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Como selecionar um Servo Motor
Apresentação Edilson CravoData 28/10/2016
HANGOUT
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SWA
DIAGRAMA DO SERVOACIONAMENTO
Estágio de Controle Estágio dePotência
Servomotor
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RESPOSTA: PADRÃO X SERVOACIONAMENTO
Referência de Velocidade
Realimentação do Servomotor
t
Resposta do Servoacionamento
Referência de Velocidade
Realimentação Real t
Atraso na Saída
Overshoot
Oscilação
Erro de Regime
Resposta Padrão
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ESTRUTURA DE CONTROLE
Modo Torque
PWM
ReguladorCorrente
referência
ReguladorVelocidade
Estimadorvelocidade
referênciaModo Velocidade
ReguladorPosição
referência
Modo Posicionamento
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DIMENSIONAMENTO DE SERVOMOTORES
Substituição direta de motorAC por servomotor
(N.m) = (P(kW) . 9550) / n(rpm)
(N.m) = (P(cv) . 7024) / n(rpm)
P(kW) = 0,735 . P(cv)
n (rpm) = 120.f(Hz) / pólos
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DIMENSIONAMENTO DE SERVOMOTORES
Sistemas com fuso de esferas
1- Momento de Inércia do Sistema (kg.m2):
Jt = Jmotor + Jredutor + Jcarga + Jfuso / i2, mas (Jc / i2) 10.Jmotor
3- Torque do Servo motor (N.m):
m = ( e + d) /
2- Torque Estático (e) e Dinâmico (d) (N.m):
d = (nm . Jt) / (9,55 . ta)e = (F.d) / (i) e
M = Torque Motor = eficiência
nm = Rotação Nominalta = Tempo Aceleracao.
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RELAÇÃO TORQUE / VELOCIDADE
A - DinâmicoB - EstáticoC - DinâmicoD - Rotor
Bloqueado
DCBA
n (rpm)
no
t(s)
t(s)
(N.m)d + e
e -d
e
o
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Algumas fórmulas básicas de física
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P = T x ωRPM= 60 x RPSRPS x 2π
Ta = I x α
POTÊNCIA VELOCIDADE ANGULAR TORQUE
P = Potência (Watts)T = Torque (N.m)ω = Velocidade Angular
(rad/seg)
RPM = Rotação por minuto
RPS = Rotação por segundo
T = Torque (N.m)I = Inércia (Kg-m²)
α = Aceleração Angular (rad/sec²)
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Curva de Torque & Velocidade
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A curva representa a capacidade de um motor. O tempo que um motor pode trabalhar na zona intermitente é definida pela sua carga e tempo de operação.
Torque Nominal(100%)
TorqueMáximo(300%)
Quando há uma inércia muito alta, o servo motor dá um
pico e consegue atingir um torque 3 vezes maior que seu
torque nominaldurante 3 segundos.
Independente da velocidade, o servomotor consegue manter o mesmo torquenominal durante todo o processo. A não ser em velocidade máxima, que ele perde uma pequena porcentagem de torque.
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Perfil de movimento
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Ela denota como a energia de eletricidade é convertida para energia cinética. A curva é um perfil trapezoidal muito típico para o movimento.
• O ciclo de trabalho de um servo.
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A Inércia do processo
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A inércia do mecanismo é o primeiro fator a ser verificado no processo.
O pior cenário para a inércia é:• Alta velocidade;• Alta aceleração;• Carga máxima;
Com cargaSem carga
A inércia do rotor de um motor deve ser incluído no sistema de inércia porque está ligado ao sistema para mover em conjunto.
A inércia pode ser calculada pela internet/softwares ouManualmente, consultando livros de engenharia.
Inércia do rotorInércia do eixo
do motor
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Torque Máximo (1)
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Do perfil de movimento a curva de torque.
- O torque máximo é aplicado para verificar a capacidade intermitente de um servo-motor;
- A curva de binário pode ser derivada a partir do seu perfil de movimento de acompanhamento com inércia condução;
- O Tf significa atrito cinético.
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Torque RMS
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O torque RMS é usado para ajustar torque nominal.
- O torque RMS é média ponderada de tempo que pode ser pensado como um torque médio a longo prazo;
- O calor de um servo motor irá acumular e nível de sobrecarga se o torque RMS for superior ao seu torque nominal.
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Energia Regenerativa (1)
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Como trabalha:
- Nos períodos de aceleração e velocidade constante, o campo do estator conduz o campo do rotor que é o fenômeno de um motor;
- Durante o período de desaceleração, o campo rotor lidera o campo do estator que é um efeito gerador e despeja a energia de volta para o seu sistema.
