Uso de servoaccionamientos en la automatización de equipos
El progreso tecnológico y la competencia conducen a un crecimiento continuo de la productividad y un aumento en el grado de automatización de los equipos tecnológicos. Al mismo tiempo, aumentan los requisitos para los accionamientos eléctricos ajustables en términos de parámetros como el rango de control de velocidad, la precisión de posicionamiento y la capacidad de sobrecarga.
Para cumplir con los requisitos, se han desarrollado dispositivos de alta tecnología de accionamiento eléctrico moderno, servoaccionamientos. Estos son sistemas de accionamiento que, en una amplia gama de control de velocidad, garantizan procesos de movimiento de alta precisión y realizan su buena repetibilidad. Los servoaccionamientos son la etapa más avanzada de los accionamientos eléctricos.
CC a CA
Durante mucho tiempo, los motores de CC se utilizaron principalmente en accionamientos controlados. Esto se debe a la simplicidad de aplicar la ley de control de voltaje de armadura.Se utilizaron amplificadores magnéticos, reguladores de tiristores y transistores como dispositivos de control y generadores tacométricos analógicos como sistema de realimentación de velocidad.
El accionamiento eléctrico de tiristores es un convertidor de tiristores controlado que suministra energía motor permanente… El circuito de alimentación del accionamiento eléctrico consta de: un transformador TV correspondiente; rectificador controlado ensamblado a partir de 12 tiristores (V01 … V12) conectados en un circuito paralelo de media onda de seis fases; limitadores de corriente L1 y L2 y motor DC M con excitación independiente. Transformador trifásico El televisor tiene dos bobinas de alimentación y una bobina protegida de ellas para alimentar los circuitos de control. El devanado primario está conectado en triángulo, el devanado secundario en estrella de seis fases con un terminal neutro.
Las desventajas de tal accionamiento son la complejidad del sistema de control, la presencia de colectores de corriente de escobillas, que reducen la confiabilidad de los motores, así como el alto costo.
Los avances en electrónica y la aparición de nuevos materiales eléctricos han cambiado la situación en el campo de la servotecnología. Los avances recientes hacen posible compensar la complejidad del control de la unidad de CA con microcontroladores modernos y transistores de potencia de alto voltaje y alta velocidad. Magnetos permanentes, fabricado con aleaciones de neodimio-hierro-boro y samario-cobalto, debido a su alta intensidad energética, mejoró significativamente las características de los motores síncronos con imanes en el rotor, al tiempo que redujo su peso y dimensiones. Como resultado, las características dinámicas del accionamiento han mejorado y sus dimensiones se han reducido.La tendencia hacia los motores de CA asíncronos y síncronos es particularmente notable en los servosistemas, que tradicionalmente se han basado en accionamientos eléctricos de CC.
Servo asíncrono
El motor eléctrico asíncrono es el más popular en la industria debido a su diseño simple y confiable a un bajo costo. Sin embargo, este tipo de motor es un objeto de control complejo en términos de control de par y velocidad.El uso de microcontroladores de alto rendimiento que implementan el algoritmo de control vectorial y sensores de velocidad digitales de alta resolución permiten obtener el rango de control de velocidad y las características de precisión. de un accionamiento eléctrico asíncrono, no peor que el de un servoaccionamiento síncrono.
Los variadores de frecuencia de inducción de CA controlados por frecuencia cambian la velocidad del eje del motor de inducción de jaula de ardilla utilizando convertidores de frecuencia de transistores o tiristores que convierten un voltaje monofásico o trifásico con una frecuencia de 50 Hz en un voltaje trifásico con una frecuencia variable en el rango de 0,2 a 400 Hz.
Hoy convertidores de frecuencia es un dispositivo de pequeño tamaño (mucho más pequeño que un motor eléctrico asíncrono de potencia similar) sobre una base moderna de semiconductores, controlado por un microprocesador incorporado. Accionamiento eléctrico asíncrono variable le permite resolver varios problemas de automatización de la producción y ahorro de energía, en particular, la regulación continua de la velocidad de rotación o la velocidad de avance de las máquinas tecnológicas.
