El rotor del servomotor es un imán permanente. La electricidad trifásica U/V/W controlada por el variador forma un campo electromagnético, y el rotor gira bajo la acción de este campo. El codificador incluido en el motor envía señales al variador, que ajusta el ángulo de rotación del rotor según el valor de retroalimentación en comparación con el valor objetivo. La precisión del servomotor está determinada por la precisión del codificador (número de líneas).

¿Qué es un servomotor? ¿Cuántos tipos existen? ¿Cuáles son sus características de funcionamiento?

R: El servomotor, también llamado motor actuador, se utiliza como actuador en el sistema de control automático para convertir la señal eléctrica recibida en desplazamiento angular o velocidad angular de salida en el eje del motor. Se divide en dos categorías: servomotores de CC y de CA. Su característica principal es que no hay rotación automática cuando el voltaje de la señal es cero, y la velocidad disminuye uniformemente al aumentar el par.

¿Cuál es la diferencia funcional entre un servomotor de CA y un servomotor de CC sin escobillas?

R: El servomotor de CA es mejor porque, al ser un tornillo de bolas con control de onda sinusoidal, la pulsación de par es pequeña. El servomotor de CC es de onda trapezoidal. Sin embargo, el servomotor de CC es más simple y económico. Servomotor de CA de imán permanente. Desde la década de 1980, con el desarrollo de circuitos integrados, electrónica de potencia y variadores de velocidad de CA, la tecnología de servomotores de CA de imán permanente ha experimentado un notable desarrollo, y reconocidos fabricantes de productos eléctricos de diversos países han lanzado sus propias series de servomotores y servomotores de CA, que continúan mejorando y actualizando. El servomotor de CA se ha convertido en la principal línea de desarrollo de los servomotores de alto rendimiento contemporáneos, lo que ha llevado a los servomotores de CC originales a un punto crítico de ser eliminados. En la década de 1990, el servomotor de CA se ha comercializado a nivel mundial mediante el uso de un control totalmente digital de servomotores de onda sinusoidal. El desarrollo de los servomotores de CA en el campo de la transmisión está en constante evolución.

En comparación con los servomotores de CC, las principales ventajas de los servomotores de CA de imán permanente son: (1) Sin escobillas ni conmutador, lo que garantiza un funcionamiento fiable y requiere poco mantenimiento. (2) Mayor disipación de calor del devanado del estator. (3) Baja inercia, lo que facilita la mejora de la velocidad del acoplamiento del fuelle del sistema. (4) Adaptable a condiciones de trabajo de alta velocidad y alto par. (5) Con la misma potencia, su volumen y peso son menores.

Servomotor y motor paso a paso

El servomotor se basa principalmente en pulsos para posicionarse. Básicamente, el servomotor recibe un pulso y rotará un pulso correspondiente al ángulo para lograr el desplazamiento. Dado que el servomotor envía pulsos, envía un número correspondiente a cada ángulo de rotación, formando un eco o bucle cerrado. De esta manera, el sistema sabe cuántos pulsos se enviaron al servomotor y cuántos se recibieron simultáneamente, lo que le permite controlar la rotación del motor con gran precisión y lograr un posicionamiento preciso, que puede alcanzar 0,001 mm.

El motor paso a paso es un dispositivo de movimiento discreto, esencial para la tecnología moderna de control digital. En los sistemas de control digital domésticos actuales, los motores paso a paso se utilizan ampliamente. Con la aparición de servosistemas de CA totalmente digitales, su uso también es cada vez mayor en sistemas de control digital. Para adaptarse a la tendencia de desarrollo del control digital, la mayoría de los sistemas de control de movimiento utilizan motores paso a paso o servomotores de CA totalmente digitales como motor de ejecución. Si bien ambos son similares en el modo de control (cadena de pulsos y señal de dirección) y su acoplamiento flexible, presentan diferencias significativas en su rendimiento y aplicaciones. A continuación, se presenta una comparación entre ambos rendimientos.

En primer lugar, la precisión del control es diferente.

El ángulo de paso de un motor paso a paso híbrido bifásico suele ser de 3,6° y 1,8°, mientras que el de un motor paso a paso híbrido de cinco fases suele ser de 0,72° y 0,36°. También existen motores paso a paso de alto rendimiento con un ángulo de paso aún menor. Por ejemplo, un motor paso a paso para máquinas herramienta de marcha lenta, fabricado por SCT, tiene un ángulo de paso de 0,09°. La empresa alemana BERGER LAHR (BERGER LAHR) ha producido un motor paso a paso híbrido trifásico cuyo ángulo de paso se puede ajustar a 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° y 0,036°, compatible con el ángulo de paso de los motores paso a paso híbridos bifásicos y de cinco fases.

