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Motores de Passo - Tecnobi Automação e Serviço

1. Fig 4 5 Drive bipolar simples Uma possibilidade bvia o circuito simples mostrado na Fig 4 5 no qual duas fontes de energia s o usadas com um par de transistores de comuta o Pode se fazer a corrente fluir em qualquer dire o pela bobina do motor acionando um ou outro transistor Contudo h desvantagens claras nesse esquema Para come ar precisamos de duas fontes de energia ambas capazes de fornecer a corrente total para ambas as fases do motor Quando toda a corrente estiver vindo de uma fonte a outra est parada fazendo com que a utiliza o das fontes de energia seja baixa Al m disso os transistores devem suportar duas vezes a tens o que pode ser aplicada ao motor exigindo o uso de componentes caros d V K TRI TR3 K TR2 TR4 ov O arranjo padr o usado num drive bipolar o sistema de ponte mostrado na Fig 4 6 Embora ele use um par extra de transistores de comuta o os problemas associados configura o anterior s o eliminados Somente uma fonte de energia necess ria e plenamente utilizada a tens o K Q Fig 4 6 Ponte bipolar Barker Automation 20 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores nos transistores igual dispon vel para impulsionar o mo tor Em sistemas de baixo consumo de energia esse arranjo po
2. o usada nas condi es de parada de emerg ncia possa ser manipulada com seguran a pela mec nica do sistema Se o pico de torque dispon vel no servo motor for bem maior que o normalmente usado pode haver risco de dano mec nico quando desacelerando no limite de corrente total Isso particularmente v lido se uma engrenagem de alta raz o estiver sendo usada Mais Informa es Um folheto com mais detalhes sobre muitos aspectos de seguran a de m quina foi publicado pela Pilz UK Ele inclui cap tulos sobre padr es europeus avalia o de risco componentes e diagramas de fia o para muitos tipos de circuitos de seguran a Agradecemos permiss o da Pilz UK para utilizar essa informa o na confec o deste manual Aterramento de Seguran a Todo equipamento mantido dentro de uma cabina de metal e que transporta corrente alternada deve ter um aterramento de prote o Em condi es de falha essa conex o deve ser capaz de lidar com qualquer falha de corrente at que a prote o corte o suprimento Na pr tica isso significa que o cabo usado para o aterramento de prote o deve ser no m nimo equivalente em capacidade de transporte de corrente para os cabos O aterramento de prote o pode ser feito com condutores de cobre ou partes estruturais eletricamente conectadas Se a conex o de aterramento for formada por componentes estruturais eles devem ter uma rea transversal no m nimo equivalente ao condutor de
3. O torque proporcional ao quadrado da soma do fluxo magn tico do rotor de magneto permanente 4 e do fluxo magn tico das espiras do estator 4 veja a Fig 3 21 O torque elevado gerado devido aos seguintes fatores 1 O di metro do motor grande As for as tangenciais en tre o rotor e o estator agem com um raio grande resultan do num torque elevado 2 Um grande n mero de dentes no rotor e no estator signi fica que o motor possui um grande n mero de p los em outras palavras possui muitos ciclos magn ticos por revolu o Este elevado n mero de p los resulta numa sa da de torque elevado Magneto Permanente Estator B Estator A Fig 3 21 Circuito magn tico do Dynaserv Vantagens do Motor de Acionamento Direto Alta Precis o Os motores de acionamento direto eliminam folgas e a histerese que s o inevit veis quando se emprega uma caixa de redu o O posicionamento absoluto de 30 arc seg t pico com uma repetibilidade de 2 arc seg Tempo mais R pido de Parada Devido ao projeto sem engrenagens o acionamento direto aumenta a produ o diminuindo os tempos de parada Torque Elevado Alta Velocidade A curva de torque pela velocidade no servo de acionamento direto muito plana Isto resulta em uma grande acelera o em velocidades que seriam dif ceis de serem atingidas com uma tabela rotativa convencional de at 4 revolu es segundo Rota o Suave O servo d
