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  • 1.MDULO 10 Servoacionamentos

2. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 1 Mdulo 10 Servoacionamentos * Material sujeito a alteraes sem prvio aviso! 3. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 2 Mdulo 10 Servoacionamentos ndice 1 SERVOACIONAMENTOS.......................................................................... 4 1.1 Introduo............................................................................................................. 4 1.2 Descrio do Servomotor ...................................................................................... 6 1.2.1 Servomotor de Corrente Contnua ________________________________ ______________6 1.2.2 Servomotor CA Assncronos ________________________________ __________________ 7 1.2.3 Servomotores CA Sncronos ________________________________ __________________ 8 1.2.4 Caractersticas Construtivas ________________________________ __________________12 1.2.4.1 Controle Eletrnico ................................ ................................ ................................ ....13 1.2.4.2 Resolver ................................................................ ................................ ....................14 1.2.4.3 Circuito Magntico ................................ ................................ ................................ ....15 1.2.4.4 Aspectos Construtivos Importantes para a Controlabilid ade do Fluxo..........................18 1.2.4.5 Aspectos Trmicos ................................ ................................................................ .....18 1.3 Encoders .............................................................................................................. 19 1.3.1 Encoder Absoluto________________________________ __________________________ 19 1.3.2 Encoder Incremental ________________________________ _______________________ 21 1.4 Servoconversor.................................................................................................... 22 1.5 Conceitos Bsicos ................................................................................................ 23 1.5.1 Conjugado ________________________________ _______________________________ 23 1.5.2 Potncia ________________________________ ________________________________ _23 1.5.3 Relao entre Conjugado e Potncia ________________________________ ___________23 1.5.4 Variao e Controle de Velocidade: ________________________________ ___________24 1.5.5 Momento de Inrcia ________________________________ ________________________ 26 1.5.6 Perfil de Velocidades ________________________________ _______________________ 29 1.6 Aplicaes de Servoacionamentos ...................................................................... 30 1.6.1 Entrada Analgica ________________________________ _________________________ 30 1.6.2 Entradas Digitais/Analgicas e Sada Digitais/Analgicas __________________________ 30 1.6.3 Controle por CNC ou CLP e Encoder Externo ________________________________ ___31 1.6.4 Placa Posicionadora POS-02 e Encoder Externo ________________________________ __31 1.6.5 Controle com CNC ou CLP e Encoder Externo Acoplado na Mquina ________________32 1.6.6 Comunicao do Servoconversor com o C.L.P. (Controlador Lgico Programvel) ______32 1.6.7 Comunicaes dos Servoconversores com o C.L.P. (Controlador Lgico Programvel) ___33 1.7 Servoacionamento Weg ....................................................................................... 34 1.7.1 Caractersticas dos Servoconversores ________________________________ __________34 1.7.2 Placa Posicionadora POS-02 (Opcional) ________________________________ ________35 1.7.3 Weg Ladder Programmer / WLP ________________________________ ______________37 4. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 3 Mdulo 10 Servoacionamentos 5. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 4 Mdulo 10 Servoacionamentos 1 SERVOACIONAMENTOS 1.1 INTRODUO O motor eltrico uma mquina que transforma energia eltrica em energia mecnica, usualmente disponibilizada num eixo em rotao (ver figura 1). Figura 1 Transdutor de energia. A ao motora aproveitada no acionamento de diversos tipos de mquinas e equipamentos, que podem ser classificados nos seguintes grupos: Transporte de fluidos incompreensveis (bombas de gua ou de leo); Transporte de fluidos compreensveis (ventiladores, compressores e exaustores); Processamento de materiais metlicos (mquinas operatrizes, tais como: furadeiras, prensas, tornos etc; Processamento de materiais no metlicos (processamento de madeiras: serras de fita e circulares, lixadeiras e furadeiras; produtos alimentcios: extrusoras de massas, moinhos e descascadoras; produtos cermicos: marombas e prensas; produtos qumicos: reatores e misturadores; produtos plsticos: injetoras e extrusoras; produtos agrcolas: picadores, ordenhadeiras e trituradores; aparelhos