Com seleccionar el servomotor adequat per a aplicacions industrials?

Seleccionant aservomotorper a una màquina industrial no és només una qüestió d'escollir la potència o el parell més alts disponibles.

Un servomotor forma part d'un sistema complet de control de moviment. El seu rendiment depèn de com s'ajusta el motor a la càrrega, velocitat, acceleració, inèrcia, requisits de control i entorn de treball de la màquina.

Trieu un motor massa petit i podríeu patir sobreescalfament, alarmes de sobrecàrrega, poca acceleració o errors de posicionament.

Trieu-ne un que sigui innecessàriament gran, i és possible que pagueu més pel motor i la unitat alhora que afegiu inèrcia i espai d'instal·lació innecessaris.

El servomotor adequat és el que s'adapta als requisits de moviment reals de la vostra màquina.

Aquesta guia explica els factors clau que els enginyers, els fabricants OEM i els compradors industrials haurien de tenir en compte a l'hora de seleccionar un servomotor.

Què és un servomotor?

Un servomotor és un motor dissenyat per proporcionar un control precísposició, velocitat i parell.

A diferència d'un motor convencional que pot funcionar simplement rebent una ordre de tensió o freqüència, un servomotor normalment funciona com a part d'un sistema de control de llaç-tancat.

Un servosistema típic inclou:

• Servomotor
• Servoconducció
• Codificador
• Controlador de moviment
• Font d'alimentació
• Transmissió mecànica

El codificador controla contínuament el moviment real del motor.

El controlador compara la posició o la velocitat reals amb el valor objectiu i el servoaccionament ajusta el motor en conseqüència.

Aquest bucle de retroalimentació permet al sistema corregir errors de moviment mentre la màquina està en funcionament.

És per això que els servomotors s'utilitzen àmpliament quan una aplicació requereix un moviment repetible, precís i dinàmic.

Per què és tan important la selecció de servomotors?

El motor és un dels components clau que determina com es comporta una màquina.

Un servomotor seleccionat correctament pot proporcionar:

• Posicionament estable
• Acceleració ràpida
• Control de velocitat precís
• Sortida de parell fiable
• Menor consum d'energia
• Vida útil més llarga de l'equip

Un motor seleccionat incorrectament pot crear problemes difícils de resoldre després de la instal·lació.

Per exemple, si el motor no té prou parell màxim, la màquina pot funcionar normalment a velocitat constant però fallar sempre que hagi d'accelerar ràpidament.

Si la inèrcia del motor s'adapta malament a la càrrega, la màquina pot vibrar o sobrepassar la seva posició objectiu.

Si el motor i la unitat no coincideixen correctament, el sistema pot generar alarmes freqüents tot i que el propi motor funcioni amb normalitat.

És per això que la selecció del servomotor hauria de començar amb el perfil de moviment de la màquina en lloc d'un catàleg de motors.

Pas 1: determineu el parell necessari

El parell és una de les primeres especificacions que hauríeu de calcular.

El parell motor requerit prové generalment de diverses fonts:

• Parell de càrrega
• Fricció
• Gravetat
• Acceleració
• Pèrdues de transmissió mecànica

El punt important és aixòEl parell continu i el parell màxim no són el mateix.

Parell continu

El parell continu és el parell que el motor pot proporcionar durant el funcionament normal sense superar els seus límits tèrmics.

Això és important per a aplicacions com ara:

• Cintes transportadores
• Bombes
• Maquinària de processament continu
• Equips rotatius

El parell continu del motor hauria de ser suficient per a la càrrega de funcionament normal.

Parell màxim

Es requereix un parell màxim durant períodes curts durant un moviment exigent.

Alguns exemples típics inclouen:

• Ràpida acceleració
• Desacceleració ràpida
• Engegada sota càrrega
• Canvis sobtats de càrrega
• Reversió freqüent

Una màquina pot requerir un parell continu relativament modest però un parell màxim significativament més elevat.

Per tant, seleccionar un servomotor basat només en la càrrega mitjana pot provocar un rendiment dinàmic deficient.

