7MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002

ESPECIAL

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Seleção deSeleção deSeleção deSeleção deSeleção deacionamentosacionamentosacionamentosacionamentosacionamentos

Augusto Ottoboni

OOs servo-acionamentos ainda são uma incógnita para muitosprofissionais de diferentes segmentos do mercado, trazendo aestes profissionais que se deparam com os mesmos, certa inse-gurança e desconfiança na sua utilização. Foi pensando princi-palmente nestes profissionais que esta matéria foi elaborada, pois,assim como vocês, este também foi um entrave em certos mo-mentos de minha carreira profissional.

Esta matéria tem por objetivo demonstrar de forma bem sim-ples e didática, como são os componentes de um servo-acionamento (o Servomotor e o Servoconversor - veja figura 1 ),suas aplicações, especificações técnicas e parametrização.

desenvolvimento destatecnologia ocorreu duran-te a Segunda GuerraMundial. O pós-guerra

trouxe aumento da qualidade e mai-or expectativa de vida, uma cres-cente preocupação com a saúde ea ecologia, uma maior competiçãoentre as empresas, novos produtose serviços. Todos estes fatores, éclaro que no momento mencionadoainda em evolução, trouxeram umademanda cada vez maior de produ-tos e serviços que no passado nãoeram oferecidos ou até não eramrealizados.

Esta demanda cada vez maiorde produtos e serviços, criou umacrescente necessidade de aumen-to da produção industrial, manten-do-se e, se possível, aumentando-se os níveis de qualidade, cada vezmaiores, nos produtos.

Estas solicitações de incrementode produção em todos os segmen-tos do mercado exigiram o desenvol-vimento de um novo produto, maisdinâmico, robusto e preciso.

Vamos imaginar a seguinte si-tuação: você, profissional respon-sável pela produção de uma deter-minada empresa, por motivos deconcorrência, demanda ou por re-dução de custos apenas, desejaincrementar sua capacidade produ-tiva, basicamente agilizando seusprocessos produtivos. Como proce-der? Uma das alternativas seria re-

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

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novar seumaquinário

substituindoas máquinas

antigas por ou-tras mais novas

e mais rápidas,mas, com custo

altíssimo esta alter-nativa pode ser fa-cilmente descar ta-

da; outra alternativaseria utilizar algumas

técnicas de Retrofittingnas máquinas atuais, o

que, além de mais barato,permite a utilização das mais mo-dernas tecnologias em a-cionamentos para a solução de in-cremento de produção com quali-dade.

Nestes Retrofittings, umas dastecnologias mais util izadas é oservo-acionamento , compostopor servomotor mais servocon-versor.

O QUE É UM SERVOMOTOR?

O Servomotor é uma máquinasíncrona composta por uma parte fixa(o estator) e outra móvel (o rotor), atéaqui nenhuma novidade.

O estator é bobinado como nomotor elétrico convencional, po-rém, apesar de utilizar alimenta-ção trifásica, não pode ser ligadodiretamente à rede, pois utilizauma bobinagem especialmenteconfeccionada para proporcionaralta dinâmica ao sistema.

O rotor é composto por ímãspermanentes dispostos linearmen-te sobre o mesmo e com um gera-dor de sinais chamado “RESOL-VER” instalado para fornecer sinaisde velocidade e posição. Observea figura 2 .

Quais ascaracterísticas de um

servomotor?

De um servomotor são exigidos,entre outros, dinâmica, controle derotação, torque constante e precisãode posicionamento. Figura 3 - Características requeridas do servomotor.

Figura 2 - Servomotor.

As características mais dese-jadas nos servomotores são otorque constante em larga faixa derotação (até 4500 rpm), uma largafaixa de controle da rotação e vari-ação (até 1:3000) e alta capacida-de de sobrecarga (3 x Mo). Estascaracterísticas são facilmente ob-tidas através do modo de controleCFC (Current Flux Control), espe-cialmente desenvolvido para a oti-mização de servomotores nosservoconversores da l inhaMOVIDRIVE® , MOVIDRIVE® Com-pact e MOVIDYN ®, da SEW-EURODRIVE. Atente para a figu-ra 3 .

O Torque nominal (Mo) de ummotor é determinado pelas seguin-tes características construtivas domotor.

O Torque máximo (Mmáx) é 3 xMo do motor. Em função da potênciado servoconversor utilizado , oTorque máximo que se pode alcan-çar também poderá ser menor.