4. necess ria corrente para a manuten o da posi o Alto Pico de Torque Dispon vel Em aplica es intermitentes particularmente quando posi cionando cargas principalmente inerciais o motor pode ser levado al m de sua faixa cont nua Curva Chata de Torque velocidade Oferece desempenho m ximo com aumentos de acelera o lineares gerados facilmente Grande Variedade Dispon vel Os motores DC s o produzidos em v rios estilos incluindo tipos com in rcia muito baixa para aplica es altamente din micas Alta Velocidade Os motores DC com escova s o bons para velocidades de at 5000 rpm Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Compara o Tecnol gica Desvantagens dos Motores DC com Escovas Manuten o das Escovas N o necessariamente um problema se o motor for facilmente acess vel mas complicado se o motor n o for acess vel Problemas em Ambientes de Risco ou V cuo Ventila o nas escovas fundamental para sua opera o Limita es do Comutador Ciclos rduos causam desgaste e a comuta o mec nica limita a velocidade Movimentos repetitivos muito curtos de menos de uma rota o do motor podem desgastar parte do comutador Baixo Desempenho T rmico Todo o calor gerado no rotor de onde a rota t rmica para o revestimento externo muito ineficiente Pode ser Des
5. um m todo que ocasional mente usado mas s adequado para aplica es de baixo torque O furo reduz consideravelmente a rea de corte trans versal do eixo e como consequ ncia o torque que ele pode transmitir Se o eixo j tiver uma passagem de chaveta a situa o fica ainda pior Deve se lembrar que a for a de um pino de 3mm s 20 30 daquela de uma chaveta de 3mm Se essa op o de fixa o for escolhida deve se tomar as mesmas precau es na fura o do eixo que as tomadas para encurt lo que ser o descritas mais tarde Os coment rios sobre toler ncia do eixo acoplamento feitos para a fixa o por parafuso tamb m aplicam se fixa o por pino Uso de Adesivos O uso de adesivos anaer bicos como Loctite entre o eixo e o acoplamento frequentemente ben fico Esse tipo de adesivo endurece na aus ncia de ar Adesivos s devem ser usados juntamente com um dos m todos de fixa o descritos acima Se um adesivo viscoso de alta resist ncia for usado ele deve ser espalhado no eixo antes da monta gem enquanto que um adesivo mais fino pode ser aplicado no v o depois de instalado o acoplamento Se um adesivo for usado ser quase imposs vel remover o acoplamento sem danificar o motor a menos que tenha sido deixado bastante espa o entre o acoplamento e o motor para inserir um instrumento extrator Outro ponto a considerar que no caso de falha n o ser poss vel reparar o motor sem um trabalho
6. A Fig 3 16 mos tra a posi o do rotor em um ponto de comuta o quando o ngulo de torque cai para 60 o campo do estator avan a de 2 para 3 para que o ngulo agora aumente para 120 e permanece ali pelos pr ximos 60 de rota o Campo 2 do Estator Rota o Campo do Estator y 3 Fig 3 16 Posi o do rotor no ponto de comuta o x Campo do Rotor Atraso M dio 90 Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores O Motor Trapezoidal Com um n vel fixo de corrente nas espiras o uso desta parte estendida da curva caracter stica de torque senoidal causa uma grande flutua o do torque Podemos minimizar o efeito manipulando o projeto do motor para aplainar a caracter s tica fazendo o trapezoidal Fig 3 17 Na pr tica isto n o muito f cil de se fazer portanto ainda haver algum grau de n o linearidade O efeito disto tende a ser um ligeiro golpe nos pontos de comuta o que pode ser sentido quando o motor estiver girando devagar Fig 3 17 Curva caracter stica do motor trapezoidal Aondula o Ripple do torque resultante da n o linearidade da curva caracter stica do torque tender a produzir uma modula o da velocidade na carga No entanto em um sistema empregando feedback de velocidade o loop de velocidade ter em
7. Automation Tecnologia Eletromec nica Apostila 1600 231 01 BR Outubro 2003 Termo de Garantia A Parker Hannifin Ind e Com Ltda Divis o Automation doravante denominada simplesmente Parker garante os seus produtos pelo prazo de 12 doze meses inclu do o da garantia legal primeiros 90 dias contados a partir da data de seu faturamento desde que instalados e utilizados corretamente de acordo com as especifica es contidas em cat logos ou manuais ou ainda nos desenhos aprovados pelo cliente quando tratar se de produto desenvolvido em car ter especial para uma determinada aplica o Abrang ncia desta Garantia A presente garantia contratual abrange apenas e t o somente o conserto ou substitui o dos produtos defeituosos fornecidos pela Parker A Parker n o garante seus produtos contra erros de projeto ou especifica es executadas por terceiros A presente garantia n o cobre nenhum custo relativo desmontagem ou substitui o de produtos que estejam soldados ou afixados de alguma forma em ve culos m quinas equipamentos e sistemas Esta garantia n o cobre danos causados por agentes externos de qualquer natureza incluindo acidentes falhas com energia el trica uso em desacordo com as especifica es e instru es uso indevido neglig ncia modifica es reparos e erros de instala o ou testes Limita o desta Garantia A responsabilidade da Parker em rela o a esta garantia ou sob qual
8. Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores ZHE Comutador Encoder Tl Drive Fig 3 12 Servomotor brushless Voltando ao motor convencional com escova um rotor consistindo de apenas uma bobina exibir uma ampla varia o de torque conforme rotaciona Na verdade a caracter stica ser senoidal com o torque m ximo sendo produzido quando o campo do rotor estiver em ngulo reto com o campo do estator e com torque zero no ponto de comuta o veja a Fig 3 13 Um motor CC na pr tica possui um grande n mero de bobinas no rotor cada uma conectada n o apenas a seu pr prio par de segmentos do comutador mas tamb m s outras bobinas Desta forma a contribui o principal para o torque ser feita por uma bobina pr xima sua posi o de pico de torque h tamb m um efeito de uma corrente m dia que flui em todas as outras bobinas portanto a ondula o resultante ripple do torque muito pequena amp Torque Dire o do Campo gt do Rotor Relativamente ao Campo do Estator Fig 3 13 Curva caracter stica da posi o em rela o ao torque Gostar amos de reproduzir uma situa o similar no servo motor brushless mas isto iria requerer um grande n mero de bobinas sendo distribu das em torno do estator Isto pode ser poss vel por m cada b
9. Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Tecnologia Eletromec nica Aplica es Considera es de Seguran a Sensores de Limite em Aplica es de Seguran a Critica Em muitas aplica es de baixo consumo de energia a provis o para os sensores de limite de dist ncia percorrida uma quest o de conveni ncia operacional ou um meio de evitar danos mec nicos Em um caso ou outro h normal mente uma escolha entre os tipos de sensores adequados dependendo de fatores como espa o dispon vel e facilidade de incorpora o de um atuador apropriado Mas em situa es em que a seguran a for o mais importante como quando a falha em parar pode causar danos pessoais essencial usar o tipo correto de sensor e instal lo de maneira intrinsecamente segura Podemos dividir os sensores de limite de m quina em duas categorias de contato e de n o contato Os sensores de contato s o normalmente microchaves convencionais os tipos de n o contato incluem detetores de proximidade capacitivos indutivos ou ticos bem como sensores reed Todos os tipos podem ser usados em aplica es n o cr ticas mas microchaves rolantes mecanicamente operados s o inerentemente muito mais seguros que os tipos de n o contato Aplica es em que a seguran a cr tica exigem que os sensores de limite sejam dispositivos de aciona mento positivo Isso significa que os sensores de contato s o dire
10. a in rcia portanto mantendo a mesma rela o de torque in rcia Da para cada tamanho do flange os motores de passo s o normalmente produzidos em vers es com se es de magneto simples duplo e triplo RM ZA a ZA e lt d J TI E Fig 2 16 Motor de passo h brido com se o tripla Como regra gen rica a rela o de torque in rcia reduzida numa rela o quadr tica com cada aumento do di metro do flange Portanto girando livremente um motor tamanho 34 pode acelerar duas vezes mais r pido do que um motor tamanho 42 independente do n mero de se es Forcer Magneto Permanente Eletro magneto MI PG Eletro magento Espiras ds Campos Dentes do Platinado V o de Ar A4 A2 B4 B2 Faces dos P los Fig 2 17 Motor de passo linear Motores de Passo Lineares O motor de passo linear essencialmente um motor de passo que foi desenrolado para operar em linha reta O componente m vel denominado Forcer e movimenta se ao longo de um elemento fixo ou base Para fins operacio nais a base equivale ao rotor em um motor de passo nor mal embora seja um dispositivo inteiramente passivo e n o seja dotado de magneto permanente O magneto incorporado ao Forcer M vel juntamente com as bobinas veja a Fig 2 17 O Forcer