Pas 2: determineu la velocitat requerida

Després de calcular el parell, determineu la rapidesa amb què ha de funcionar el motor.

Considereu tres valors:

• Velocitat mínima de funcionament
• Velocitat de funcionament normal
• Velocitat màxima de funcionament

No suposeu que un motor amb una RPM màxima alta serà automàticament adequat.

La pregunta més important és:

Quant de parell pot proporcionar el motor a la velocitat que realment necessita la vostra màquina?

Les característiques de parell-velocitat d'un servomotor sempre s'han de revisar abans de comprar.

Per a aplicacions que requereixen alta velocitat i parell elevat, el motor i la unitat s'han de seleccionar com un sistema coincident.

Pas 3: calculeu la inèrcia de càrrega

La inèrcia de càrrega sovint es passa per alt durant la selecció del servomotor.

La inèrcia representa la resistència d'un objecte als canvis en el moviment de rotació.

Una màquina amb una gran massa giratòria pot requerir un parell important només per accelerar, fins i tot quan la velocitat de funcionament final és relativament baixa.

Alguns exemples de càrregues d'-inèrcia altes inclouen:

• Rodets grans
• Taules rotatives
• Volants
• Grans engranatges
• Fusos
• Braços robòtics pesats

Si la inèrcia de càrrega s'adapta malament al motor, és possible que experimenteu:

Acceleració lenta

• Desbordament
• Vibració
• Errors de posicionament
• Inestabilitat del servo

Per a un control de moviment d'alt rendiment-, la concordança de la inèrcia pot ser tan important com la potència nominal del motor.

Pas 4: entengueu el vostre perfil de moviment

S'ha de seleccionar un servomotor en funció del cicle de moviment complet.

Per exemple, imagineu una màquina que:

• Accelera de zero a 2.000 RPM.
• Funciona a velocitat constant.
• Desaccelera ràpidament.
• S'atura en una posició precisa.
• Inverteix la direcció.
• Repeteix el cicle cada pocs segons.

Aquesta aplicació posa exigències molt diferents al motor en comparació amb una màquina que simplement funciona contínuament a 2.000 RPM.

Quan escolliu un servomotor, tingueu en compte:

• Temps d'acceleració
• Temps de desacceleració
• Temps de cicle
• Velocitat de funcionament
• Freqüència d'aturada
• Freqüència inversa
• Variació de càrrega

El perfil de moviment complet ofereix una imatge molt més precisa de la capacitat del motor necessària.

Pas 5: trieu la tensió del motor adequada

Els servomotors estan disponibles en diferents classes de tensió.

Les opcions habituals inclouen:

• 12V
• 24V
• 48V
• 60V
• 90V
• 220V
• 380V

La tensió correcta depèn de l'arquitectura elèctrica de la màquina.

Servomotors de baixa -tensió

Els servomotors de 24V i 48V són comuns a:

• AGV
• AMR
• Robots mòbils
• Equips-alimentats per bateria
• Sistemes d'automatització compactes

El seu principal avantatge és la compatibilitat amb sistemes d'alimentació de corrent continu de baixa-tensió.

Servomotors de -tensió més alta

Els servosistemes de 220 V i 380 V són més comuns en maquinària industrial que requereix una potència més gran.

Poden reduir els requisits de corrent per a una potència de sortida determinada i són adequats per a sistemes d'automatització més grans.

El punt important és no seleccionar la tensió només en funció de la preferència del motor.

La tensió del motor ha de coincidir amb la font d'alimentació disponible i el sistema complet de servoaccionament.

Pas 6: seleccioneu el codificador correcte

El codificador proporciona retroalimentació al servosistema.

Les diferents aplicacions requereixen diferents resolucions de retroalimentació.

Les opcions de codificador habituals inclouen:

Codificador incremental

Proporciona informació de posició relativa.

És adequat per a moltes aplicacions industrials generals on el cost i la simplicitat són importants.

Codificador absolut

Proporciona la posició absoluta del motor.

Això és útil quan la màquina necessita conèixer la seva posició immediatament després de l'inici o la recuperació de l'energia.

