Manual de servomotores

1. Curso de servomotores y motores paso a
paso

2. ¿Qué es un
servomotor?
Un servomotor es un actuador
rotativo o lineal que permite lograr
un control preciso en cuanto a
posición angular, aceleración y
velocidad del eje, capacidades que
un motor normal no tiene.

3. Características
• Motor síncrono con rotor de imanes
permanentes
• Potencias pequeñas con pares de hasta 70
Nm.
• Velocidades de hasta 6000 rpm.
• Trabaja con un amplificador que controla
su funcionamiento
• Las ordenes de posicionamiento se
generan en:
• Control Numérico
• Equipo dedicado
• Autómata con tarjeta de control de ejes

4. Características
• Gran precisión de posicionado
• Estabilidad de velocidad
• Alta estabilidad de par
• Repetitividad del movimiento
• Elevada respuesta dinámica

5. Tipos
Los primeros servos utilizaban motores de corriente continua
de baja inercia.
• Pero el uso de escobillas reducía su fiabilidad, pronto se migró a
los motores síncronos de imanes permanentes
• Existen principalmente dos tipos de drives para motores
síncronos de imanes permanentes, diferenciados por la forma
de señal de corriente que comunican el motor y por el tipo de
sistema de retroalimentación:
• Drive con conmutación tipo bloque / Brushless DC
• Drive con conmutación Sinusoidal / Brushless AC

6. ¿Qué es tecnología
Brushless?
Esta tecnología significa "sin escobillas": las máquinas
con motor brushless llevan un motor sin escobillas. A
efectos prácticos, la tecnología brushless tiene una serie
de ventajas para nuestras máquinas

7. Características Brushless
• Máxima eficiencia: los motores brushless mantienen el par en todo su
abanico de velocidades, obteniéndose la máxima eficiencia en todo
momento.
• Eco-friendly: Gracias a la alta eficiencia de los motores brushless, se reduce
el consumo energético.
• Control óptimo: gracias el exclusivo "Force Control System" de las cortadoras
Sammic, la fuerza ejercida por el motor se muestra en pantalla en todo
momento. Además, es posible programar un aviso sonoro cuando la máquina
exceda la fuerza preestablecida por el usuario. Así, en todo momento se
puede ejercerla fuerza óptima para obtener la mejor calidad de corte en cada
producto. Con ello se consigue estandarizar procesos y obtener un corte
óptimo, uniforme y sin mermas.
• Tamaño compacto: los motores brushless ocupan menos espacio que los
convencionales con escobillas, lo cual permite fabricar equipos que ofrecen el
máximo rendimiento en el mínimo espacio. En nuestro caso, la altura de los
modelos con la tecnología brushless se reducen en 22mm. con respecto a los
modelos equivalentes anteriores.
• Menos peso: los motores brushless, más compactos, pesan menos que los
motores asíncronos, reduciéndose sensiblemente el peso de la máquina
equipada con esta tecnología. El peso de las máquinas brushless se reduce
hasta 20% con respecto a los modelos anteriores.
• Funcionamiento silencioso: los motores brushless tienen un
funcionamiento más suave y silencioso que los motores convencionales, lo
cual se traduce en una mejora ambiental sensible en el lugar de trabajo (de
72 a 63 dbA).
• Estanqueidad: al no necesitar ventilación, se prescinde de las rejillas de
ventilación en la carcasa o base de las máquinas, mejorándose la
estanqueidad de las máquinas y así su durabilidad.

8. Brushless DC/ AC
La tecnología Brushless DC fué la primera
que se aplicó para el control de motores
Brushless síncronos, el desarrollo de la
tecnología del tratamiento digital de la señal
ha permitido el desarrollo de la tecnología
Brushless AC • Los drives Brushless DC
requieren de un encoder de baja resolución
para realizar la conmutación, por motivos de
coste se opta por sensores de efecto Hall,
normalmente hay seis puntos de
conmutación por rev. eléctrica. Mientras que
los Brushless AC necesitan un encoder
absoluto de alta resolución (4096 -16384
puntos de conmutación por vuelta)

9. Comparativa

10. Partes de un
servomotor

19. Rigidez en el eje
La rigidez mecánica del servomotor está
relacionada con su velocidad de respuesta. En
general, cuanto mayor sea la rigidez, mayor será
la velocidad de respuesta. Sin embargo, si se
ajusta demasiado alto, es fácil que el motor
produzca resonancia mecánica.
La rigidez del motor es la capacidad del eje del
motor para resistir la interferencia de torsión
externa, y podemos ajustar la rigidez del motor
en el servocontrolador.