La precisión del control del servomotor de CA está garantizada por el codificador rotatorio situado en la parte trasera del eje del motor. Por ejemplo, para un servomotor de CA totalmente digital Panasonic, el equivalente de pulso es de 360°/10000 = 0,036° para un motor con un codificador estándar de 2500 líneas, debido a la tecnología de frecuencia cuádruple utilizada en el variador. Para un motor con un codificador de 17 bits, el variador recibe 217 = 131072 pulsos por revolución, es decir, su equivalente de pulso es de 360°/131072 = 9,89 segundos. ¿El ángulo de paso de 1,8° del equivalente de pulso del motor paso a paso es de 1/655?

En segundo lugar, las características de baja frecuencia son diferentes.

Los motores paso a paso a bajas velocidades son propensos a vibraciones de baja frecuencia. En función de la frecuencia de vibración, las condiciones de carga y el rendimiento del variador, se considera generalmente que la frecuencia de vibración es la mitad de la frecuencia de arranque del motor sin carga. Este fenómeno de vibración de baja frecuencia, determinado por el principio de funcionamiento del motor paso a paso, es muy perjudicial para el funcionamiento normal de la máquina. Cuando los motores paso a paso funcionan a baja velocidad, generalmente se utiliza tecnología de amortiguación para superar las vibraciones de baja frecuencia, como la adición de amortiguadores al motor o la tecnología de subdivisión en el variador, etc.

El funcionamiento del servomotor de CA se basa en un acoplamiento de diafragma muy suave, sin vibraciones, incluso a bajas velocidades. El servosistema de CA cuenta con una función de supresión de resonancia, que compensa la falta de rigidez mecánica, y una función de resolución de frecuencia interna (FFT), que detecta el punto de resonancia de la maquinaria y facilita el ajuste del sistema.

En tercer lugar, las características de momento-frecuencia son diferentes.

El par de salida del motor paso a paso disminuye con el aumento de la velocidad y se reduce drásticamente a velocidades superiores, por lo que su velocidad máxima de trabajo suele estar entre 300 y 600 RPM. El servomotor de CA ofrece par constante; es decir, dentro de su velocidad nominal (generalmente 2000 o 3000 RPM), puede generar el par nominal, y por encima de esta, la potencia es constante.

En cuarto lugar, la capacidad de sobrecarga es diferente.

Los motores paso a paso generalmente no tienen capacidad de sobrecarga. Los servomotores de CA tienen una alta capacidad de sobrecarga. Por ejemplo, el servomotor de CA Panasonic tiene capacidad de sobrecarga de velocidad y de par. Su par máximo es tres veces el par nominal, lo que permite superar el momento de inercia de las cargas inerciales al arrancar. Debido a que los motores paso a paso no tienen dicha capacidad de sobrecarga, para superar este momento de inercia, a menudo es necesario elegir un motor con mayor par. Dado que la máquina no requiere tanto par durante el funcionamiento normal, se producirá un desperdicio de par.

En quinto lugar, el rendimiento operativo es diferente.

En el control de lazo abierto de motores paso a paso, una frecuencia de arranque demasiado alta o una carga demasiado grande pueden provocar pérdida de paso o bloqueo, y una velocidad de frenado demasiado alta puede sobrepasar este fenómeno. Por lo tanto, para garantizar la precisión del control, es necesario abordar el problema de la aceleración y la desaceleración. Sistema de servoaccionamiento de CA para control de lazo cerrado. El controlador puede muestrear directamente la señal de retroalimentación del codificador del motor. El lazo interno de posición y el lazo de velocidad generalmente evitan la pérdida o sobreimpulso del motor paso a paso, lo que aumenta la fiabilidad del control.

En sexto lugar, el rendimiento de respuesta de velocidad es diferente.

Un motor paso a paso tarda entre 200 y 400 milisegundos en acelerar desde parado hasta su velocidad de trabajo (generalmente unos cientos de revoluciones por minuto). El rendimiento de aceleración de un servosistema de CA es mejor; por ejemplo, el servomotor de CA Panasonic MSMA de 400 W acelera desde parado hasta su velocidad nominal de 3000 RPM en tan solo unos milisegundos, lo que permite controlar arranques y paradas rápidas.

En resumen, los servosistemas de CA superan a los motores paso a paso en muchos aspectos de rendimiento. Sin embargo, los motores paso a paso se utilizan a menudo como motores de accionamiento en situaciones menos exigentes. Por lo tanto, al diseñar un sistema de control, se deben considerar los requisitos de control, el coste y otros factores para elegir el motor de control adecuado.