaula de ardilla.
2. Motores Asincrónicos
Barras rotóricas
Anillos Terminales
Laminas en corto circuito
eje
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El estator consiste en un núcleo hecho con finas láminas metálicas agrupadas.
Los bobinados trifásicos están insertados en las muescas del núcleo estatórico.
ESTATOR
2. Motores Asincrónicos
Por los bobinados circulan 3 corrientes equilibradas sinusoidales desfasadas 120°.
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El rotor “vee” el campo giratorio del estator. Este campo giratorio crea una tensión inducida( FEM) en los conductores del rotor.La tensión inducida causa la circulación de corriente en el rotor. La corriente circula por las barras rotóricas y alrededor los anillos de terminación.
El motor asincrónico es comúnmente llamado motor de inducción.
Campos magnéticos de las barras rotóricas
Corrientes de las barras rotóricas
Corrientes por los End Rings
Esto produce alrededor de cada barra rotórica un campo magnético, que interactúa con el del estator. (el rotor se convierte en un electroimán con polos N y S alternantes)
Rotor Rotor barsbars
End End ringsrings
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO2. Motores Asincrónicos
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RESBALAMIENTOLa velocidad del rotor es siempre inferior a la del campo estatórico (esta velocidad se la llama velocidad de sincronismo)Hay un resbalamiento entre la velocidad del rotor y la de rotación del campo estatórico.
( )% n
nnSS
RS−=
El resbalamiento varía con el torque aplicado en el eje del motor.
Resbalamiento (%)
Vel.
0
2. Motores Asincrónicos
ns
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VENTAJA DE LOS MOTORES ASINCRÓNICOS:Fácil arranque.
Pueden ser conectadas directamente a las redes trifásicas
DESVENTAJA DE LOS MOTORES ASINCRÓNICOS:El control de la velocidad y la posición es difícil ya que el rotor no está
sincronizado con el campo
El torque depende de la velocidad del motor
Poco dinámicos, elevada inercia
2. Motores Asincrónicos
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(IDEM Asincrónicos)
ESTATOR
2. Motores Sincrónicos
Por los bobinados circulan 3 corrientes equilibradas sinusoidales desfasadas 120°.
El estator consiste en un núcleo hecho con finas láminas metálicas agrupadas. Los bobinados trifásicos están insertados en las muescas del núcleo estatórico.
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pueden ser bobinados, alimentado con DC a través de colectores.ROTOR: 2. Motores Sincrónicos
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ΦΦrr
ΦΦrr : flujo rot: flujo rotóórico (imanes)rico (imanes)
pueden ser bobinados, alimentado con DC a través de colectores.
N
N N
SS
Eje no magnéticoo con imanes permanentes.
De acá en más nos referiremos solo a los de imán permanente.
ROTOR: 2. Motores Sincrónicos
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Esto causa la rotación de los imanes permanentes.Así, el rotor gira a la misma velocidad que el campo rotante, llamada velocidad de sincronismo
Imán permanente
Campo magnético rotante
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El campo magnético permanente interactúa con el campo rotante del estator.El polo rotante N atrae el polo magnético S del imán del rotor.
2. Motores Sincrónicos
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Curva TORQUE - VELOCIDAD
2. Motores Sincrónicos
Velocidadnm
Motor asincrónico
Motor sincrónico
TorqueM
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ARRANQUE
La condición de sincronismo no es natural,
Si le proveemos al estator directamente alta frecuencia, el campo magnético rotante del estator no podrá atraer el imán del rotor.
El arranque directo de un motor sincrónico no es posible
2. Motores Sincrónicos
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VENTAJAS DE LOS MOTORES SINCRÓNICOS:El rotor está sincronizado con el campo estatórico.
Permite controlar la velocidad exacta del motor.
Poca Inercia
DESVENTAJA DE LOS MOTORES SINCRÓNICOS:No pueden arrancar solos (necesitan girar cerca de la velocidad de sincronismo
antes de sincronizarse).
El rotor sale de sincronismo si hay sobrecarga.
2. Motores Sincrónicos
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3. Servomotores
¿Qué son los Servomotores?
SERVOMOTOR SENSOR DE
POSICIÓNMOTOR
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Los servomotores son básicamente motores montados con un
sistema de realimentación
Pueden ser:ASINCRÓNICOS
SINCRÓNICOS
ESPECIALES: Lineales Torque
3. Servomotores
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SERVOMOTOR ASINCRSERVOMOTOR ASINCRÓÓNICONICO= =
MOTOR ASINCRONICO MOTOR ASINCRONICO + +
SENSOR PARA LA MEDICISENSOR PARA LA MEDICIÓÓN DE LA POSICIN DE LA POSICIÓÓNN
3.1. Servomotores Asincrónicos
Motores asincrónicos con sensor para la medición de posición (encoder o resolver)
Función del sensor:Monitorear la velocidad del motor y mediante el drive mantenerla constanteConocer la posición exacta del rotorPermitirle al drive manejar el torque del motor a bajas velocidades y controlar la posición del rotor.
