Problemas comunes con los motores servo en uso
Los sistemas servo son un componente crucial de los productos electromecánicos, ofreciendo los niveles más altos de respuesta dinámica y densidad de par. Por lo tanto, la tendencia en el desarrollo de los sistemas de accionamiento es sustituir las unidades hidráulicas, de corriente continua (DC), paso a paso (stepper) y de frecuencia variable AC tradicionales por unidades servo AC, logrando un nuevo nivel de rendimiento del sistema, incluidos tiempos de ciclo más cortos, mayor productividad, mejor fiabilidad y mayor vida útil. Para obtener un mejor rendimiento de los motores servo, es esencial comprender sus características de uso.
Problemas comunes con los motores servo en uso
Problema 1: Ruido e inestabilidad
Los clientes suelen experimentar un ruido excesivo y un funcionamiento inestable al utilizar motores servo en maquinaria. La primera reacción de muchos usuarios es suponer que el motor servo es de mala calidad, ya que, en ocasiones, sustituirlo por un motor paso a paso o un motor de frecuencia variable reduce considerablemente el ruido y la inestabilidad. Superficialmente, esto parece ser culpa del motor servo, pero un análisis cuidadoso de su principio de funcionamiento revela que esta conclusión es completamente incorrecta.
Un sistema servo de corriente alterna incluye: un variador servo, un motor servo y un sensor de retroalimentación (por lo general, los motores servo incorporan un codificador óptico). Todos estos componentes operan dentro de un sistema de control en bucle cerrado: el variador recibe información de parámetros desde el exterior y luego suministra una determinada corriente al motor, que convierte dicha corriente en par para accionar la carga. La carga se desplaza o acelera/desacelera según sus propias características. Los sensores miden la posición de la carga, lo que hace que el variador compare el valor de la consigna con el valor real de la posición. A continuación, ajustando la corriente del motor, se mantiene la coherencia entre el valor real de la posición y el valor de la consigna. Cuando un cambio repentino en la carga provoca una variación de velocidad, el codificador detecta dicho cambio y responde inmediatamente al variador servo. Este último ajusta entonces la corriente suministrada al motor servo para adaptarse al cambio de carga y restablecer la velocidad de consigna. Un sistema servo de corriente alterna es un sistema altamente reactivo y completamente en bucle cerrado. El retardo temporal entre las fluctuaciones de la carga y la corrección de la velocidad es muy breve. Por tanto, el verdadero factor limitante de la respuesta del sistema es el tiempo de transmisión de los dispositivos mecánicos de conexión.
Problema Dos: Ajuste de la Inercia
Los problemas de inercia se encuentran con frecuencia durante la selección y depuración de sistemas servo.
Concretamente, esto se manifiesta de las siguientes maneras:
1. Al seleccionar un sistema servo, además de considerar factores como el par del motor y la velocidad nominal, también es necesario calcular la inercia del sistema mecánico referida al eje del motor. Luego, en función de los requisitos reales de movimiento mecánico y de los requisitos de calidad de las piezas mecanizadas, se selecciona un motor con un valor de inercia adecuado.
2. Durante la depuración (en modo manual), la configuración correcta del parámetro de relación de inercia es un requisito previo para aprovechar plenamente el rendimiento óptimo del sistema mecánico y del sistema servo. Esto es especialmente relevante en sistemas que requieren alta velocidad y alta precisión (los parámetros de relación de inercia de los servos Delta son 1-37, JL/JM).
Impacto: La inercia de la transmisión afecta la precisión, estabilidad y respuesta dinámica del sistema servo. Una inercia elevada produce una constante mecánica grande, una respuesta lenta y una disminución de la frecuencia natural del sistema, lo que lo hace propenso a la resonancia. Esto limita el ancho de banda del servo y afecta su precisión y velocidad de respuesta. Aumentar adecuadamente la inercia solo resulta beneficioso para mejorar el arrastre a baja velocidad. Por tanto, en el diseño mecánico, la inercia debe minimizarse todo lo posible sin comprometer la rigidez del sistema.
Cómo determinar las características dinámicas de un sistema mecánico: Al medir las características dinámicas de un sistema mecánico, cuanto menor sea la inercia, mejor será la respuesta dinámica del sistema; cuanto mayor sea la inercia, mayor será la carga sobre el motor y más difícil será su control. Sin embargo, la inercia del sistema mecánico debe coincidir con la inercia del motor. Distintos mecanismos requieren distintos criterios de coincidencia de inercias, y dichas opciones producen efectos diferentes.
Por ejemplo, cuando un centro de mecanizado CNC realiza corte a alta velocidad mediante un motor servo, un aumento de la inercia de la carga provocará lo siguiente:
1. Cuando los comandos de control cambian, el motor tardará más tiempo en alcanzar la velocidad exigida por el nuevo comando;
2. Cuando la máquina-herramienta realice corte rápido en forma de arco simultáneamente sobre dos ejes, se producirán errores significativos. En condiciones normales, generalmente no aparecerán los problemas anteriores si JL ≦ JM;
3. Cuando JL ≥ 3 × JM, la capacidad de control del motor disminuirá significativamente, especialmente durante el corte de curvas a alta velocidad.
Distintas acciones mecánicas y distintos requisitos de calidad de procesamiento exigen distintas relaciones entre JL y JM. La determinación del ajuste de inercia debe basarse en las características del proceso mecánico y en los requisitos de calidad de procesamiento.
Pregunta 3: Selección del motor servo
Tras seleccionar el esquema de transmisión mecánica, se debe seleccionar y confirmar el modelo y el tamaño del motor servo.
(1) Condiciones de selección
En general, al seleccionar un motor servo deben cumplirse las siguientes condiciones:
1. Velocidad máxima del motor > velocidad máxima requerida por el sistema.
2. Inercia del rotor del motor coincide con la inercia de la carga.
3. Par de trabajo continuo bajo carga ≤ par nominal del motor.
4. Par de salida máximo del motor > par máximo requerido por el sistema (par durante la aceleración).
(2) Cálculo de selección
1. Cálculo de coincidencia de inercia (JL/JM)
2. Cálculo de velocidad de rotación (velocidad en el extremo de carga, velocidad en el extremo del motor)
3. Cálculo del par de carga (par de trabajo continuo de carga, par durante la aceleración)
