UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA SERVOMOTOR. Joaquim Eloir Rocha 1

Transcrição

1 SERVOMOTOR Joaquim Eloir Rocha 1

2 World of Motors Pneumatic Motors Electric Motors Hydraulic Motors Servo Motors DC Motors AC Motors Stepper Brush DC Universal Single Phase Brushless DC Poly-Phase (3 phase) Linear Joaquim Eloir Rocha 2

3 Introdução Existem critérios de desempenho que transformam um motor em servomotor. Os servomotores industriais devem responder rapidamente a mudanças na velocidade ou posição. Esse atuador funciona em malha fechada. Joaquim Eloir Rocha 3

4 Servomotores são caracterizados por um formato compacto, com alta potência, baixa inércia e alta eficiência. Devem possuir alto desempenho dinâmico e excelente exatidão. Um servoacionamento é constituído de um servoconversor e um servomotor com seu sensor de posição. Joaquim Eloir Rocha 4

5 Composição do servoacionamento Joaquim Eloir Rocha 5

6 O servoconversor é responsável pelo controle eletrônico do funcionamento do servomotor. Basicamente, a estrutura que faz esse controle é composta por: Um microcontrolador; Diversas memórias; Sistema de entrada e saída de dados. Joaquim Eloir Rocha 6

7 O estágio de potência também está dentro do servoconversor. Tem-se um retificador, um elo de corrente contínua e um inversor a IGBT. Uma tensão trifásica sintetizada na forma de PWM senoidal é produzida pelo estágio inversor desse conversor. Joaquim Eloir Rocha 7

8 O estágio de potência que alimenta um servomotor de corrente alternada é um conversor de frequência normal. Joaquim Eloir Rocha 8

9 Muitos processos industriais são controlados por servomotores. Eles devem ser usados quando o movimento exige controle e exatidão. A elevada dinâmica aumenta a produtividade e a exatidão melhora a qualidade do produto. Joaquim Eloir Rocha 9

10 Ao contrário dos motores industriais usuais, os servomotores não são usados para a conversão contínua de energia. Eles são usados para controle de movimento e posicionamento. Joaquim Eloir Rocha 10

11 Aplicações em diferentes campos da indústria, por exemplo: Máquinas-ferramenta a comando numérico; Sistemas de posicionamento; Robôs industriais. Joaquim Eloir Rocha 11

12 Exemplo de máquina ferramenta Joaquim Eloir Rocha 12

13 Atualmente, a automação industrial tem usado como servomotor o chamado brushless AC motor. Trata-se de um motor de ímãs permanentes alimentado por corrente alternada. No entanto, outros tipos de motores podem se enquadrar no conceito de servomotor. Joaquim Eloir Rocha 13

14 Imagem de servomotores brushless AC Joaquim Eloir Rocha 14

15 Servomotor em corte Joaquim Eloir Rocha 15

16 Servomotor com freio eletromagnético Um servomotor com freio é usado em aplicações com carga na vertical. Assim, no caso de falta de energia elétrica, a carga seria suportada através do freio. Também, poderia ser usado no caso da carga permanecer estática por muito tempo e o servo não consumir corrente. Joaquim Eloir Rocha 16

17 Servomotor weg com freio eletromagnético Para o freio ser liberado é necessário alimentálo com uma fonte externa de 24 Vcc. Joaquim Eloir Rocha 17

18 Servomotor com freio eletromagnético O tipo de freio mais comum usa molas de compressão para empurrar e travar o rotor. Para liberar o freio, uma tensão é aplicada em duas bobinas que geram uma força eletromagnética e comprimem as molas. Assim, o rotor fica liberado para rodar. Joaquim Eloir Rocha 18

19 Sistema de alimentação do servomotor Joaquim Eloir Rocha 19

20 O servoconversor utiliza o sinal de realimentação do transdutor de posição para controlar a posição angular do servomotor. Portanto, o servoacionamento tem um controle em malha fechada. Joaquim Eloir Rocha 20

21 Na figura abaixo são mostradas algumas curvas de torque do servomotor WEG modelo SWA-40 SWA SWA SWA Joaquim Eloir Rocha 21

22 O tipo de servomotor mais usado é o síncrono de ímãs permanentes montados na superfície do rotor. No entanto, outros tipos de motores podem ser usados para aplicações específicas em que o custo é tão importante como o desempenho. Joaquim Eloir Rocha 22

23 No caso de se usar um motor cc com escovas como servomotor, o projeto, a construção e o modo de operação são diferentes de um motor convencional. O rotor desse servomotor cc é projetado para ser mais longo e com menor diâmetro. Joaquim Eloir Rocha 23

24 Servomotor cc com ímãs permanentes e com escovas (Brushed DC Servo Motor) Na figura abaixo é mostrado o rotor de um servomotor cc. Joaquim Eloir Rocha 24

25 No estator, deste tipo de servomotor, existem pares de polos magnéticos. Joaquim Eloir Rocha 25

26 Tanto o motor cc com enrolamentos de campo no estator como o que possui ímãs permanentes podem ser usados como servomotores, embora seja mais comum o que utiliza ímãs, pois é mais eficiente. A armadura no rotor deve ser compacta para reduzir a inércia. Joaquim Eloir Rocha 26

27 Nas imagens abaixo são mostradas uma estrutura de estator com ímãs permanentes e com enrolamentos de campo. Joaquim Eloir Rocha 27

28 Servomotor cc sem escovas e com ímãs permanentes (Brushless DC Motor - BLDC) Na figura abaixo é mostrado um esquemático desse servomotor. Joaquim Eloir Rocha 28

29 Os servomotores cc sem escovas apresentam duas principais vantagens em relação ao com escovas: Não necessita de trocas de escovas e limpeza do pó de escova; Atingem uma maior velocidade. Joaquim Eloir Rocha 29