La creciente automatización en todos los ámbitos de la ingeniería mecánica requiere tiempos de ciclo cada vez más cortos y una mayor flexibilidad a la hora de cambiar de producto. Este desarrollo ha dado lugar a los servoaccionamientos que se utilizan hoy en día, es decir, servomotores síncronos y asíncronos y motores lineales síncronos.
Un servomotor moderno se ha convertido en una parte integral de la ingeniería mecánica. Muestra sus puntos fuertes especialmente cuando se requiere precisión y flexibilidad y se requiere un posicionamiento altamente dinámico y preciso. El rápido desarrollo de la tecnología de semiconductores y de los microcontroladores modernos fue decisivo para el éxito de la servotecnología actual. Los sistemas informáticos altamente integrados y potentes, así como los módulos de memoria asociados, permiten el uso de controles digitales. Los expertos de Tecnomotion Control nos indican los usos específicos de los servomotores:
¿Qué es un servomotor?
En realidad, lo que es exactamente un servomotor se interpreta de manera diferente. En general, se entiende por servomotor un motor que al menos tiene control o puede retroalimentar su posición giratoria o lineal. Un servomotor es un motor eléctrico que permite configurar corrientes, velocidades y/o ángulos de rotación específicos.
Los motores eléctricos especiales se denominan servomotores. Consisten en un motor eléctrico que además está equipado con un sensor de posicionamiento. La posición de rotación del eje del motor determinada por el sensor se transmite continuamente a la electrónica de control, generalmente ubicada fuera del motor real, el llamado servocontrolador, que controla el movimiento del motor de acuerdo con uno o más puntos de ajuste ajustables, como el La posición angular nominal del eje o la velocidad nominal se regula en un circuito de control.
“Servomotor” no describe un tipo específico de motor, sino que los servomotores pueden tener una amplia variedad de diseños. Los accionamientos electrohidráulicos o electroneumáticos también se denominan a veces servomotores.
¿Cómo funciona un servomotor?
Un servomotor es un dispositivo electromecánico que produce par y velocidad en función del voltaje aplicado de la corriente suministrada. Un servomotor funciona como parte de un sistema de circuito cerrado, proporcionando par y velocidad dictados por un servocontrolador que utiliza un sistema de retroalimentación para cerrar el circuito. El sistema de retroalimentación proporciona información como corriente, velocidad o posición al servocontrolador, que ajusta la acción del motor según los parámetros objetivo.
¿Cómo se construye un servomotor?
Un servomotor es parte de un servomecanismo que consta de tres elementos clave: un motor, un sistema de retroalimentación y un sistema electrónico de control. El motor puede ser AC/DC, con o sin escobillas, rotativo o lineal y de cualquier tamaño. El sistema de retroalimentación puede ser un potenciómetro, un sensor Hall, un tacómetro, un resolutor, un codificador, un convertidor lineal o cualquier otro sensor. El servosistema se completa con la electrónica de control, que suministra energía al motor y compara los datos de retroalimentación y la referencia objetivo para verificar que el servomotor esté funcionando según lo previsto.
Un servomotor industrial simple consta de un motor de CC de imán permanente con un tacómetro integrado que proporciona un voltaje de salida proporcional a la velocidad. La electrónica del variador suministra el voltaje y la corriente requeridos al motor en función del voltaje realimentado por el tacómetro. En este ejemplo, se establece una velocidad objetivo (representada como un voltaje de referencia objetivo) en el controlador. Luego, el circuito del controlador compara el voltaje de retroalimentación del tacómetro y determina si se ha alcanzado la velocidad deseada, lo que se conoce como circuito cerrado de velocidad. El circuito de velocidad monitorea la velocidad objetivo y la retroalimentación del tacómetro mientras el conductor ajusta la potencia al motor para mantener la velocidad objetivo deseada.
En un sistema de servomotor más sofisticado, el sistema consta de bucles de corriente, velocidad y posición que utilizan elementos de retroalimentación de precisión. Cada bucle señala el bucle siguiente y monitorea los elementos de retroalimentación correspondientes para realizar correcciones en tiempo real para adaptarse a los parámetros objetivo.
¿Qué propiedades ofrece un servomotor?
- La eficiencia del motor suele ser superior al 95% a plena potencia.
- Los motores pueden funcionar con un gran aumento de temperatura, por ejemplo a una temperatura ambiente de 40 °C, se permite una clase térmica H = 125 ˚C.
- Clasificación de protección IP65 (típica) frente a IP54 para motores de inducción estándar.
- Los bajos costes adicionales de los codificadores incrementales, ventiladores, etc. hacen de los servomotores asíncronos una alternativa interesante.
- Una capacidad de sobrecarga de par elevada depende del diseño del motor y del material magnético. En general, los servomotores síncronos tienen una capacidad de sobrecarga a corto plazo de 2 a 5 veces mayor.