Codificador d'-alta resolució

S'utilitza quan es requereix un posicionament extremadament precís o un funcionament suau a baixa -velocitat.

Per a aplicacions com ara maquinària de precisió, robòtica i equips CNC, la resolució del codificador s'ha d'avaluar acuradament en lloc de tractar-se com una especificació menor.

Pas 7: decidiu si necessiteu un fre

No cal un fre per a tots els servomotors.

No obstant això, és important quan el motor ha de subjectar una càrrega de manera segura després de treure l'alimentació.

Les aplicacions típiques inclouen:

• Sistemes d'elevació vertical
• Polipasts
• Braços robòtics
• Ascensors
• Maquinària de l'eix -Z

Per exemple, si un servomotor controla una càrrega vertical, la gravetat pot fer que la càrrega es mogui cap avall quan el motor s'apaga.

Un fre de retenció pot ajudar a prevenir moviments no desitjats.

Tanmateix, un fre de motor no s'ha de tractar automàticament com el dispositiu de seguretat principal. Els requisits de seguretat s'han d'avaluar d'acord amb el disseny complet de la màquina i la normativa aplicable.

Pas 8: considereu si és necessària una caixa de canvis

Una caixa de canvis pot ser útil quan l'aplicació requereix un parell de sortida elevat a una velocitat relativament baixa.

Per exemple:

• Velocitat del motor: alta
• Velocitat de sortida requerida: baixa
• Parell de sortida requerit: alt

Una caixa de canvis pot convertir la velocitat del motor en un parell de sortida més elevat.

Les caixes de canvis s'utilitzen habitualment en:

• Robòtica
• Taules rotatives
• Sistemes de posicionament-resistents
• Equips de manipulació de materials
• Automatització industrial

Tanmateix, afegir una caixa de canvis també introdueix:

• Pèrdues mecàniques
• Reacció
• Cost addicional
• Manteniment addicional

Per a aplicacions de precisió, s'ha de considerar acuradament el joc de la caixa de canvis.

Pas 9: comproveu l'entorn operatiu

Un servomotor instal·lat en una fàbrica neta no s'enfronta a les mateixes condicions que un instal·lat prop de pols, humitat, oli o vibracions.

Abans de triar un motor, avalueu:

Temperatura ambient

• Humitat
• Pols
• Exposició a l'aigua
• Exposició a petroli o productes químics
• Vibració
• Orientació a la instal·lació

El nivell de protecció del motor, el disseny de refrigeració i la carcassa han de ser adequats per a l'entorn real.

Per a aplicacions exigents, les condicions ambientals s'han de proporcionar al proveïdor abans de seleccionar el motor.

Pas 10: considereu el cicle de treball i el rendiment tèrmic

Un servomotor pot ser capaç de produir un parell màxim elevat, però el parell màxim normalment no es pot mantenir indefinidament.

El rendiment tèrmic del motor depèn de:

• Parell continu
• Parell RMS
• Velocitat de funcionament
• Freqüència d'acceleració
• Temperatura ambient
• Mètode de refrigeració
• Temps de cicle

Una màquina que accelera i s'atura centenars de vegades per hora pot generar molt més calor que una màquina que funciona a una velocitat constant.

És per això que el cicle de treball hauria de formar part del procés de selecció del motor.

Quant de marge de seguretat hauríeu de deixar?

Afegir un marge és raonable, però simplement triar un motor diverses vegades més gran que la càrrega calculada no és necessàriament una bona decisió d'enginyeria.

Un marge massa petit pot provocar:

• Sobrecàrrega
• Temperatura excessiva
• Pobre acceleració
• Vida útil reduïda

Massa marge pot provocar:

• Major cost de compra
• Mida més gran del motor
• Servomotor més gran
• Augment de la inèrcia
• Menor eficiència del sistema

Un enfocament pràctic és calcular primer els requeriments reals de funcionament i després seleccionar un motor amb una capacitat contínua i màxima suficient per a les pitjors condicions esperades de l'aplicació.

El marge exacte depèn de les característiques de càrrega i el cicle de treball.