20. Desviación
En el modo de posición del servosistema, se aplica una fuerza para desviar el
motor. Si la fuerza es grande y el ángulo de desviación es pequeño, la rigidez
del servosistema se considera fuerte; de ​​lo contrario, la rigidez del
servosistema se considera débil. Tenga en cuenta que la rigidez aquí en
realidad está más cerca del concepto de velocidad de respuesta. Desde el
punto de vista del controlador, la rigidez es en realidad un parámetro
compuesto por el lazo de velocidad, el lazo de posición y la constante integral
de tiempo, y su tamaño determina una velocidad de respuesta de la máquina.

21. Motores paso a paso y
servomotores
Introducción

22. El motor paso a paso
El motor paso a paso (Stepper) conocido también
como motor de pasos es un dispositivo
electromecánico que convierte una serie de impulsos
eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo
que significa que es capaz de girar una cantidad de
grados (paso o medio paso) dependiendo de sus
entradas de control. El motor paso a paso se comporta
de la misma manera que un conversor digital-
analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos
procedentes de sistemas digitales. Este motor presenta
las ventajas de tener precisión y repetitividad en cuanto
al posicionamiento del aparato. Entre sus principales
aplicaciones destacan
los robots, drones, radiocontrol, impresoras
digitales, automatización, fotocomponedoras, preprens
a, etc.

23. Construcción
Con el fin de eliminar las corrientes
parásitas, estos motores cuentan con
capas de láminas en el estator

24. Motor de imán
permanente
Un imán permanente está unido al eje del
motor (rotor). Las bobinas de excitación
se colocan en la pared del motor (estator)
y son alimentadas por orden cronológico.
El rotor se orienta siguiendo el campo
magnético creado por las bobinas.

25. Polaridad
Gracias a la polaridad norte y sur
de las bobinas se crea un campo
magnético giratorio

26. Polos del rotor
Los polos del rotor se sienten atraídos por las
polaridades rotativas de las bobinas. Cada fase
cuenta con dos bobinas

27. Precisión en el movimiento
Para mejorar la precisión se agregan en la
construcción, bobinas en el estator e imanes en el
rotor

28. Motor de reluctancia
variable
Tiene un rotor multipolar de hierro y
un estátor devanado, opcionalmente laminado.
Rota cuando el (o los) diente(s) más
cercano(s) del rotor es (o son) atraído(s) a la(s)
bobina(s) del estátor energizada(s)
(obteniéndose por lo tanto, la ruta de menor
reluctancia). La respuesta de este motor es
muy rápida, pero la inercia permitida en la
carga es pequeña. Cuando los devanados no
están energizados, el par estático de este tipo
de motor es cero.

29. Rotor
En lugar de imanes permanentes se
introducen láminas de hierro dulce,
dentadas, un hierro más puro

30. Alineación magnética
Los dientes de las bobinas se alinean con
los dientes del estator, a cada movimiento
por campo, se lo conoce como paso.
La bobina siempre atraerá al diente más
cercano

31. Motor paso a paso híbrido
Se caracteriza por tener varios dientes
en el estátor y en el rotor, el rotor con
un imán concéntrico magnetizado
axialmente alrededor de su eje. Se
puede ver que esta configuración es
una mezcla de los tipos de reluctancia
variable e imán permanente. Este tipo
de motor tiene una alta precisión y
alto par, se puede configurar para
suministrar un paso angular tan
pequeño como 1.8°.