- Para la retroalimentación se pueden utilizar resolutores, codificadores incrementales con canales de conmutación o distintos tipos de codificadores SinCos. También están disponibles sistemas digitales.
- Los nuevos desarrollos en accionamientos y sistemas de control de movimiento, así como materiales magnéticos rentables, han ampliado rápidamente el mercado y las posibilidades de aplicación de los servomotores síncronos.
¿Qué tipos de servomotores existen?
Como servomotores se utilizan ampliamente motores síncronos de imanes permanentes, motores asíncronos y motores de corriente continua con escobillas o motores de corriente continua BLDC y EC. Pero estos motores también tienen una variedad de términos, algunos de los cuales se usan de manera diferente. A continuación se ofrece una descripción general de algunos términos de uso frecuente con explicaciones:
1. Servomotores CA y CC
Los servomotores de CA suelen ser motores que funcionan con tensiones de alimentación que se generan directamente rectificando una tensión alterna (monofásica o trifásica). Suelen ser tensiones CC desde aproximadamente 230 VCC hasta más de 600 VCC. Por el contrario, los servomotores que pueden funcionar directamente con una tensión baja de hasta unos 48 V CC se denominan servomotores CC. Sin embargo, esta clasificación no permite hacer ninguna declaración sobre el diseño del motor.
Según esta definición, los motores síncronos de imanes permanentes se utilizan como motores síncronos de CA y CC. Los motores asíncronos y los motores de reluctancia se utilizan principalmente como servomotores de CA; Motores de CC con escobillas permanentes o excitados externamente en lugar de servomotores de CC. Aunque a primera vista no parezca sensato, en el mercado también se ofrecen motores paso a paso que reciben información de posición mediante un codificador y, por tanto, se ofrecen como servomotores de corriente continua.
Los motores paso a paso, por el contrario, siguen exactamente el campo creado y también pueden funcionar con precisión sin sensores para la respuesta de posición. Se comportan de manera similar a los motores síncronos, pero normalmente tienen un número significativamente mayor de pares de polos. Por lo tanto, se pueden utilizar más fácilmente que, por ejemplo, los servomotores (normalmente motores de corriente continua o motores síncronos con sensores de posición), que deben ajustarse a la posición deseada.
2. Servomotores BLDC y EC
Los servomotores BLDC (corriente continua sin escobillas) y EC (conmutación electrónica) son técnicamente motores síncronos de imanes permanentes. Estos términos a menudo se asocian con pequeños motores conmutados por bloques que funcionan en el rango de bajo voltaje. Los motores BLDC y EC se controlan actualmente a menudo en función del campo.
Servomotores, servoamplificadores y servoaccionamientos
Muchos motores que se ofrecen como servomotores no pueden girar por sí solos porque no tienen servoamplificadores integrados. Sólo los servomotores con un servoamplificador integrado pueden regular de forma independiente el par, la velocidad o la posición sin componentes externos después de aplicar una tensión de alimentación en modo servo. Esto se realiza según las especificaciones a través de una conexión de bus o mediante entradas digitales o analógicas.
En el lenguaje común, los motores que requieren un servoamplificador externo se denominan servomotores. Estos todavía representan la mayor proporción de servomotores. La combinación de motor y amplificador suele denominarse servoaccionamiento.
¿Para qué aplicaciones se utilizan los servomotores?
Hay muchos tipos de aplicaciones para los servomotores, desde simples motores de CC utilizados en aplicaciones de hobby (como modelos de aviones) hasta sofisticados motores sin escobillas impulsados por complejos controladores de movimiento utilizados en centros de mecanizado multieje. Un ejemplo de un servomecanismo común es un controlador de velocidad de un vehículo, que consta de un motor (el motor), un sensor de velocidad (retroalimentación) y un sistema electrónico para comparar la velocidad del vehículo con la velocidad establecida. A medida que el vehículo reduce la velocidad, el sensor pasa estos datos a la electrónica, que a su vez acelera el motor para aumentar la velocidad hasta el punto de ajuste deseado: un sistema simple de circuito cerrado.
¿En qué industrias se utilizan los servomotores?
La creciente automatización en todos los ámbitos de la ingeniería mecánica y de instalaciones requiere tiempos de ciclo cada vez más cortos y una mayor flexibilidad a la hora de cambiar de producto. Este desarrollo ha dado lugar a los servoaccionamientos que se utilizan hoy en día, es decir, servomotores síncronos y asíncronos y motores lineales síncronos. Estas unidades se utilizan principalmente en las siguientes industrias:
- Tecnología de embalaje.
- Robótica.
- Maquinas herramientas.
- Sistemas de manipulación.
- Procesamiento de chapa.
- Procesamiento de papel.
- Tecnología de transporte.
