¿Qué es un servomotor?
Un servomotor es un tipo de motor eléctrico que tiene la capacidad de controlar el movimiento de su eje, en velocidad, aceleración, par y posición. Su bajo momento de inercia y su elevada capacidad de sobrecarga le permite hacer movimientos muy rápidos, con grandes aceleraciones y frenadas.
Los servomotores, componentes muy habituales en muchos sectores de la industria, se usan en gran variedad de aplicaciones. Los hay de diferentes tamaños, pudiendo llegar a ser muy reducidos y manejables. Por otra parte, también pueden usarse en maquinaria pesada.
¿De qué se compone un servomotor?
- Una aplicación de servomotor normalmente incluye diversos componentes:
- El servomotor propiamente dicho.
- Encoder, que permite controlar la posición angular del rótor del motor.
- Controlador electrónico, normalmente denominado servodrive.
- Reductor para adaptar la velocidad de giro máxima a la requerida por la máquina así como el par.
Tipos de servomotores
Pueden ser rotativos o lineales.
Los servomotores rotativos pueden ser de corriente alterna, de corriente continua o motores paso a paso. Dentro de los servomotores de cc hay dos tipos: los clásicos de escobillas, y los de la nueva tecnología de motores de cc sin escobillas BLDC (=brushless DC). Si no se especifica otra cosa se entiende que un servomotor es rotativo de corriente alterna.
¿Para qué sirven? Aplicaciones de los servomotores
Este tipo de accionamiento se utiliza en industrias tan diversas como la producción automotriz, la creación de textiles, el procesamiento de alimentos y bebidas, el envasado de productos de consumo, etc. El servomotor de alta precisión es indispensable en todas las líneas de montaje que requieren velocidad y precisión. También se usan en robótica porque a sus características básicas de alta dinámica y precisión, se le añade el buen rendimiento del sistema que lo hace muy adecuado para su uso en dispositivos robotizados con baterías.
Datos necesarios para la selección de los servomotores
1. Determinar el voltaje requerido
Los servodrives se alimentan habitualmente a 230V en monofásico o a 400V en trifásico. También existen versiones trifásicas 3x230V.
2. Definir el perfil de movimiento
Es necesario conocer la velocidad máxima, la aceleración requerida para llegar a esta velocidad, y la deceleración necesaria para reducir velocidad o parar.
3. Calcular el par necesario
El par que deberá proporcionar el servomotor proviene de tres fuentes diferentes: acelerar la inercia del mecanismo, vencer los rozamientos, y compensar fuerzas externas tales como la presión contra un objeto, o la gravedad.
4. Calcular la relación de inercias
La relación de inercias entre la carga y el servomotor tiene una gran importancia para conseguir un funcionamiento óptimo del sistema. Y es fundamental para escoger bien los diferentes componentes de la transmisión mecánica que intervendrán en la aplicación. Hay que tener presente que la inercia de la carga vista desde el motor se reduce con el cuadrado de la relación de reducción.
Hay que tener presente que el servosistema no sólo necesita tener suficiente par para mover la carga, sino que debe tener la capacidad de controlarla con precisión.
Y hay que tener en cuenta que la transmisión del motor a la carga no suele ser totalmente rígida, sino que habitualmente tiene una cierta elasticidad, debida a los acoplamientos elásticos, las correas y las cadenas y el juego de los engranajes.
Cuando el motor comienza a moverse, la transmisión tiene un cierto efecto muelle, que por un lado no permite alcanzar la precisión deseada y por otro genera un par se sentido contrario al del motor. Este efecto de muelle se magnifica cuanto mayor es la relación de inercias.
Los servosistemas utilizan la retroalimentación del encoder incorporado y el algoritmo PID en el amplificador para posicionar con precisión, pero este efecto muelle puede causar oscilaciones y pérdida de control si los bucles son demasiado grandes. La reducción de los bucles detendrá la oscilación, pero a costa de la velocidad de respuesta.
Mientras que los servodrives básicos pueden requerir relaciones de inercia de 3:1 o menores, los de altas prestaciones tienen autoajuste, supresión de vibraciones, filtros de resonancia y compensación de perturbaciones que permiten una relación de inercia de hasta 30:1. Una relación de 1:1 dará un resultado excelente en cuanto a precisión, pero exigirá un motor de mayor par, tamaño y precio que si se pusiera una transmisión con reducción de velocidad.
5. Selección del motor
Llegados a este punto, se han definido los criterios clave para elegir un servomotor y es hora de navegar por todo el catálogo de productos para encontrar aquellos que coincidan con nuestros requisitos.
Hay que encontrar un motor y un drive que coincidan con la tensión disponible, y tenga una velocidad nominal, par nominal y par máximo que igualen o excedan los valores calculados anteriormente. Observe la inercia del rotor del motor para encontrar una que satisfaga el requisito de relación de inercia para el servodrive que está utilizando.
6. Determine qué tipo de reductor conviene utilizar
Los servomotores pueden generar un par nominal desde cero RPM hasta miles de RPM. Pocas máquinas pueden aprovechar estas velocidades sin requerir un reductor. Los reductores ajustan el servo a las necesidades dela carga de tres maneras:
- Reduciendo la velocidad.
- Aumentando el par.
- Disminuyendo la relación de inercias, visto desde el motor.
7. Selección definitiva del motor
En el Paso 5 probablemente habrá encontrado muchos motores que tenían la capacidad de alcanzar velocidades mucho más altas que las necesarias. Divida la velocidad nominal del motor por la velocidad máxima requerida y redondee hacia abajo para obtener la relación del reductor adecuado. Luego divida el par requerido por esta relación de reducción y encontrará el par requerido en el motor.
A continuación, encuentre el motor con el momento de inercia adecuado.
8. Escoja el servodrive y otros componentes de transmisión de potencia
Una vez que se ha seleccionado el servomotor, elija el servodrive adecuado al voltaje de entrada y con suficiente corriente de salida para accionar el servomotor.
Los servodrives se pueden controlar con diferentes tipos de señal. Por pulsos, por señal analógica (0-10V o 4-0mA) o por bus de campo.
Finalmente considerar si es conveniente que el servomotor lleve freno para mantener inmóvil la carga cuando el servodrive no está activo.
Seleccionar el servomotor adecuado para una determinada aplicación es una habilidad que mejora con la práctica. En caso de duda, consúltenos mediante el formulario de contacto o comentando aquí.