Elegir el servovariador de CA adecuado no es simplemente una cuestión de seleccionar la potencia más alta disponible. La elección correcta depende del motor, la carga, la velocidad, el par, la aceleración, el método de retroalimentación, los requisitos de control y la forma en que opera la máquina.
Para los fabricantes de máquinas, fabricantes de equipos originales (OEM) e ingenieros de automatización, la diferencia entre una pequeñaservosistema de 50Wy unservosistema de 2kWpuede ser significativo. Es posible que una máquina compacta solo necesite un servo de baja potencia para posicionamiento o alimentación, mientras que una máquina CNC, una línea de envasado o un sistema de producción automatizado puede requerir considerablemente más potencia y par.
THSERVO, también conocido como ZHejiang Tonghang E-Drive Technology Co., Ltd., proporciona servomotores y variadores de CA para aplicaciones de control de movimiento industrial. Su gama de productos cubre diferentes niveles de potencia y requisitos de aplicación, con productos utilizados en áreas como maquinaria CNC, embalaje, impresión, equipos textiles, logística y equipos electrónicos y semiconductores.
Esta guía compara las dos clases de potencia desde una perspectiva práctica del diseño de máquinas. En lugar de tratar la potencia nominal como el único factor de selección, explica cómo funcionan juntos la potencia, el par, la adaptación del motor, los modos de control, la retroalimentación y los requisitos de la aplicación.
Por qué es importante la selección de potencia del servoaccionamiento
La potencia del servoaccionamiento está estrechamente relacionada con la cantidad de trabajo mecánico que puede realizar un motor, pero la potencia nominal por sí sola no cuenta toda la historia.
El eje de una máquina puede tener una carga promedio relativamente pequeña pero aun así requerir un par considerable durante la aceleración. Otra aplicación puede funcionar continuamente con una carga moderada y, por lo tanto, necesitar una combinación diferente de motor y variador.
Esta es la razón por la que la selección del servo normalmente comienza con los requisitos mecánicos.
Los factores importantes incluyen:
- Potencia requerida del motor
- Par continuo
- par máximo
- Velocidad de funcionamiento
- Aceleración y desaceleración
- Inercia de carga
- ciclo de trabajo
- Transmisión mecánica
- Comentarios del codificador
- Interfaz del controlador
- Entorno de instalación
Para un mecanismo de posicionamiento pequeño, el uso de un servosistema mucho más grande puede agregar costos y espacio de gabinete innecesarios. Para una máquina con una carga pesada o que cambia rápidamente, seleccionar una unidad demasiado pequeña puede limitar el rendimiento.
El objetivo es encontrar una combinación de servo que coincida con la máquina en lugar de simplemente elegir la clasificación más grande.
¿Qué significa 50 W en un servosistema?
Un servomotor de 50 W pertenece al extremo de baja potencia de una gama de servos industriales. La información del producto THSERVO muestra configuraciones de servomotor que comienzan en 0,05 kW, incluido un motor 40ST-AM00130 listado con una potencia nominal de 0,05 kW, una corriente nominal de 1,2 A y un par nominal de 0,159 Nm en la información de coincidencia del motor para su variador de 2 kW.
Esto es importante porque muestra que un motor de baja potencia puede ser parte de un servosistema incluso cuando la plataforma de transmisión disponible admite una gama de motores mucho más amplia.
Se puede considerar un servosistema de clase 50W cuando la máquina tiene una carga mecánica relativamente ligera y aún necesita control de movimiento de circuito cerrado.
Las aplicaciones potenciales pueden incluir mecanismos de automatización compactos, pequeñas unidades de posicionamiento, sistemas de alimentación de luz y otros equipos donde la potencia del motor requerida es limitada.
Sin embargo, la aplicación no debe seleccionarse únicamente porque la máquina parezca físicamente pequeña.
Un mecanismo compacto con alta aceleración o una gran inercia reflejada puede requerir más torque del que sugiere su tamaño físico.
La carga mecánica siempre debe calcularse antes de seleccionar la combinación final de motor y variador.
Comprensión de la clase de servoaccionamiento de 2 kW
Un servosistema de 2 kW representa una clase de potencia considerablemente mayor.
