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TEORIA 20 Servo Acionamentos

Introdução:

O desenvolvimento desta tecnologia ocorreu durante a Segunda Guerra Mundial. O pós-guerra trouxe aumento da qualidade e maior expectativa de vida, uma crescente preocupação com a saúde e a ecologia, uma maior competição entre as empresas, novos produtos e serviços. É evidente que todos estes fatores, que no momento mencionado ainda em evolução, trouxeram uma demanda cada vez maior de produtos e serviços que no passado não eram oferecidos ou até não eram realizados. Esta demanda cada vez maior de produtos e serviços, criou uma crescente necessidade de aumento da produção industrial, mantendo-se e, se possível, aumentando-se os níveis de qualidade, cada vez maiores, nos produtos. Estas solicitações de incremento de produção em todos os segmentos do mercado exigiram o desenvolvimento de um novo produto, mais dinâmico, robusto e preciso. Vamos imaginar a seguinte situação: você, profissional responsável pela produção de uma determinada empresa, por motivos de concorrência, demanda ou por redução de custos apenas, deseja incrementar sua capacidade produtiva, basicamente agilizando seus processos produtivos. Como proceder? Uma das possibilidades seria renovar seu maquinário substituindo as máquinas antigas por outras mais novas e mais rápidas, mas, com custo altíssimo este procedimento pode ser facilmente descartado. Uma alternativa seria utilizar algumas técnicas de Retrofitting nas máquinas atuais, o que, além de mais barato, permite a utilização das mais modernas tecnologias em acionamentos para a solução de incremento de produção com qualidade.

Figura 1 - Servomotor síncrono SEW-EURODRIVE e servoconversores SEW-EURODRIVE.

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Nestes Retrofittings, umas das tecnologias mais utilizadas é o servo acionamento, composto por servomotor mais servoconversor.

O Servomotor é uma máquina síncrona composta por uma parte fixa (o estator) e outra móvel (o rotor), até aqui nenhuma novidade.

O estator é bobinado como no motor elétrico convencional, porém, apesar de utilizar alimentação trifásica, não pode ser ligado diretamente à rede, pois utiliza uma bobinagem especialmente confeccionada para proporcionar alta dinâmica ao sistema.

O rotor é composto por ímãs permanentes dispostos linearmente sobre o mesmo e com um gerador de sinais chamado “RESOLVER” instalado para fornecer sinais de velocidade e posição. Observe a figura 2.

Figura 2 - Servomotor.

Quais as características de um servomotor?

De um servomotor são exigidos, entre outros, dinâmica, controle de rotação, torque constante e precisão de posicionamento.

As características mais desejadas nos servomotores são o torque constante em larga faixa de rotação (até 4500 rpm), uma larga faixa de controle da rotação e variação (até 1:3000) e alta capacidade de sobrecarga (3 x Mo). Estas características são facilmente obtidas através do modo de controle CFC (Current Flux Control), especialmente desenvolvido para a otimização de servomotores nos servoconversores da linha MOVIDRIVE®, MOVIDRIVE® Compact e MOVIDYN®, da SEW-EURODRIVE. Atente para a figura 3.

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Figura 3 - Características requeridas do servomotor.

O Torque nominal (CMO) de um motor é determinado pelas

seguintes características construtivas do motor. n

O Torque máximo (Mmáx) é 3 x Mo do motor. Em função da potência do servoconversor utilizado, o Torque máximo que se pode alcançar também poderá ser menor.

Os servomotores devem possuir momento de inércia da massa do rotor, menor do que em relação aos motores assíncronos trifásicos, devido às grandes solicitações de dinâmica.

Um dos artifícios mais utilizados são os cortes transversais no rotor, através destes cortes reduzse a massa de inércia do rotor.

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Na tabela 1 é dado um quadro comparativo para um servomotor.

Tabela 1 - Comparação entre motores para servomotor.

Um fator essencial para o uso dos servomotores nas aplicações em sejam necessárias velocidade e sincronismo dos eixos é a elevada qualidade e a energia dos ímãs permanentes de Terras-Raras (Neodímio-Ferro-Boro) utilizados, que permitem suportar altas sobrecargas sem o risco de desmagnetização, graças também à tecnologia de encapsulamento utilizada para fixá-los ao eixo do motor.

Como funciona um servomotor?

Os servomotores são máquinas síncronas, compostas de seis pólos no estator, de alimentação trifásica, ímãs permanentes Terras-Raras, dispostos linearmente sobre a face do rotor e um sensor analógico chamado resolver para realimentação de posicionamento e velocidade.