Os servomotores devem possuirmomento de inércia da massa dorotor, menor do que em relação aosmotores assíncronos trifásicos, de-vido às grandes solicitações de di-nâmica.

Um dos artifícios mais utilizadossão os cortes transversais no rotor,através destes cortes é reduzida amassa de inércia do rotor.

Na tabela 1 é dado um quadrocomparativo para um servomotor.

Como funciona umservomotor?

Os servomotores são máquinassíncronas, compostas de seis pó-los no estator, de al imentaçãotrifásica, ímãs permanentes Ter-

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ras-Raras dispostos linearmentesobre a face do rotor e um sensoranalógico chamado resolver pararealimentação de posicionamento evelocidade.

Sua alimentação, apesar detrifásica, não pode ser efetuadaatravés da rede convencional, poispossui um bobinamento totalmen-te especial, confeccionado paraproporcionar uma alta dinâmica aomotor através de um fluxo eletro-magnético totalmente diferente doproporcionado pela rede. Este flu-xo eletromagnético só pode ser for-necido pelo servoconversor atra-vés de um modelamento matemá-tico que leva em consideração to-das as característ icas doservomotor, esta é a razão de ape-nas ser possível a utilização deservomotores e servoconversoresde mesma marca. Só assim é pos-sível fornecer o fluxo mais apropria-do para o servomotor ter a melhordinâmica.

Outro importante ponto é a se-qüência de fase adotada: em al-guns servomotores, a seqüênciaSERVOMOTOR - SERVOCONVER-SOR deve ser observada com aten-ção, pois a sua inversão causa fa-lha no servoconversor deMonitoração de rotação . Veja afigura 5 .

Devido a estarmos trabalhandoem malha fechada, quando da in-versão o servoconversor detectaa incompatibilidade entre os sinaisdo campo girante do servomotorcom os sinais gerados pelo resol-ver.

Desta forma, o servoconversorentende que o campo girante doservomotor está em um sentido eo resolver no sentido oposto, por-tanto, a seqüência U/V/W doservomotor deve ser a mesma U/V/W do servoconversor.

Atente-se também para a utili-zação de servomotores e servo-conversores de mesmo fabricante,pois no modo operacional SERVO,

específ ico para servomotoressíncronos, os dados dosservomotores necessários paraeste modo operacional (SERVO)estão memorizados nos servo-conversores, e só assim é possí-vel obter a melhor performance atra-vés do modelamento matemáticodo servomotor.

O que é oResolver?

O resolver é um sistema de re-alimentação analógico composto

por um estator e um rotor, mas seufuncionamento é oposto ao do mo-tor, ou seja, funciona como um ge-rador. Seu rotor gira através da açãodo eixo do rotor do servomotor e fazcom que a ação do campo eletromag-nético do rotor exerça influência di-reta sobre o bobinamento do estatordo resolver, este subdividido em doisestatores defasados 90° graus entresi, gerando sinais senoidais que fun-cionam como realimentação de po-sição e velocidade para oservoconversor. Observe as figuras6 e 7.

Tabela 1 - Comparação entre motores para servomotor.

Figura 4 - Cortes transversais no rotor.

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O u t r oponto ase ressal-tar é ofato doa l i n h a m e n t odo resolver. Por setratar de um sensorde alta resolução eprecisão, o seu ali-nhamento é algo fun-damental para seuperfeito funcionamento,por tanto, é aconselhável nãomexer em seu sistema de fixaçãodevido à sua complexidade demontagem. Na figura 8 , o alinha-mento.

Quando comparado a outros sis-temas de realimentação disponí-veis no mercado (encoderincremental e encoder absoluto), oresolver tem suas característicasressaltadas, principalmente quan-to à sua robustez e insensibilidadeàs vibrações e altas temperaturas.Observe a tabela 2. Na figura 9 , oencoder incremental.Figura 5 - Sequência de fase.

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

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Figura 8 - Manutenção do alinhamento. O SERVOCONVERSOR...

A mais recente tecnologiaembarcada faz dos servoconver-sores os equipamentos mais ver-sáteis disponíveis no mercado. Pos-sibilidade de comunicação diretacom controladores externos, comu-nicação nos mais variados meiosFieldbus e possibilidade de asso-ciação de múltiplos eixos numamesma fonte de alimentação, en-tre outras características, fazemdos servoconversores uma exce-lente opção no Upgrade de máqui-nas e equipamentos em geral. Naf igura 10 , exemplar de ser-voconversor

Assim como nos conversoresde freqüência, o diagrama de blo-cos do servoconversor figura 11possui as mesmas característi-cas construtivas. Diferenciadoapenas em seu modo operacionalSERVO especí f ico para ser -vomotores s íncronos SEW-EURODRIVE. Os dados dosservomotores SEW necessáriospara o modo operacional SERVO,es tão memor izados nos ser -

Figura 9 - Encoder incremental

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

Figura 10 - Servoconversores.