El servoaccionamiento de eje único de 2 kW de THSERVO se especifica con una potencia de salida de 2000 W y una entrada trifásica de 220 V CA. El producto admite modos de control de posición, velocidad, JOG y par. Sus opciones de retroalimentación de codificador enumeradas incluyen codificadores incrementales de 2500 líneas y codificadores absolutos de 17/23 bits.
El producto está diseñado para aplicaciones de movimiento dinámico y se presenta específicamente para mecanizado y enrutamiento CNC, máquinas de embalaje y etiquetado, líneas de montaje automatizadas y equipos textiles y de impresión.
Por lo tanto, la clase de 2 kW tiene más sentido cuando la máquina requiere una potencia de motor sustancialmente mayor de la que puede proporcionar un servosistema pequeño.
Los factores típicos que pueden llevar a un ingeniero hacia este rango de potencia incluyen:
- Mayor carga mecánica
- Mayores requisitos de aceleración
- Mayor inercia giratoria
- Ciclos de producción más exigentes
- Mayores requisitos de par
- Mecanismos de posicionamiento más grandes
- CNC industrial o equipos de embalaje.
Aún es necesario adaptar el motor real al variador. Un variador de 2 kW no significa que todos los motores de 2 kW tengan el mismo par o las mismas características operativas.
50 W frente a 2 kW: la diferencia de potencia básica
La diferencia numérica entre 50W y 2kW es sencilla.
50W equivalen a 0,05kW.
2kW equivalen a 2000W.
Por tanto, 2kW tiene 40 veces la potencia nominal de 50W.
| Artículo | Clase 50W | Clase 2kW |
|---|---|---|
| potencia nominal | 50W | 2,000W |
| Potencia en kW | 0.05kW | 2kW |
| poder relativo | 1× | 40× |
| Nivel de carga típico | Luz | Más alto |
| Requisito de par | Más bajo | Más alto |
| Tipo de máquina | Mecanismos compactos | Equipos industriales |
| Requisitos del gabinete | Generalmente más pequeño | Generalmente más grande |
| Requisitos dinámicos | Dependiente de la aplicación | Adecuado para movimientos más exigentes |
| Prioridad de selección | Movimiento compacto | Carga y rendimiento |
Esto no significa que un servo de 2kW siempre moverá una carga 40 veces más rápido o producirá 40 veces el torque.
La potencia, el par y la velocidad están relacionados.
Para la selección de servos, los ingenieros deben observar las especificaciones reales del motor y el punto de funcionamiento mecánico en lugar de convertir la potencia directamente en una suposición de par.
La potencia no es lo mismo que el torque
El par es uno de los factores más importantes en la selección del servo.
La relación básica entre potencia mecánica, par y velocidad de rotación significa que la misma potencia puede asociarse con diferentes niveles de par dependiendo de la velocidad de funcionamiento.
Por este motivo, un fabricante de máquinas debería plantearse dos preguntas distintas:
¿Cuánta potencia necesita la máquina?y¿Cuánto torque necesita el motor a la velocidad requerida?
Estas preguntas están relacionadas pero no son idénticas.
Por ejemplo, la tabla de combinación de variadores de 2kW de THSERVO incluye varias configuraciones de motor. Un motor de 2 kW listado, el 130ST-AM07730, se muestra con una potencia nominal de 2,4 kW y un par nominal de 7,7 Nm, mientras que otros modelos de motor en la misma tabla coincidente tienen diferentes valores de potencia y par.
La información del motor T3a/T3L de THSERVO también muestra diferentes tamaños de bastidor de motor y clasificaciones de torque en toda su gama de productos.
Esto ilustra un punto importante:La potencia nominal no debe utilizarse como sustituto de la comprobación de la especificación de par real del motor.
Al seleccionar un servosistema, compare el par continuo del motor y el par máximo requerido con el perfil de carga de la máquina.
Cómo la inercia de carga cambia la selección
La inercia de la carga puede tener un efecto importante en la selección del servo.
Es posible que una máquina no requiera una gran cantidad de torque durante el funcionamiento constante, pero puede requerir un torque considerablemente mayor al acelerar una carga pesada.