11. A Parker o nico fabricante a oferecer aos seus clientes Informa es sobre Produtos uma ampla gama de solu es hidr ulicas pneum ticas e Os clientes Parker Hannifin no Brasil disp em de um eletromec nicas para o controle de movimentos Nossa companhia Servi o de Atendimento ao Cliente SAC que lhes prestar possui a maior rede de Distribuidores Autorizados neste campo de informa es sobre produtos assist ncia t cnica e distribuidores neg cios com mais de 6 000 distribuidores atendendo mais de autorizados mais pr ximos atrav s de uma simples chamada 300 000 clientes em todo o mundo gr tis para o n mero 0800 11 7001 Aeroespacial L der em desenvolvimento projeto manufatura e servi os de sistemas de controle e componentes para o mercado aeroespacial e segmentos relacionados com alta tecnologia alcan ando crescimento lucrativo atrav s de excel ncia no atendimento ao cliente Climatiza o e Controles Industriais Projeta manufatura e comercializa componentes e sistemas para controle de fluidos para refrigera o ar condicionado e aplica es industriais em todo o mundo Fluid Connectors Projeta manufatura e comercializa conectores r gidos e flex veis como mangueiras conex es e produtos afins para aplica o na condu o de fluidos Seal Executa projeto manufatura e comercializa veda es industriais comerciais e produtos afins oferecendo qualidade superior e satisfa o to
12. Ti Fig 7 9 Ciclo simples de m quina Tudo que fizemos aqui foi adicionar o calor produzido du rante cada parte do ciclo dividi lo pelo tempo total e tirar a raiz quadrada para chegar a um torque cont nuo equivalente O Que Acontece em Ciclos de Opera o Muito Longos Se o torque exceder a taxa cont nua por um per odo longo obviamente poss vel que o motor superaque a durante esse tempo embora o torque RMS seja aceit vel Por exemplo com o dobro do torque cont nuo ficamos restritos a 25 do ciclo quatro vezes mais calor em um quarto do tempo Se for necess rio torque por 1 segundo num ciclo de 4 segundos tudo fica bem mas por uma hora em ciclos de quatro horas n o uma boa perspectiva mesmo estando em 25 do ciclo Ent o qual o limite O limite se resume Constante de Tempo T rmica do mo tor Quando a corrente passa pelo motor a temperatura aumenta exponencialmente Quanto maior o motor mais lentamente a temperatura sobe A constante de tempo t rmi ca o tempo que se leva para atingir 63 da temperatura final s o necess rias tr s constantes para atingir aproxi madamente 95 da temperatura final e depois disso as coisas mudam bem lentamente Para que nossos c lculos de calor RMS sejam v lidos importante que o ciclo operacional completo seja curto em compara o com a cons tante de tempo t rmica do motor 10 um bom n mero Pode se normalmente encontrar a constante de tempo t rmi
13. apropriadas para cada tipo de motor e tamb m certas aplica es que melhor evitar Deve se enfatizar que h uma ampla variedade de aplica es que podem ser igual mente atendidas por mais de um tipo de motor e a escolha ser frequentemente determinada pela prefer ncia expe ri ncia anterior ou compatibilidade com equipamento exis tente Com a crescente demanda por motores inteligentes o diferencial de custo real entre servo motores com escova e sem escova est diminuindo Na maioria das novas aplica es a escolha portanto entre o motor de passo e o servo motor brushless Para aplica es em que o custo fator importante vale sempre a pena tentar um motor de passo pois ele geral mente pode ser vencido em termos de custo Isso particu larmente v lido quando as exig ncias din micas n o s o severas como aplica es de defini o como ajustes peri dicos em m quinas de impress o Aplica es cont nuas de alto torque e baixa velocidade s o apropriadas para servo motores de acionamento direto direct drive e tamb m para motores de passo Em baixas velocidades o motor de passo muito eficiente em termos de torque relativo a tamanho e energia de entrada Um exemplo t pico seria uma bomba medidora para controle de fluxo preciso Aplica es cont nuas de alto torque e alta velocidade s o adequadas para um servo motor e na verdade um motor de passo deve ser evitado em tais aplica es
