Introducción
La automatización es un campo que se centra principalmente en las aplicaciones industriales, donde los servomotores desempeñan un papel fundamental-normalmente sirven como componentes impulsores en sistemas que requieren un control preciso sobre la velocidad o la posición. Los diseñadores de equipos automatizados frecuentemente enfrentan el desafío de seleccionar el motor apropiado; Dada la multitud de modelos y parámetros que ofrecen los proveedores, el proceso de selección puede resultar confuso para los recién llegados. Este artículo comparte ideas prácticas extraídas de la experiencia profesional del autor para ayudar a los lectores a navegar este proceso.
Escenarios de aplicación
Los motores utilizados en los sistemas de control de automatización incluyen servomotores, motores paso a paso y motores de frecuencia-variable (impulsados por inversor-). Los servomotores generalmente se eligen cuando un componente específico requiere un grado relativamente alto de precisión con respecto a la velocidad o el control posicional.
Los sistemas de variador-de frecuencia variable (VFD) controlan la velocidad del motor alterando la frecuencia de entrada. Este método se emplea generalmente únicamente con fines de regulación de velocidad.
Una comparación entre servomotores y motores paso a paso revela las siguientes distinciones:
a) Los servomotores utilizan sistemas de control de bucle cerrado-, mientras que los motores paso a paso normalmente funcionan en un modo de bucle abierto-.
b) Los servomotores emplean codificadores rotatorios para medir la posición con alta precisión, mientras que los motores paso a paso dependen de ángulos de paso discretos. En las ofertas de productos típicas, la precisión posicional de un servomotor puede ser órdenes de magnitud mayor que la de un motor paso a paso.
c) Las interfaces de control para ambos tipos de motores pueden ser similares (por ejemplo, utilizando señales de pulso y dirección).
Fuente de alimentación
Los servomotores se clasifican como servomotores de CA o servomotores de CC, según su fuente de energía. El proceso de selección suele ser sencillo: dado que los equipos automatizados estándar suelen funcionar con una fuente de alimentación industrial de 380 V o una fuente de alimentación de 220 V, se debe seleccionar un servomotor que sea directamente compatible con la fuente de alimentación disponible para evitar la necesidad de conversión de energía. Los sistemas móviles-como las plataformas de transporte en almacenes automatizados-a menudo utilizan energía de CC a bordo y, en consecuencia, suelen emplear servomotores de CC.
Frenos de retención
Al diseñar un mecanismo, es esencial considerar si-y en qué circunstancias (por ejemplo, durante un corte de energía o un apagado del sistema)-la carga podría girar o descender debido a la gravedad. Si existe la posibilidad de que se produzca tal rotación o movimiento, se debe seleccionar un servomotor equipado con un freno de parada.
Cálculos de tamaño
Con base en las dimensiones previamente determinadas, establezca los requisitos de posición y velocidad de ejecución, y luego seleccione el mecanismo de transmisión. En esta etapa, puede seleccionar el servosistema y la caja de cambios adecuados.
Los parámetros clave a considerar durante el proceso de dimensionamiento incluyen:
Potencia y velocidad
Calcule la potencia y velocidad del motor requeridas según el tipo de mecanismo y los requisitos de velocidad de la carga. Normalmente, también puede seleccionar una relación de caja de cambios que coincida con las características de velocidad del motor elegido.
En la práctica, para el movimiento horizontal, el coeficiente de fricción y las cargas aerodinámicas que actúan sobre el mecanismo de transmisión suelen ser inciertos; por lo tanto, la fórmula P=T * N / 9549 no se puede utilizar para determinar el par requerido con absoluta precisión. En realidad, la potencia máxima requerida por el servomotor suele producirse durante las fases de aceleración y desaceleración. El uso de la fórmula T=F * R=m * a * R permite una estimación razonable del par del motor requerido y la relación de la caja de cambios, donde *m* representa la masa de la carga, *a* representa la aceleración de la carga y *R* representa el radio de rotación de la carga.
Las consideraciones adicionales incluyen:
a) Margen de potencia del motor.
b) Eficiencia del mecanismo de transmisión.
c) Si los valores de par de entrada y salida de la caja reductora cumplen los requisitos con un factor de seguridad suficiente.
d) Posibles requisitos futuros para una mayor velocidad.
En ciertas industrias tradicionales-como la fabricación de grúas, donde los requisitos de aceleración no son particularmente estrictos-los diseñadores suelen utilizar fórmulas empíricas para fines de dimensionamiento.
Nota: Para cargas que implican movimiento vertical, la aceleración debida a la gravedad debe incluirse en los cálculos.
Coincidencia de inercia
Para lograr un control de alta-precisión de una carga, es esencial considerar si la inercia del motor coincide adecuadamente con la inercia del sistema.
No existe una única explicación definitiva disponible en línea sobre exactamente por qué es necesaria la coincidencia de inercia. Una regla práctica común es garantizar que la relación entre la inercia reflejada del sistema (en el eje del motor) y la inercia propia del motor no exceda 10:1 (aunque este límite específico puede variar según el fabricante-por ejemplo, Siemens). Una relación más baja generalmente da como resultado una mayor estabilidad del control, pero requiere un motor más grande, lo que reduce la rentabilidad-. Para conocer metodologías de cálculo detalladas, consulte recursos teóricos de nivel universitario-sobre mecanismos mecánicos.
Requisitos de precisión
Después de tener en cuenta la relación de reducción de la caja de cambios y el mecanismo de transmisión, verifique que la precisión del control del motor cumpla con los requisitos específicos de la carga. Asegúrese de considerar el juego (holgura) dentro de la caja de cambios, así como cualquier juego o holgura presente en los componentes de la transmisión.
Compatibilidad de controles
Coordine con el ingeniero de diseño eléctrico la compatibilidad de las interfaces de control-específicamente, si el método de comunicación del servocontrolador coincide con el del PLC y el tipo de codificador, y si es necesario exponer los datos del codificador.