Los ejemplos incluyen:
- Mesas giratorias
- Rodillos
- Poleas grandes
- Mecanismos de alimentación
- Plataformas de posicionamiento
- Sistemas transportadores
- Ejes de máquina herramienta
El motor no sólo necesita superar la carga mientras está en movimiento. También necesita acelerar y desacelerar la carga dentro del tiempo requerido.
Esta es la razón por la que dos máquinas con velocidades de funcionamiento similares pueden requerir diferentes capacidades de servo.
Un mecanismo de baja inercia puede funcionar eficazmente con un servosistema pequeño.
Un mecanismo de alta inercia puede necesitar un motor y un accionamiento más grandes incluso si su velocidad operativa final es relativamente modesta.
Por lo tanto, para aplicaciones OEM, calcular la inercia de carga reflejada en el eje del motor es una parte importante del proceso de selección.
Requisitos de aceleración y desaceleración
El tiempo del ciclo de la máquina es otro factor que puede influir en la selección del servo.
Algunas máquinas pasan la mayor parte de su tiempo de funcionamiento a velocidad constante. Otros aceleran, detienen, retroceden y reposicionan repetidamente.
Los equipos de embalaje y etiquetado son buenos ejemplos de máquinas en las que el movimiento repetido puede ser importante. Los equipos CNC también pueden requerir un movimiento rápido entre posiciones antes de volver al movimiento de corte controlado.
En estas aplicaciones, el motor necesita suficiente par durante la aceleración y desaceleración.
THSERVO describe su variador de 2kW como destinado a aplicaciones de movimiento dinámico y enumera embalaje, CNC, ensamblaje automatizado y equipos textiles y de impresión entre sus aplicaciones.
Por lo tanto, la selección correcta depende no sólo de la carga operativa promedio sino también del perfil de movimiento de la máquina.
Al comparar un sistema de baja potencia y un sistema de 2 kW, los ingenieros deben examinar:
- tiempo de aceleración
- tiempo de desaceleración
- Velocidad máxima
- Número de arranques y paradas
- Frecuencia de inversión
- Inercia de carga
- Tiempo de ciclo requerido
Estos detalles pueden marcar una diferencia mayor que las dimensiones físicas de la máquina.
Modos de control y requisitos de movimiento
También se debe seleccionar un servoaccionamiento de acuerdo con la forma en que se debe controlar la máquina.
El servoaccionamiento de eje único de 2 kW de THSERVO admite:
Control de posición
control de velocidad
control de par
operación JOG
El producto también enumera opciones de entrada analógica y de pulso, que incluyen pulso + analógico ±10 V y entrada de señal de pulso, con comunicación RS485 para monitoreo de parámetros.
Diferentes máquinas pueden utilizar estos modos de control de diferentes maneras.
Control de posición
El control de posición es útil cuando un eje necesita moverse a una posición definida.
Los ejemplos típicos pueden incluir mecanismos de indexación y ejes de posicionamiento.
Control de velocidad
El control de velocidad es útil cuando el requisito principal es mantener una velocidad de rotación ordenada.
Control de par
El control del par puede ser importante en aplicaciones donde es necesario regular el par del motor como parte del proceso de la máquina.
Operación JOG
La operación JOG puede ser útil durante la configuración, prueba, ajuste y mantenimiento de la máquina.
El modo de control requerido debe confirmarse antes de seleccionar una unidad porque la unidad debe comunicarse correctamente con el controlador de la máquina.
Una tabla práctica de selección de 50 W frente a 2 kW
También se debe seleccionar un servoaccionamiento de acuerdo con la forma en que se debe controlar la máquina.
| Factor de selección | Clase 50W | Clase 2kW |
|---|---|---|
| Nivel de potencia | 0.05kW | 2kW |
| Potencia nominal relativa | 1× | 40× |
| Tipo de carga | Trabajo liviano | Aplicaciones de mayor carga |
| Requisito de par | Generalmente más bajo | Generalmente más alto |
| Escala de máquina | Compacto | Industrial |
| Demanda de aceleración | Dependiente de la aplicación | Adecuado para movimientos más exigentes |
| Uso típico | Pequeños mecanismos | CNC, embalaje, montaje, impresión. |
| Comentario | Depende del sistema seleccionado | Opciones incrementales/absolutas disponibles en la unidad listada |
| Control | Depende de la unidad seleccionada | Posición, velocidad, par, JOG |
| Aporte | Depende del sistema seleccionado | Trifásico 220V AC en producto listado |
| Prioridad de selección | Compacidad y rendimiento requerido | Requisitos de carga, par y dinámica |
Errores comunes al seleccionar un servoaccionamiento
También se debe seleccionar un servoaccionamiento de acuerdo con la forma en que se debe controlar la máquina.