14. como um gerador quando o eixo for movido mecanicamente Isso significa que a energia reservada in rcia de carga durante a acelera o devolvida ao drive durante a desacelera o Isso aumenta a corrente do motor e pode danificar os comutadores de energia se a corrente extra for excessiva Um detetor de limite no drive percebe esse aumento de corrente e momen taneamente desliga todos os transistores ponte Fig 4 9 Cria se assim um caminho para que a corrente de regenera o volte ao capacitor de fornecimento onde aumenta a tens o Durante essa fase a corrente n o est mais fluindo pelos resistores e os comutadores devem ser ligados novamente ap s um curto per odo tipicamente 30 micro segundos para que as condi es sejam reavaliadas Se a corrente continuar muito alta o drive volta ao estado de regenera o V Power supply capacitor Fig 4 9 Fluxo de corrente durante a regenera o Um pequeno aumento na tens o de fornecimento durante a regenera o aceit vel mas se o aumento for muito grande os comutadores podem ser danificados por excesso de tens o ao inv s de excesso de corrente Para solucionar esse problema usamos um circuito de descarga de energia que dissipa a energia regenerada O HV R6 330 10W TR2 Fig 4 10 Circuito de descarga de energia tipico O circuito de descarga de energia t pico mostrado na Fig 4 10 Um retificador e um capacitor al
15. danosas pode ser necess rio garantir que o encoder seja mantido numa compartimento vedado Constru o Mec nica Encoder de Eixo Fig 5 8 Nesse tipo de encoder que pode ser incremental ou absoluto a parte eletr nica normal mente apoiada numa placa que protege os mancais e eixo O eixo sai dos mancais na parte externa do encoder e trans porta o disco rotativo na parte interna As partes internas s o cobertas por uma capa externa pela qual passam os contatos interconectores Interconnecting Leads Pa Cover ao Mounting Plate Shaft Fig 5 8 Encoder de eixo Para uso em condi es ambientais ou industriais extremas toda a prote o deve ser especificada conforme um padr o para servi o pesado com mancais vedados e veda es en tre a placa e a cobertura As conex es el tricas externas tamb m podem ser trazidas para fora por um conector de alta qualidade Kit Encoder ou Encoder Modular Fig 5 9 Est o dispon veis em v rias formas sendo sua principal vantagem o custo reduzido Cover Hub and Disc ie Electronics Interconnecting Leads N Fig 5 9 Encoder modular Body Como muitos servo motores t m eixo de extremidade dupla simples conectar um kit encoder traseira do motor O kit encoder normalmente menos robusto que o encoder eixo mas isso n o problema se os componentes do encoder forem adequadamente protegidos Muitos servo motor
16. e podem requerer manuten o frequente Pelo fato de n o possuir estes componentes o motor brushless por si s mais confi vel e pode ser utilizado em condi es ambientais adversas Para se obter um torque elevado e uma in rcia baixa os motores brushless empregam mag netos ferrosos muito mais caros do que os magnetos cer micos convencionais O drive eletr nico necess rio para um motor brushless tamb m mais complexo do que o de um motor com escova Na categoria dos motores brushless existem dois tipos b sicos trapezoidal e de onda sen ide Embora sua constru o seja praticamente id ntica a forma de controle dos dois tipos significativamente diferente O motor trapezoidal muitas vezes referido como servomotor CC brushless enquanto o motor de onda sen ide s vezes chamado de servomotor CA brushless pois muito parecido com o motor CA sincrono Para explicar completamente a diferen a entre estes dois motores precisamos rever a evolu o do servomotor brushless Um motor simples de CC com escova convencional Fig 3 10 consiste de um rotor com espiras que gira dentro de um campo magn tico fornecido pelo estator Se as conex es das bobinas fossem feitas atrav s de an is deslizantes este motor se comporta ria como um motor de passo revertendo se a cor rente no rotor faria com que ele virasse 180 Incluindo o comutador e as escovas a revers o da corrente feita automatica mente e o motor contin
17. o resist ncia ao movimento o momento inercial pode ser descrito como resist ncia s altera es na velocida de acelera o ou desacelera o E uma propriedade de qualquer componente mec nico e depende principalmente do peso mas no caso de componentes rotativos depende da forma tamb m Com partes circulares ou cil ndricas como eixos e polias o material mais distante do eixo de rota o tem um efeito muito maior na in rcia que o material pr ximo do centro Um volante por exemplo que deliberadamente projetado para ter alta in rcia de forma a minimizar as mudan as de velocidade causadas por flutua es no torque do motor tem a massa concentrada perto das bordas Se tivesse espessura uniforme teria in rcia mais baixa para o mesmo peso Em sistemas de posicionamento de alta velocidade essencial manter a in rcia total no m nimo Talvez n o seja preciso dizer que deve se concentrar nos componentes que mais contribuem para a in rcia total mas nem sempre bvio quais s o esses componentes Em muitos sistemas de parafuso guia por exemplo o pr prio parafuso o compo nente inercial dominante e n o a carga sendo movida ver exemplo a seguir Componentes Rotativos Para calcular o momento inercial dos componentes rotativos num sistema mec nico precisamos conhecer seu formato e peso Felizmente a maioria desses componentes como eixos parafusos guia engates e engrenagens aproximam se de formas cil nd