Figura 4 - Cortes transversais no rotor

Sua alimentação, apesar de trifásica, não pode ser efetuada através da rede convencional, pois possui um bobinamento totalmente especial, confeccionado para proporcionar uma alta dinâmica ao motor através de um fluxo eletro-magnético totalmente diferente do proporcionado pela rede. Este fluxo eletromagnético só pode ser fornecido pelo servoconversor através de um modelamento matemático que leva em consideração todas as características do servomotor, esta é a razão de apenas ser possível a utilização de servomotores e servoconversores de mesma marca. Só assim é possível fornecer o fluxo mais apropriado para o servomotor ter a melhor dinâmica.

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Outro importante ponto é a seqüência de fase adotada: em alguns servomotores, a seqüência SERVOMOTOR - SERVOCONVERSOR deve ser observada com atenção, pois a sua inversão causa falha no servoconversor de Monitoração de rotação. Veja a figura 5.

Devido a estarmos trabalhando em malha fechada, quando da inversão o servoconversor detecta a incompatibilidade entre os sinais do campo girante do servomotor com os sinais gerados pelo resolver.

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Desta forma, o servoconversor entende que o campo girante do servomotor está em um sentido e o resolver no sentido oposto, portanto, a seqüência U/V/W do servomotor deve ser a mesma seqüência U/V/W do servoconversor.

Figura 5 - Sequência de fase.

Atente-se também para a utilização de servomotores e servoconversores de mesmo fabricante, pois no modo operacional SERVO, específico para servomotores síncronos, os dados dos servomotores necessários para este modo operacional (SERVO) estão memorizados nos servoconversores, e só assim é possível obter a melhor performance através do modelamento matemático do servomotor.

O que é o Resolver?

O resolver é um sistema de realimentação analógico composto por um estator e um rotor, mas seu funcionamento é oposto ao do motor, ou seja, funciona como um gerador. Seu rotor gira através da ação do eixo do rotor do servomotor e faz com que a ação do campo eletromagnético do rotor exerça influência direta sobre o bobinamento do estator do resolver, o qual se encontra subdividido em dois estatores, defasados 90° graus entre si, gerando sinais senoidais que funcionam como realimentação de posição e velocidade para o servoconversor. Observe as figuras 6 e 7.

Figura 6 - "Resolver"Figura 7 - Ação do campo eletromagnético de "resolver".

Outro ponto a se ressaltar é o fato do alinhamento do resolver. Por se tratar de um sensor de alta resolução e precisão, o seu alinhamento é algo fundamental para seu perfeito funcionamento, portanto, é aconselhável não mexer em seu sistema de fixação devido à sua complexidade de

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Quando comparado a outros sistemas de realimentação disponíveis no mercado (encoder incremental e encoder absoluto), o resolver tem suas características ressaltadas, principalmente quanto à sua robustez e insensibilidade às vibrações e altas temperaturas. Observe a tabela 2. Na figura 9, o encoder incremental.

Quando comparado a outros sistemas de realimentação disponíveis no mercado (encoder incremental e encoder absoluto), o resolver tem suas características ressaltadas, principalmente quanto à sua robustez e insensibilidade às vibrações e altas temperaturas. Observe a tabela 2. Na figura 9, o encoder incremental.

O resolver é um gerador de sinais dos mais resistentes, tanto em sua mecânica, quanto em sua estrutura elétrica. Normalmente os defeitos mais comuns são na parte de ligação:

O resolver é um gerador de sinais dos mais resistentes, tanto em sua mecânica, quanto em sua estrutura elétrica. Normalmente os defeitos mais comuns são na parte de ligação:

1. Inversão dos canais de sinal; 1. Inversão dos canais de sinal; 2. Cabo de sinal inadequado

(impedância muito alta); 2. Cabo de sinal inadequado (impedância muito alta);

3. Deslocamento do ponto zero do resolver, este acontece quando pessoal não habilitado retira o resolver na desmontagem do servomotor.

3. Deslocamento do ponto zero do resolver, este acontece quando pessoal não habilitado retira o resolver na desmontagem do servomotor.

Figura 8 -Manutenção do alinhamento.

Tabela 2 - Quadro comparativo "resolver" x "encoder". Tabela 2 - Quadro comparativo "resolver" x "encoder".

Figura 9 - Encoder incremental

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