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También llamados SERVOMOTORES de AC
SERVOMOTOR SINCRSERVOMOTOR SINCRÓÓNICONICO= =
MOTOR SINCRMOTOR SINCRÓÓNICO DE IMNICO DE IMÁÁN PERMANENTE N PERMANENTE + +
SENSOR PARA LA MEDICISENSOR PARA LA MEDICIÓÓN DE LA POSICIN DE LA POSICIÓÓNN
3.2. Servomotores Sincrónicos
Se resuelven los 2 problemas principales del motor sincrónico. Para eso:Se agrega un sensor de posición al motor para indicarle al drive la posición del rotor (encoder absoluto o resolver)Se controla con un drive o variador electrónico (servodrive) el cual regulará el campo estatórico en función de la posición del rotor
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Conectores
Eje con/sin chavetero
Freno electromang.
(opcional)
Realimentación encoder
Brida
Imanes
Bobina
3.2. Servomotores Sincrónicos
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Región de op. intermitente
Región de op. continua
Vel.
Torque
0 1000 2000 3000 4000 5000
Región de operación continua
Límite mecánico
(Rulemanes)
Limite térmicoCurva S1
Limitaciones del Drive
Limitado por la corriente máxima del Drive
Definido por la corriente del drive
Limitación del Bus de DC
M0
Torque reposo
MMAX
Torque pico
nNVelocidad nominal
Δθ
= 100KMN
nN
Región de operación intermitente
MN Torque nominal
3.2. Servomotores Sincrónicos
Definido por la corriente del drive
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Motores Torque
Motores Lineales
4. Servomotores Especiales
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4.1. Motores TorqueEs un servomotor sincrónico con un alto número de polos.Motores de baja velocidad y con torque muy alto.
Torque desde 38Nm a 5000Nm
Diámetros de 60mm 1200mmRequieren ser refrigeración con liquidoConsiderados como Direct Drives
Conductos de refrigeración de agua
Imanes
ROTOR
Cables de Potencia
Bobinados
ESTATOR
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4.2. Servomotores LinealesEs un servomotores sincrónico pero abierto y planoLos bobinado están en la parte móvilLos bobinados generalmente son refrigerados por agua.Considerados como Direct Drives
PRIMARIO
SECUNDARIO
Imanes
Cables
Bobinas Laminado
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SISTEMAS DE REALIMENTACION
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1. Sistemas de realimentación
Resolvers
Encoder SinCos
Encoders incrementales relativos y absolutos
Encoder SinCos Hiperface
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El resolver actúa como un transformador rotante.
Sistema muy robusto – no es electrónico ni óptico .
Entrega una posición absoluta por cada revolución.
Montados directamente en el eje del motor (sin acople)
Excitación Seno
Coseno
1. Resolvers : Principio
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B = Ue cos θ
= Vsin (ω.t) cos θA = Ue sin θ
= Vsin (ω.t) sin θ
E = V sin (ω.t)
Las señales A y B son demoduladas dentro del drive para obtener las señales seno o coseno
B
A
E
1. Resolvers : Principio
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Ejemplo de señales.
Velocidad lenta Velocidad rápidaReposo
1. Resolvers: Características Técnicas
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Transforma información angular en pulsos digitalesEl sistema de lectura se basa en la rotación de un disco graduado, un emisor de luz y un receptor.Las variaciones de luz generan impulsos eléctricosPara evitar interferencias generalmente se utilizan salidas diferencialesPueden ser relativos o absolutos
2. Encoders
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2. Encoders
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Los Encoders SinCos® tienen 2 señales incrementales sinusoidales Seno y Coseno de (1Vpp) para dar el incremento de la medición.
Para determinar la posición se deberá interpolar las señales
Permiten alcanzar mayor cantidad de pulsos por vuelta.
Permiten obtener la posición absoluta de una vuelta (idem resolver)
3. Encoders Seno-Coseno
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Encoder Absoluto SinCos® Hiperface®Single turn (1 vuelta) Multi turns (multivuelta)
4. Encoders Sincos® Hiperface®
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4. Encoders Absoluto Sincos® Hiperface®
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1 8
1 8
1 8
1 8
Sistema óptico
ASIC
LED
En los Encoder multivuleta, hay un reductor mecánico con Sensor de Efecto Hall
Con
trol
ler
EEPROM
RS 485
Ampli.Canal analógico
Parámeteros
Alimentación
5. Encoders Absoluto Sincos® Hiperface® multivuelta
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PreguntasPreguntas
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Muchas GraciasMuchas Gracias