Mides del servomotor: un exemple senzill

Suposem que un sistema de transport requereix:

• Parell continu: 4 N·m
• Parell màxim d'acceleració: 8 N·m
• Velocitat de funcionament: 1.500 RPM
• Velocitat màxima: 2.500 RPM

Escollir un motor basat només en el requisit continu de 4 N·m podria ser arriscat.

El motor també ha de proporcionar un parell màxim suficient per afrontar el requisit d'acceleració de 8 N·m.

Aleshores comprovaràs:

• Valoració de parell continu
• Valoració del parell màxim
• Parell disponible a 1.500 RPM
• Parell disponible a 2.500 RPM
• Inèrcia de càrrega
• Temps d'acceleració
• Cicle de treball
• Capacitat de servomotor

Només després de confirmar aquests factors, s'ha de finalitzar el model de motor.

És per això que un simple càlcul de "cavalls de potència requerits" sovint és insuficient per a aplicacions de servo.

Errors comuns de selecció de servomotors

Error 1: Seleccionar només per poder

Dos motors amb la mateixa potència pot tenir característiques de parell i velocitat diferents.

Avalueu sempre la corba completa de parell-velocitat.

Error 2: ignorar el parell màxim

Una màquina pot funcionar perfectament a velocitat constant però fallar durant l'acceleració.

El parell màxim s'ha d'incloure en el procés de selecció.

Error 3: ignorar la inèrcia de càrrega

Les càrregues d'-inèrcia elevades poden crear problemes greus de control fins i tot quan el motor té prou potència nominal.

Error 4: escollir el codificador massa tard

El codificador afecta tant el rendiment del control com la compatibilitat del sistema.

S'ha de tenir en compte durant la fase inicial de disseny.

Error 5: tractar el motor i la unitat com a productes separats

Elservomotor, la unitat, el codificador i el controlador han de treballar junts.

Un motor tècnicament excel·lent encara pot funcionar malament amb una unitat incorrecta.

Error 6: compra només al preu

És possible que el motor més barat no proporcioni el cost total més baix.

Considereu:

• Vida útil
• Consum d'energia
• Manteniment
• Peces de recanvi
• Suport tècnic
• Temps d'integració

De vegades, una inversió inicial lleugerament superior pot reduir el cost total de propietat de manera significativa.

Selecció de servomotors per aplicació

Les diferents aplicacions tenen prioritats diferents.

No hi ha un "millor" servomotor universal.

El millor motor és el que s'adapta als requisits de moviment reals de l'aplicació.

Com triar un proveïdor de servomotors

El proveïdor que trieu pot ser tan important com el propi motor.

Abans de fer una comanda, avalueu si el proveïdor pot proporcionar:

• Suport a la selecció de motors
• Dades de parell-velocitat
• Opcions del codificador
• Coincidència de servoaccionament
• Personalització OEM
• Documentació tècnica
• Peces de recanvi
• Assistència postvenda

Per als fabricants d'equips OEM, l'assistència tècnica durant l'etapa de disseny pot evitar canvis costosos després que la producció ja hagi començat.

Un proveïdor hauria de poder parlar de la vostra màquina en lloc de simplement enviar-vos un catàleg.

Per què triar Auric per a solucions de servomotors industrials?

Àuricofereix solucions de servomotor per a automatització industrial, equips OEM, robòtica, manipulació de materials i altres aplicacions de control de moviment.

En lloc de seleccionar un motor basat només en la tensió o la potència nominal, Auric pot avaluar l'aplicació des de diversos angles, com ara:

• Parell requerit
• Parell màxim
• Velocitat de funcionament
• Acceleració
• Inèrcia de càrrega
• Cicle de treball
• Requisits del codificador
• Mides d'instal·lació
• Requisits de fre
• Compatibilitat amb servomotors

Aquest enfocament basat en aplicacions-és especialment útil per als clients OEM que necessiten un servomotor per adaptar-se a una màquina existent en lloc de comprar simplement un motor estàndard.

