Problemas Comuns com Motores Servo em Uso
Os sistemas servo são um componente crucial de produtos eletromecânicos, oferecendo os mais altos níveis de resposta dinâmica e densidade de torque. Portanto, a tendência de desenvolvimento dos sistemas de acionamento é substituir as tradicionais unidades hidráulicas, de corrente contínua (DC), de passo (stepper) e de frequência variável CA (AC) por acionamentos servo CA, alcançando um novo patamar de desempenho do sistema, incluindo tempos de ciclo mais curtos, maior produtividade, melhor confiabilidade e vida útil mais longa. Para obter um desempenho superior dos motores servo, é essencial compreender suas características de utilização.
Problemas Comuns com Motores Servo em Uso
Problema 1: Ruído e Instabilidade
Os clientes frequentemente experimentam ruído excessivo e operação instável ao utilizar motores servo em máquinas. A primeira reação de muitos usuários é supor que o motor servo possui baixa qualidade, pois, por vezes, substituí-lo por um motor de passo ou por um motor de frequência variável resulta em ruído e instabilidade significativamente menores. Superficialmente, isso parece ser culpa do motor servo, mas uma análise cuidadosa de seu princípio de funcionamento revela que essa conclusão é totalmente incorreta.
Um sistema servo CA inclui: um acionador servo, um motor servo e um sensor de realimentação (geralmente, os motores servo possuem um codificador óptico embutido). Todos esses componentes operam dentro de um sistema de controle em malha fechada: o acionador recebe informações de parâmetros do exterior, depois fornece uma determinada corrente ao motor, que converte essa corrente em torque para acionar a carga. A carga se move ou acelera/desacelera de acordo com suas próprias características. Os sensores medem a posição da carga, fazendo com que o acionador compare o valor da informação de referência com o valor real da posição. Em seguida, ajustando a corrente do motor, o valor real da posição é mantido consistente com o valor da informação de referência. Quando uma mudança súbita na carga provoca uma variação de velocidade, o codificador detecta essa variação e responde imediatamente ao acionador servo. O acionador, então, ajusta a corrente fornecida ao motor servo para acomodar a mudança na carga e retornar à velocidade definida. Um sistema servo CA é um sistema altamente responsivo e totalmente em malha fechada. O atraso temporal entre flutuações na carga e a correção de velocidade é muito rápido. Portanto, o verdadeiro fator limitante para a resposta do sistema é o tempo de transmissão dos dispositivos de conexão mecânica.
Problema Dois: Correspondência de Inércia
Problemas de inércia são frequentemente encontrados durante a seleção e depuração de sistemas servo!
Especificamente, isso se manifesta das seguintes maneiras:
1. Ao selecionar um sistema servo, além de considerar fatores como torque do motor e velocidade nominal, também é necessário calcular a inércia do sistema mecânico referida ao eixo do motor. Em seguida, com base nos requisitos reais de movimento mecânico e nos requisitos de qualidade das peças usinadas, seleciona-se um motor com um valor de inércia adequado.
2. Durante a depuração (no modo manual), o ajuste correto do parâmetro de razão de inércia é um pré-requisito para aproveitar plenamente o desempenho ideal dos sistemas mecânico e servo. Isso é particularmente evidente em sistemas que exigem alta velocidade e alta precisão (os parâmetros de razão de inércia dos servos Delta são 1–37, JL/JM).
Impacto: A inércia da transmissão afeta a precisão, a estabilidade e a resposta dinâmica do sistema servo. Uma inércia elevada resulta numa constante mecânica elevada, numa resposta lenta e numa redução da frequência natural do sistema, tornando-o propenso à ressonância. Isso limita a largura de banda do servo e afeta a precisão e a velocidade de resposta do servo. Aumentar ligeiramente a inércia só é benéfico para melhorar o movimento lento (crawling) em baixas velocidades. Por conseguinte, no projeto mecânico, a inércia deve ser minimizada ao máximo possível, sem comprometer a rigidez do sistema.
Como determinar as características dinâmicas de um sistema mecânico: Ao medir as características dinâmicas de um sistema mecânico, quanto menor a inércia, melhor será a resposta dinâmica do sistema; quanto maior a inércia, maior será a carga sobre o motor e mais difícil será o seu controle. Contudo, a inércia do sistema mecânico deve corresponder à inércia do motor. Diferentes mecanismos possuem distintos critérios de correspondência de inércia, e essas escolhas produzem efeitos diferentes.
Por exemplo, quando um centro de usinagem CNC executa corte de alta velocidade com um motor servo, um aumento na inércia da carga provocará os seguintes efeitos:
1. Quando os comandos de controle mudam, o motor levará mais tempo para atingir a velocidade exigida pelo novo comando;
2. Quando a máquina-ferramenta realiza corte rápido em arco ao longo de dois eixos, ocorrerão erros significativos. Geralmente, em condições normais, se JL ≦ JM, os problemas acima não ocorrerão.
3. Quando JL ≥ 3 × JM, a controlabilidade do motor diminuirá significativamente, especialmente perceptível durante o corte em curvas em alta velocidade.
Diferentes ações mecânicas e requisitos de qualidade de processamento determinam diferentes relações entre JL e JM. A determinação do casamento de inércia deve basear-se nas características do processo mecânico e nos requisitos de qualidade de processamento.
Pergunta 3: Seleção do Motor Servo
Após selecionar o esquema de transmissão mecânica, o modelo e o tamanho do motor servo devem ser selecionados e confirmados.
(1) Condições de Seleção
Geralmente, as seguintes condições devem ser atendidas ao selecionar um motor servo:
1. Velocidade máxima do motor > velocidade máxima exigida pelo sistema.
2. Inércia do rotor do motor corresponde à inércia da carga.
3. Torque contínuo de trabalho da carga ≤ torque nominal do motor.
4. Torque máximo de saída do motor > torque máximo exigido pelo sistema (torque durante a aceleração).
(2) Cálculo de Seleção
1. Cálculo de correspondência de inércia (JL/JM)
2. Cálculo de velocidade de rotação (velocidade no lado da carga, velocidade no lado do motor)
3. Cálculo de torque de carga (torque de trabalho contínuo da carga, torque durante a aceleração)