18. rcia do sistema de redu o In rcia refletida da mesa J 100x202 4x 107 1000 x 10 Kg m A in rcia do fuso ser a mesma de antes A in rcia da mesa mais a do fuso ser agora reduzida pelo quadrado da raz o de redu o In rcia da mesa fuso J J 2900x 10 Kg m In rcia refletida no motor 2900 x 10 6 4 Kg m2 725 x 10 6 Kg m2 Nova in rcia total acrescentada ao motor Ji 1225 x 10 Kg m A velocidade m xima a taxa de acelera o e a dist ncia percorrida pelo motor permanecem as mesmas Nova demanda de torque T 1225 x 10 x 156 x 2x 1 23 Nm Qual o novo fator de in rcia carga rotor Novo fator de in rcia 725 500 1 45 1 Como o pico de pot ncia afetado Novo pico de pot ncia Ww 1 23 x 6 25 x 27 48 watts Esta uma situa o em que aumentando se o passo do fuso e a introdu o de um redutor resultaram em melhoria significativa O fuso somente gira na metade de sua velocida de anterior devido ao aumento do passo e o efeito de sua in rcia reduzido na raz o da redu o O torque e pot ncia do motor necess rios foram ambos reduzidos em 50 e o fator de in rcia carga motor mais favor vel Como a demanda de torque ent o cerca de metade do que era antes usando o mesmo motor podemos dobrar a taxa de acelera o e reduzir o tempo geral de movimento em 30 Na pr tica os componentes de redu o tamb m introduzem alguma in rcia e atrito adici
19. BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Compara o Tecnol gica Uma Compara o Entre as Tecnologias de Motor de Passo e Servomotor Os motores de passo motores DC com escova e servo motores brushless t m suas vantagens e desvantagens Nenhuma tecnologia ideal para todas as aplica es apesar do que possam alegar alguns fabricantes Este cap tulo analisa os m ritos relativos de cada tecnologia e lista as aplica es mais apropriadas para cada uma delas Vantagens do Motor de Passo Solu o de Custo mais Baixo Um motor de passo ser sempre a solu o mais barata Se um motor de passo executar o trabalho fique com ele Nenhuma Manuten o N o h escovas que necessitem de checagem ou substitui o peri dica Poucas Restri es Ambientais Um motor de passo pode ser usado em praticamente qualquer ambiente incluindo v cuo Magnetos especiais podem ser necess rios se houver grandes campos magn ti cos por perto como c maras de evapora o Observe a dissipa o no v cuo n o h resfriamento de convec o Livre de Defeitos Qualquer falha no motor impede o movimento pois a corrente deve ser continuamente comutada para que haja rota o cont nua Um motor com escovas comutado internamente e pode operar indefinidamente se corrente cont nua for aplicada N o facilmente desmagnetizado por excesso de corrente Devido aos planos perpendiculares de magnetos permanentes e rotas d
20. a a O o oi e a tt a aE AEEA 15 Motores de PassO msi mese ceia di ia aa aa aa ai ag ie i e ei ian cip dna ia bai ic le F ae E 19 Motores com Escova DO irina ao ei ia i a Da a ti 8 a EE ll a e ana ad aa 24 Servomotores sem Escova Brushless eee eee neon anna nenea aaa aaa nenea aa ana ana aaa 26 Dispositivos de Feedback ace cancan pa aaa a a aa ai du aaa dE ee 2 aa a a i i aa aa 28 Compara o entre as Tecnologias de Motor de Passo e Servomotor mmm ana nn 33 Parte II Aplica es C lculos de Torque e In rcia ss iis i rar e pablo at a a paia a A i o qndo a i a lar Pie i D 35 Dimensionamento de Transformadores para Sistemas de Posicionamento men nana nana na 39 Frenagem Din mica de Servomotores ici ciinii bat a a a d Da a a i a i a cd dt a 40 Introdu o Programa o de C digo X men eee nene nenea nana enma nana nana nana nana 42 Resolu o de Problemas em Comunica o RS232 neam mana ana 45 Principios de Instala o EMC ss cisterne eenei a iC a ab 2 li i Dead ga datada a a a ia i 46 Motores Instala o El trica ss cs aa iei tai ao ceea aa Da O a re nl e bt a sa Dei i i a e sa Dale a 0 Ut 46 Motores Instala o Mec nica mmm ana nnaaa nn 47 Paradas de Emerg ncia ss acizi raita tao aa a te mt ala da aa a a daia ut d Ba d a a al i 52 Aterramento de Segiiranca nn acas cae a ie ea a ii ia i ui a n i a n i pa a a a tat a A aE 53 Sensores de