eletrodomsticos); Manipulao de cargas (elevadores, escadas, pontes rolantes, talhas, guindastes e correias transportadoras); Transporte de cargas e de passageiros (metr, trens e carros eltricos). Estima-se que mais de 40% de toda energia eltrica consumida no pas destinada ao acionamento de motores eltricos em geral. No setor industrial como um todo, pouco mais da metade da energia eltrica consumida por motores. Os outros pontos de forte consumo so os processo eletroqumicos, aquecimento e iluminao. So comuns as indstrias nas quais mais de 80% do consumo de energia eltrica de responsabilidade dos motores. Os tipos mais comuns de motores eltricos so: Motores de corrente contnua: so motores de custo mais elevado e, alm disso, precisam de uma fonte de corrente contnua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contnua. Pode funcionar com velocidade ajustvel entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e preciso. Por isso, seu uso restrito a casos especiais em que estas exigncias compensam o custo muito mais alto da instalao; Motor sncrono: funciona com velocidade fixa, utilizado somente para grandes potncias (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invarivel; Motor Energia Mecnica Energia Eltrica 6. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 5 Mdulo 10 Servoacionamentos Motor de induo: funciona normalmente com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecnica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de mquinas acionadas, encontradas na prtica. Atualmente possvel controlarmos a velocidade dos motores de induo com o auxlio de inversores de freqncia. O servomotor um motor que pode ter a velocidade e/ou posio de seu eixo controladas. Um servomotor deve necessariamente ter um sistema de potncia e outro de controle para poder desempenhar sua funes. Eles so aplicados em: Mquinas-ferramenta a comando numrico (CNC); Sistemas de posicionamento; Linhas de transporte; Robs industriais; Sistemas flexveis de manufatura e etc. Nestas aplicaes, o torque mximo requerido est entre 0,1 N.m e 100 N.m; a velocidade entre zero (parado) e 10000 rpm e a potncia entre 0,1 kw e 20 kw. Independente da aplicao especfica, os servomotores devem ter as seguintes caractersticas gerais: Alta dinmica de torque Rpido controle de corrente; Alta dinmica de velocidade Baixo momento de inrcia, baixas indutncias e alto torque mximo; Alta capacidade de sobrecarga mecnica Alto torque mximo e boa rigidez mecnica; Alta capacidade trmica Alto tempo de aplicao de sobrecarga mecnica e de corrente sem sobreaquecimento; Alto torque contnuo; Caracterstica torque x velocidade linear, mesmo em sobrecargas; Larga faixa de controle de velocidade; Operao suave, mesmo em baixas velocidades (baixo ripple de torque ou cogging); Alta preciso no posicionamento; Projeto compacto elevada relao potncia/volume; Alta confiabilidade, baixa manuteno e longa vida; Inexistncia de ressonncias mecnicas e baixo rudo; Alto rendimento; Relao custo/desempenho aceitvel; Dimenses reduzidas. O servomotor que melhor atende s caractersticas descritas acima o servomotor sncrono de ims permanentes, tambm chamado de servomotor CA ou servomotor CC sem escovas (brushless DC servomotor), por ter um comportamento idntico ao motor de corrente contnua. Convm lembrar que o servomotor CA comutado eletronicamente, sendo por isso, tambm chamado de motor a m permanente de comutao eletrnica. 7. CTC - Centro de Treinamento de Clientes 6 Mdulo 10 Servoacionamentos 1.2 DESCRIO DO SERVOMOTOR uma mquina eltrica que converte a energia eltrica em energia mecnica. Os trs tipos de servomotores mais utilizados so: servomotores de corrente contnua; corrente alternada sncronos; corrente alternada assncronos. A utilizao de um determinado tipo de servomotor com seu respectivo servoconversor depende de vrios critrios, tais como: dinmica, torque mximo, capacidade de sobrecarga, velocidade, manuteno, regime de trabalho, preo entre outros. A seguir veremos cada um destes tipos de servomotores mais detalhadamente. 1.2.1 SERVOMOTOR DE CORRENTE CONTNUA So motores de custo mais elevado e, alm disso, precisam de uma fonte de corrente contnua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contnua. Esses servomotores apresentam um rotor cujas espiras formam sua armadura, e por um estator dotado de ims permanentes, os quais fornecem o campo de excitao da mquina, estabelecendo-se um fluxo magntico radial em relao ao rotor. Nesta forma construtiva, o torque produzido pelo servomotor proporcional corrente de armadura. rIC .= (1) A velocidade proporcional FCEM induzida (fora contra-eletromotriz). O campo constante, pois gerado pelos ims permanentes. f = (2) O controle deste tipo de servomotor pode ser feito por um servoconversor relativamente simples e com isso obtemos um razovel desempenho. Em mquinas de corrente contnua o controle de fluxo feito atravs do controle independente da correntes do circuito de ex