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voconversores MOVIDRIVE ® ,MOVIDRIVE ® Compact e MO-VIDYN®.

Este modo operacional permite ocontrole direto do torque doservomotor em toda a extensão derotação.

O torque Mo é determinado peloservomotor.

O torque máximo MMÁX é 3 xMo do servomotor. Em função doservoconversor (MOVIDRIVE® ,MOVIDRIVE ® Compact eMOVIDYN®) utilizado, o MMÁX quese pode alcançar também pode-rá ser menor, devido à exigênciade cor rente so l ic i tada pe loservomotor e a corrente fornecidapelo servoconversor. Veja a figu-ra 12 .

A seleção da melhor relação(servomotor x servoconversor),pode ser selecionada conforme otorque e rotação do servomotor,pela corrente nominal do ser-voconversor.Veja a tabela 3 .

A melhor combinação entreservomotor e servoconversor éaquela que satisfaz a condição de3 x Mo.

Nas condições em que ocorrema indicação de um * , a combina-ção é possível, porém não com 3x Mo.

Nas situações em que há soli-citação de torque muito elevado,existe ainda a possibilidade dacombinação dos servomotores so-mados aos redutores planetáriosde baixa folga angular, especial-mente projetados para atender àsmais exigentes solicitações decarga.

Estes redutores além de baixafolga angular (1 estágio: < 3’ ou <6’e 2 estágios: < 5’ ou < 10’), pos-suem reduções exatas que facili-tam a precisão de posicionamento,além de suportarem altos choques.

A composição servomotor +redutor planetário é utilizada nas

Figura 11 - Diagramação de blocos do servoconversor.

Figura 12 - Curvas torque x Rotação do servomotor.

Figura 13 - Servo-acionamento = servomotor + redutor planetário.

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Tabela 3 - Características (torque x rotação do servomotor x Corrente nominal doservoconversor).

mais diversas aplicações, devidoà sua excelente performance. Fi-gura 13 .

Transelevadores, máquinas o-peratrizes e máquinas em geralcom alta solicitação de dinâmica eprecisão de posicionamento são oprincipal segmento de atuação dosservo-acionamentos. Observe a fi-gura 14 .

PARAMETRIZAÇÃOE PROGRAMAÇÃO

A pr inc ipa l vantagem dosservoconversores é a sua rápidae simples parametrização, possi-bilitada através de seu controlemanual ou através dos progra-mas MX_SHELL ® ou MO-VITOOLS®.

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Figura 14 - Transelevador com servo-acionamento Sew.

Figura 15 - Tela de programação IPOS® (Sistema de posicionamentoe seqüência), em Assembler.

Figura 16 - MOVITOOLS® via CD ou Internet.

Figura 17 - Servo-acionamentos aplicados adesbobinadores e bobinadores através do

programa IPOS® plus.

Tanto os programas quanto o con-trole manual, permitem selecionar omodelo específico do servomotorutilizado, sua tensão de alimentação,sua rotação nominal e rapidamentefornecem ao usuário uma otimizaçãodas melhores características doservomotor utilizado.

O programa de posicionamento eseqüenciamento IPOS®, já está dis-

ponível internamentenos servo-a-c i o n a m e n t o sS E W - E U R O -DRIVE tirar es-paço. Este pro-grama tem umfuncionamentomuito similar aum CLP , ouseja, comandaas funções deseqüência e po-sição do servo-a-

cionamento, e sua limitação é deter-minada pelo número de entradas esaídas disponíveis no equipamento(figura 15 ).

Outro programa disponível nosservo-acionamentos SEW-EURO-DRIVE é o SCOPE® , um programade visualização gráfica , onde é pos-sível apurar as verdadeiras condi-ções de trabalho dos servo-acionamentos em tempo real. O pro-grama SCOPE é mais uma opçãoexistente e disponível nos programasMX_SHELL® e MOVITOOLS® daSEW-EURODRIVE.

CONCLUSÃO

Máquinas e equipamentos emgeral com alta solicitação de dinâ-mica e precisão de posicionamentosão os ideais para a utilização dosservo-acionamentos. Veja a figura17 l