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Energia Regenerativa (2)
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Como o Servo lida com isso?
- Quando a energia volta para a unidade servo, ele serámantido dentro dos capacitores até atingir o seu nível detensão projetado, que é designado por Tensão BUS nosistema Delta;
- A energia será dissipada em build-in ou resistor externochamado resistor regenerativo quando o Tensão BUS estáprojetado no nível de tensão 370V.
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Resistor Regenerativo
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Como selecionar um resistor regenerativo:
ERE = JS x (ΔN)² / 182
WR = 2 x (ERE – EC) / Tdecel
Rmax = (370)² / WR
ERE = Energia Regenerativa (Joules)JS = Inércia (Kg-m²)ΔN = Variação de velocidade (r/min, rpm)WR = Energia dissipada no resistor (Watts)EC = Energia armazenada no capacitor (Joules)Rmax = Resistência máxima admissível (Ohm)
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Exemplo de seleção de um Servo (1)
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I MÁQUINA = 0,00612 Kgm-m² (do design da motor)
VELOCIDADE ANGULAR = 2000/60 x 2π = 209,44 rad/sec
T temp_max = 0,00612 x ((209,44 – 0) / (0,1 – 0)) = 12,82 N.m
Pega ECMA-E11315 = Tmax = 21,48 > 12,82 N.m
Tmax = Isystem x α = (Imachine + Imotor) x α = 15,16 N.m
• O troque máximo do sistema:
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Exemplo de seleção de um Servo (2)
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Tmax = 15,16 N.m Tnominal = 7,16 N.m
A proporção de torque = 15,16 / 7,16 = 2,12 = 212%
212%
• Verificar a operação intermitente da especificação:
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Exemplo de seleção de um Servo (3)
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Trms = 4,57 N.m < Trated = 7,16 N.m
• Verificar a operação contínua da especificação:
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Exemplo de seleção de um Servo (4)
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- O atrito cinético deve ser conhecido antecipadamente para a máquina em movimento com alta fricção cinética;
- Para a máquina com menor atrito cinético, ele pode ser ignorado, deixando alguma margem durante a seleção de um sistema;
- Se o atrito cinético é impossível de ser conhecido até que a máquina esteja bem montada, atualizar a margem.
• A margem de atrito cinético:
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Exemplo de seleção de um Servo (6)
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A variação:- O tamanho da dimensão e estrutura : Flange 60 , 80 , 110 ,130 e 160mm- O nível de proteção IP ( Padrao IP65 )- O redutor pode ajudar a diminuir o torque , inercia e irá acelerar o motor;- A resolução do Encoder. 17 BITS = 160.000 PPR
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Servomotor
EXEMPLO : SISTEMA COM REDUTOR POLIAS E
FUSO DE ESFERAS
Em uma máquina ferramenta o carro é deslocado por um fuso de esferas + polias + caixa deengrenagens com velocidade máxima de 9m/min e com rampa de aceleração de 0,35s.Encontre o servoacionamento adequado para acionar o sistema, lembrando que a alimentaçãoda rede é em 220V.
Redutor Fuso de Esferas + Carga
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EXEMPLO : Redutor
Redutor Planetario
Dados:
Relação de Redução: 5:1;
Inércia : 0,0012kg.m²
Rendimento da Caixa de Engrenagens: 90%.
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EXEMPLO : FUSO DE ESFERAS E CARGA
Fuso de Esferas / Carga
Dados:
Passo do Fuso: 10mm;
Diâmetro do Fuso: 25mm;
Comprimento do Fuso: 1500mm;
Peso da Mesa: 500kg;
Peso da Carga: 150Kg;
Força de Oposição: 15.0 N;
Deslocamento: na horizontal ( = 0);
Material do Fuso + Porca: Aço;
Densidade do Material: 7850 kg/m3;
Rendimento: 90%;
Coeficiente de Atrito: 0,01.
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EXEMPLO : SISTEMA COM REDUTOR E FUSO DE ESFERAS
Cálculos:
1- Momento de Inércia do Sistema (kg.m2):
Jc = ((Jcarga + Jfuso + ) / (iredutor2) )
Jcarga = (mcarga + mmesa) .(p / (2.))2
Jcarga = 177,5 x 10-6 kg.m²
Jfuso = ( / 32).df4.lf.material
Jfuso = 451 x 10-6 kg.m²
Onde Jtotal : (Jgearbox + (Jc / i2)) 10.Jmotor
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Msizing Software
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O software:
- O software ajuda a dimensionar o motor de acordo com sua aplicação;
- Selecione um mecanismo, defina os parâmetros de peças para zero quando não utilizados;
- Siga as instruções e clique em OBTER RESULTADO.
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