Elegir solo con el poder
Seleccionar un variador sólo porque su potencia nominal parece adecuada puede resultar en una combinación incorrecta de motor y variador.
También se deben considerar el par y la velocidad.
Ignorando la aceleración
Una máquina puede tener una carga promedio baja pero un requerimiento de torque mucho mayor durante la aceleración.
Ignorando la inercia
Una alta inercia de carga puede hacer que un motor que de otro modo sería adecuado no sea adecuado para el tiempo de ciclo requerido.
Selección del variador antes que el motor
El motor y el variador deben tratarse como un sistema combinado.
THSERVO proporciona información de coincidencia de motores junto con su variador de 2 kW, mostrando diferentes modelos de motor, potencia nominal, corriente, par y valores de sobrecarga.
Olvidar la interfaz del controlador
Antes de solicitar un variador, confirme si la máquina utiliza pulsos, analógico, RS485 u otro método de comunicación.
Ignorar las condiciones de instalación
La temperatura, el cableado, la conexión a tierra, la ventilación del gabinete y las interferencias eléctricas pueden afectar el funcionamiento real de la máquina.
Cómo seleccionar el servosistema adecuado paso a paso
Un proceso de selección práctico puede mantenerse relativamente simple.
Calcule la masa en movimiento, la fricción, la resistencia mecánica y la relación de transmisión.
Identifique la velocidad continua requerida y la velocidad máxima.
Determine tanto el par continuo como el par máximo requerido durante la aceleración.
Calcule la inercia de la carga reflejada en el eje del motor.
Determine con qué frecuencia la máquina acelera, desacelera, se detiene y retrocede.
Elija un motor que cumpla con los requisitos de par y velocidad calculados.
Confirme que el variador sea compatible con los requisitos de potencia, corriente, codificador, voltaje y control del motor.
Verifique la compatibilidad con el PLC, el controlador de movimiento, el controlador CNC u otro sistema de control de la máquina.
Confirme el suministro de energía, la temperatura ambiente, la humedad, el espacio del gabinete, el cableado y la conexión a tierra.
Antes de finalizar la compra, evalúe el motor, variador, codificador, controlador, transmisión mecánica y ciclo operativo como un solo sistema.
Conclusión
La elección entre un servosistema de CA de 50 W y 2 kW debe basarse en los requisitos reales de la máquina y no solo en la potencia nominal.
Se puede considerar un servomotor de CA de 50 W para aplicaciones de movimiento compactas y de baja potencia donde la carga mecánica es relativamente ligera. Un controlador de accionamiento de servomotor de CA de 2 kW es más apropiado cuando la aplicación requiere un nivel de potencia sustancialmente mayor y la combinación correspondiente de motor y variador puede cumplir con el par, la velocidad y el rendimiento dinámico requeridos.
Para los fabricantes de máquinas, los factores más importantes son el par de carga, la velocidad de funcionamiento, la aceleración, la inercia, el ciclo de trabajo, la retroalimentación del codificador, el modo de control y la compatibilidad eléctrica.
La información del producto THSERVO proporciona un ejemplo útil de por qué es importante la coincidencia del motor-accionamiento. Su variador de 2 kW admite múltiples modos de control y opciones de codificador, mientras que su información de coincidencia de motor incluye diferentes configuraciones de motor con diferentes características de potencia nominal, corriente, par y sobrecarga.
Por lo tanto, el servosistema adecuado no es necesariamente la opción más pequeña o más grande disponible. Es la combinación que coincide con los requisitos operativos reales de la máquina y proporciona un rendimiento adecuado para la aplicación prevista.
Para los OEM y las empresas de automatización que evalúan servosoluciones, proporcionar al proveedor la velocidad del motor, el par requerido, la inercia de la carga, el método de control, la fuente de alimentación y los detalles de la aplicación es una forma práctica de obtener una configuración más adecuada antes de realizar un pedido.