Per a projectes personalitzats, les especificacions del motor com ara la configuració de l'eix, les dimensions de muntatge, la selecció del codificador, la tensió, la velocitat, el parell i altres interfícies es poden avaluar segons els requisits de l'equip.

Llista de verificació de selecció de servomotors

Abans de sol·licitar un pressupost, prepareu la informació següent:

Requisits del motor

• Parell continu requerit
• Parell màxim requerit
• Velocitat nominal
• Velocitat màxima
• Tensió nominal
• Potència requerida

Requisits mecànics

• Tipus de càrrega
• Inèrcia de càrrega
• Mida de l'eix
• Dimensions de muntatge
• Requisits de la caixa de canvis

Requisits de control

• Precisió de posició
• Tipus de codificador
• Mode de control
• Protocol de comunicació
• Requisits de fre

Condicions de funcionament

• Cicle de treball
• Temperatura ambient
• Pols
• Humitat
• Vibració

Funcionament continu o intermitent

Proporcionar aquesta informació permet al proveïdor recomanar una solució de servomotor molt més precisa.

Preguntes freqüents

Com sé quina mida del servomotor necessito?

Comenceu amb la càrrega real en lloc de la mida del motor. Calcula el parell continu, el parell màxim, la velocitat de funcionament, l'acceleració, la inèrcia de càrrega i el cicle de treball. A continuació, feu coincidir aquests requisits amb les característiques de parell-velocitat del motor.

Sempre és millor un servomotor de major potència?

No. Un motor de gran mida pot augmentar el cost, la mida física, la inèrcia i els requisits d'accionament. L'objectiu és trobar el motor més petit que satisfà de manera fiable el perfil de moviment complet amb un marge d'enginyeria adequat.

Què és més important, el parell o la velocitat?

Cap dels dos no es pot considerar independentment. El motor ha de proporcionar un parell suficient a la velocitat de funcionament requerida. Per a aplicacions de servo, la corba completa de parell-velocitat és més útil que mirar qualsevol especificació sola.

Tots els servomotors necessiten codificadors?

Un servosistema convencional normalment requereix retroalimentació, generalment d'un codificador. Tanmateix, la tecnologia de retroalimentació exacta depèn de l'arquitectura del motor i del control.

He de triar un servomotor de 24 V, 48 V o 220 V?

La resposta depèn de l'arquitectura de potència i de l'aplicació. 24Els sistemes de 48 V i 48 V són habituals en equips d'automatització compactes i alimentats per bateria-, mentre que els sistemes de servo-tensió més alta s'utilitzen àmpliament per a maquinària industrial més gran.

Quan necessito un fre?

Un fre és especialment útil quan el motor necessita aguantar un eix vertical o de gravetat-un cop s'ha desactivat l'alimentació. El disseny complet de seguretat de la màquina ha de determinar si cal un fre.

Pensaments finals: seleccioneu el motor segons la màquina, no el catàleg

Escollir el servomotor adequat és, en última instància, una decisió d'enginyeria del sistema.

El motor ha de funcionar juntament amb la càrrega, la transmissió, el codificador, el servoaccionament, el controlador i l'estructura mecànica.

Les especificacions més importants a avaluar no són simplement la potència o el parell nominal, sinó:

• Parell continu
• Parell màxim
• Parell a la velocitat de funcionament
• Velocitat màxima
• Inèrcia de càrrega
• Requisits d'acceleració
• Cicle de treball
• Resolució del codificador
• Condicions ambientals
• Compatibilitat amb la unitat

Si enteneu aquests requisits abans de posar-vos en contacte amb un proveïdor, podeu evitar un dels problemes més habituals en l'automatització industrial: comprar un motor que sembli bé al paper però que no funcioni com s'esperava un cop instal·lat.

Per als fabricants d'OEM i els constructors d'equips industrials, el millor enfocament és proporcionar al proveïdor els requisits reals de la màquina i permetre seleccionar el motor al voltant de l'aplicació.

Un degudament emparellatservomotorpot oferir un millor posicionament, una resposta més ràpida, un menor manteniment i un rendiment de la màquina més fiable a llarg termini.