En términos de costo, el servoaccionamiento asíncrono tiene una superioridad indiscutible a altas potencias.
servo síncrono
Los servomotores síncronos son motores síncronos trifásicos con excitación de imanes permanentes y un sensor fotoeléctrico de posición del rotor. Utilizan rotores de jaula de ardilla o de imanes permanentes. Su principal ventaja es el bajo momento de inercia del rotor en comparación con el par desarrollado. Estos motores funcionan en combinación con un servoamplificador compuesto por un rectificador de diodos, una batería de condensadores y un inversor basado en interruptores de transistores de potencia. Para suavizar la ondulación del voltaje rectificado, el servoamplificador está equipado con un bloque de capacitores y para convertir la energía acumulada en los capacitores en los momentos de frenado, con un transistor de descarga y una resistencia de balasto, lo que proporciona un frenado dinámico efectivo.
Los servoaccionamientos síncronos de frecuencia variable responden rápidamente, funcionan bien con sistemas de control programados por pulsos y se pueden utilizar en una variedad de industrias donde se requieren las siguientes cualidades de accionamiento:
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posicionamiento de cuerpos de trabajo con alta precisión;
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manteniendo el par con alta precisión;
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manteniendo la velocidad de movimiento o alimentando con alta precisión.
Los principales fabricantes de servomotores síncronos y accionamientos variables basados en ellos son Mitsubishi Electric (Japón) y Sew-Evrodrive (Alemania).
Mitsubishi Electric fabrica una gama de servoaccionamientos de baja potencia -Melservo-C en cinco tamaños con potencia nominal de 30 a 750 W, velocidad nominal de 3000 rpm y par nominal de 0,095 a 2,4 Nm.
La empresa también fabrica servoaccionamientos de frecuencia gamma de potencia media con potencia nominal de 0,5 a 7,0 kW, velocidad nominal de 2000 rpm y par nominal de 2,4 a 33,4 Nm.
Los servoaccionamientos de la serie MR-C de Mitsubishi sustituyen con éxito a los motores paso a paso porque sus sistemas de control son totalmente compatibles (entrada de pulsos), pero al mismo tiempo están libres de las desventajas inherentes a los motores paso a paso.
Los servomotores MR-J2 (S) se diferencian de los demás por el microcontrolador incorporado con memoria extendida, que contiene hasta 12 programas de control. Un servoaccionamiento de este tipo funciona sin pérdida de precisión en todo el rango de velocidades de funcionamiento. Una de las ventajas significativas del dispositivo es su capacidad para compensar los "errores acumulados". El servoamplificador simplemente restablece el servomotor "a cero" después de un cierto número de ciclos de trabajo o en una señal de un sensor.
Sew-Evrodrive suministra tanto componentes individuales como servoaccionamientos completos con una amplia gama de accesorios. Las principales áreas de aplicación de estos dispositivos son los actuadores y los sistemas de posicionamiento de alta velocidad para máquinas herramienta programadas.
Estas son las principales características de los servomotores síncronos Sew-Evrodrive:
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par de arranque — de 1 a 68 Nm, y en presencia de un ventilador para enfriamiento forzado — hasta 95 Nm;
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capacidad de sobrecarga, la relación entre el par máximo y el par de arranque, hasta 3,6 veces;
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alto grado de protección (IP65);
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los termistores integrados en el devanado del estator controlan el calentamiento del motor y excluyen su daño en caso de cualquier tipo de sobrecarga;
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sensor fotoeléctrico pulsado 1024 pulsos/rev. proporciona un rango de control de velocidad de hasta 1:5000
Saquemos conclusiones:
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en el campo de los servoaccionamientos ajustables, existe una tendencia a sustituir los accionamientos eléctricos de corriente continua con sistemas de control analógicos por accionamientos eléctricos de corriente alterna con sistemas de control digital;
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Los accionamientos eléctricos asíncronos ajustables basados en modernos convertidores de frecuencia de pequeño tamaño permiten resolver diversos problemas de automatización de la producción y ahorro de energía con un alto grado de fiabilidad y eficiencia. Se recomienda que estos accionamientos se utilicen para un ajuste suave de la velocidad de avance en máquinas y máquinas para trabajar la madera;
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los servoaccionamientos asíncronos tienen ventajas indiscutibles sobre los síncronos a altas potencias y pares superiores a 29-30 N / m (por ejemplo, accionamiento de rotación del husillo en máquinas peladoras);
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si se requiere una alta velocidad (la duración del ciclo automático no supera los pocos segundos) y el valor de los pares desarrollados es de hasta 15-20 N/m, se deben utilizar servoaccionamientos ajustables basados en motores síncronos con diferentes tipos de sensores. , que permiten regular la velocidad de rotación hasta 6000 rpm sin reducir el momento;
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Los servoaccionamientos de frecuencia variable basados en motores síncronos de CA permiten la creación de sistemas de posicionamiento rápido sin el uso de CNC.
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