32. Rotor
Cuenta con dos ruedas dentadas,
paralelas al eje, con dos polaridades
distintas.

33. Alineación mecánica de las
ruedas.
El diente de una rueda está alineado con la
hendidura de la otra

34. Alineación
Se cuenta con más dientes en el estator y
en el rotor para mejorar la precisión del
motor paso a paso

35. Control de las bobinas
Para el control del motor paso a paso
de este tipo (bipolar), se establece el
principio de "Puente H", si se activan
T1 y T4, permiten la alimentación en
un sentido; si cambiamos el sentido
de la alimentación activando T2 y T3,
cambiaremos el sentido de
alimentación y el sentido de la
corriente, donde las direcciones de la
corriente las determinan los diodos.

36. Velocidad de rotación
La velocidad de rotación viene definida por la ecuación:
Donde:
• f: frecuencia del tren de impulsos
• n: n.º de polos que forman el motor
• Si bien hay que decir que para estos motores, la máxima frecuencia admisible
suele estar alrededor de los 625 Hz, en caso de que la frecuencia de pulsos sea
demasiado elevada, el motor puede reaccionar en alguna de las siguientes
maneras:
• No realizar ningún movimiento en absoluto.
• Comenzar a vibrar pero sin llegar a girar.
• Girar erráticamente.
• Girar en sentido opuesto.
• Perder potencia

37. Driver
El controlador de motor paso a paso es
un actuador que puede transformar la
señal de pulso en una señal de
desplazamiento angular. Los
controladores paso a paso impulsan
motores paso a paso para girar en un
ángulo llamado ángulo de paso en la
dirección establecida cuando reciben una
señal de pulso.

38. Esquema
driver

39. Conexión
con PLC

40. Motion control

52. CONTROL DE POSICIÓN

53. Principios básicos de control y posición
Tipos de eje Los ejes pueden configurarse con diferentes tipos de eje:
● Los ejes de posicionamiento y ejes sincronizados pueden
configurarse como ejes rotativos o lineales.
● Los ejes de velocidad de giro siempre son ejes rotativos.
Según sea la mecánica, un eje está diseñado como eje lineal o rotativo
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56. El encoder incremental
El encoder es un transductor rotativo que transforma un movimiento
angular en una serie de impulsos digitales. Estos impulsos generados
pueden ser utilizados para controlar los desplazamientos de tipo
angular o de tipo lineal, si se asocian a cremalleras o a husillos. Las
señales eléctricas de rotación pueden ser elaboradas mediante
controles numéricos (CNC), contadores lógicos programables (PLC),
sistemas de control etc. Las aplicaciones principales de estos
transductores están en las máquinas herramienta o de elaboración de
materiales, en los robots, en los sistemas de motores, en los aparatos
de medición y control
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57. Partes de un encoder
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59. Canales A,B y Z
La precisión de un encoder incremental
depende de factores mecánicos y eléctricos
entre los cuales, el error de división del retículo,
la excentricidad del disco, la de los
rodamientos, el error introducido por la
electrónica de lectura, imprecisiones de tipo
óptico.
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60. Arquitectura Siemens
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61. Conexión a PLC
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62. Seleccionar entradas para canales A y B
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92. Práctica Control
PTO
Pulse-Train-Output es para un posicionamiento
preciso o un control de velocidad preciso. Un pulso
hace girar el motor una cantidad fraccionaria.

98. Práctica: Control de posición lazo cerrado con encoder

107. Agregar bloque de función

108. Crear interfaz de bloque

110. Control de velocidad Schneider Electric

111. Agregar dispositivo

112. Configurar generadores de impulsos

123. Control de posición
Schneider Electric

136. Control de Servomotor
• Motor de imanes permanentes que te
permiten realizar control de velocidad y
posición.
• Utilizan un driver propio de la marca

137. Esquema

138. Driver para servomotor

139. Especificaciones

140. Control de posición

141. Control de velocidad

142. Esquema interno

143. Partes de servomotor

144. Diagrama de instalación eléctrica

145. PARÁMETROS básicos
Configuración de dirección

146. Parámetros
básicos
Modo de control

147. PARÁMETROS
BÁSICOS
Seleccionar comando de pulso

148. Parámetros
básicos
Control de dirección

149. Configuración de eje

150. Hallar el perímetro o distancia lineal que recorre el eje con cada vuelta

151. Configurar límites de velocidad y rampas de
aceleración y desaceleración

155. Movimientos absolutos