21. a resist ncia de fase do motor de 0 155 ohm portanto a resist ncia externa necess ria ser de 0 595 ohm Especifica o de Energia do Resistor Para uma primeira aproxima o a energia necess ria para os resistores de carga podem ser estimadas a partir da ener gia cin tica armazenada no sistema Por exemplo conside rando uma condi o relativamente severa em que a carga tem in rcia de dez vezes a in rcia do motor Para o MB 145 30 28 a in rcia do motor de 0 00115 kgm In rcia total 0 0270 kgm Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Energia total armazenada no sistema a 3000 rpm 0 5 Jw 1331 watt segundos O tempo necess rio para que o motor desacelere depender da velocidade m xima da in rcia do sistema e do torque de frenagem dispon vel O torque m ximo na velocidade central dado por T 3kt2 L x N de p los onde Kt constante de torque por fase rms L indut ncia de fase O tempo aproximado necess rio para reduzir para 5 da velocidade m xima dado por DRIVE SV DRIVE 24V A1 OUTPUT X10 14 DYNAMIC Contactor BRAKE 1uF supply LOAD tal To dxi0n5 N Relay 4 X10 16 10nf 63V Ji x10 10 GND 24V X11 7 screen DES Fig 7 12 Circuito din mico de frenagem t pico A1 output transistor in the OFF condition Tecnologia Eletromec nica C lculos de
22. cobre necess rio para a mesma tarefa N o necess rio que os condutores do aterramento de prote o dentro da cabina sejam isolados se forem o isolamento deve ser verde amarelo Os condutores de prote o internos em conjuntos como cabos fita e cabos flex veis est o isentos dessa obrigatoriedade O terminal para conex o de aterramento de prote o externo com a m quina devem ser identificados com as letras PE ver Fig 10 2 N o use a identifica o PE para quaisquer outros terminais no sistema as conex es de aterramento de prote o de outros componentes como motores devem ser identificadas com os s mbolos mostrados no diagrama ou a cor verde amarela N o use o terminal PE para qualquer outro fim como conex o Ov E i Internal equipment 77770707 I Protective earth for motor case Internal protective conductor PE terminal ANONY NON External protective earth connection Fig 10 2 Conex es e s mbolos do aterramento de seguran a Observe se n o h conex es ou combina es de plugs soquetes que possam interromper a uni o de prote o O circuito condutor de prote o s deve ser cortado depois que um circuito condutor vivo for quebrado e deve ser re estabelecido antes que o circuito vivo seja restaurado Mais informa es sobre a seguran a do aterramento pode ser encontrada na Norma de Seguran a de M quina BS EN60204 1 Parte 1 Parker Automation
23. comple tos segundo 1 a 2 5 rev seg Torque Detentor Curva de In cio Parada Curva de Rendimento Parada Passos por Segundo gt Fig 2 21 Curvas de in cio parada e rendimento Para operar o motor em velocidades mais elevadas necess rio iniciar numa velocidade dentro da faixa de in cio parada e ent o acelerar o motor para a regi o de rendimento De forma semelhante ao parar o motor ele deve ser desacelerado de volta faixa de in cio parada antes de se desativar os pulsos de passo O uso da acelera o e desacelera o ou ramping permite que velocidades muito mais elevadas possam ser obtidas e em aplica es industriais a faixa til de velocidade se estende at cerca de 3 000 rpm 10 000 passos completos seg Observe que a opera o cont nua em altas velocidades n o normalmente recomendada para um motor de passo devido ao aquecimento do motor por m se pode utilizar altas velocidades com sucesso em aplica es de posicionamento O torque dispon vel na faixa de rendimento n o depende da in rcia da carga A curva de torque e velocidade normalmente medida colocando se o motor em movimento e ent o aumentando se a carga at que o motor perca o passo Com uma carga de in rcia mais elevada deve ser utilizada uma taxa de acelera o mais baixa por m o torque dispon vel na velocidade final n o afetado Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare
24. dada portanto ba sicamente a mesma imprecis o encontrada no retorno quela posi o A precis o do motor aumentar proporcionalmente resolu o N o A precis o absoluta b sica e a histerese do motor perma necem inalteradas Posso utilizar um motor pequeno em uma carga grande se o requisito de torque for baixo Sim por m se a in rcia da carga for superior a dez vezes in rcia do rotor pode ocorrer um amplo efeito de oscila o ringing ao final do movimento Como se pode reduzir a oscila o ringing ao final do movimento A fric o no sistema ajudar a diminuir esta oscila o Caso esteja sendo empregada uma velocidade de in cio parada a diminui o de seu valor tamb m ajudar A fun o de viscosi dade eletr nica no drive ZETA minimiza este problema Por que um motor pode perder o passo durante um teste sem carga Um motor sem carga desenvolve um torque elevado em rela o sua pr pria in rcia Os motores de passo s o otimizados para cargas da mesma ordem que a in rcia do motor Barker Automation 12 Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo 10 11 12 13 14 15 16 17 Como se pode reduzir as chances de resson ncia Isto de ocorr ncia mais prov vel em sistemas de passo com pleto Adicionar in rcia diminui a frequ ncia de resson ncia e a fric o tende a amortecer a resson ncia O emprego de velo cidades de in cio parada
25. de reconstru o caro Chavetas e Passagens de Chaveia Voc nos mandou a chaveta errada ela n o entra na passagem uma reclama o comum entre os novatos na instala o de motores Uma chaveta padr o de 3mm por exemplo cerca de 0 04mm mais larga que a passagem de chaveta no eixo e a inten o que ela seja lixada para que o encaixe seja justo E por que o fabricante n o faz a chaveta com a largura correta uma quest o de toler ncia a chaveta deve ficar bem justa na passagem de chaveta do eixo porque a passa gem do acoplamento cerca de 0 025mm maior que a do eixo Isso garante que uma vez que a chaveta tenha sido lixada para a passagem de chaveta do eixo o espa o resul tante permitir que o acoplamento deslize facilmente no eixo Mas esse pequeno espa o ir inevitavelmente levar a alguma folga as passagens tanto no eixo quanto na polia devem ser profundas o bastante para garantir um espa o adequado para a chaveta A melhor maneira de solucionar o problema ter um parafu so no acoplamento que cause um pequeno achatamento no topo da chaveta Outra solu o usinar a chaveta com um passo para que ela se ajuste em ambas as passagens mas como isso evita que o acoplamento deslize facilmente no eixo deve se tomar cuidado para n o danificar os mancais do motor Aplicar uma grande carga axial por exemplo com uma prensa de alavanca e martelar o acoplamento no eixo s o as causas mais comuns
26. desiguais a posi o do rotor ser deslocada em dire o ao p lo mais forte Este efeito empregado no drive de micro passo que subdivide o passo b sico do motor estabelecendo uma escala proporcional da corrente nas duas espiras Desta forma o tamanho do passo diminu do e a suavidade do movimento em baixas velocidades sensivelmente melhorada Os drives de micro passo de alta resolu o dividem o passo do motor em at 500 micro passos propiciando 100 000 passos por revolu o Nesta situa o o padr o de corrente nas espiras muito semelhante a ondas senoidais com um deslocamento de fase de 90 entre elas veja a Fig 2 12 O motor est agora sendo acionado de forma muito semelhante ao que seria um motor s ncrono CA conven cional Na verdade o motor de passo pode ser acionado desta forma a partir de uma fonte com onda seno de 50 Hz com a inclus o de um capacitor em s rie com uma das fases Ele girar a 60 rpm Corrente da Fase 1 E SE pati BRE Corrente da Fase 2 _ a ap Fig 2 12 Correntes de fase no modo de micro passo Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo O Motor H brido Padr o de 200 Passos O motor de passo padr o opera da mesma forma que nosso modelo simples por m po
27. devem ser atribu dos a ru do pulsos de passo falsos ou perdidos ou falha do controlador Espiras Bifilares A maior parte dos motores descrita como sendo de espiras bifilares o que significa que h dois conjuntos id nticos de espiras em cada p lo Dois filamentos s o enrolados juntos como se fossem uma nica bobina Isto produz dois enrolamentos que s o quase id nticos el trica quanto magneticamente se ao inv s disso uma bobina fosse enrolada sobre a outra mesmo tendo o mesmo n mero de voltas as caracter sticas magn ticas seriam diferentes Em termos simples enquanto quase a totalidade do fluxo da bobina interna fluiria pelo n cleo ferroso parte do fluxo da bobina externa fluiria pelo enrolamento da bobina interna A origem da espira bifilar data do drive unipolar veja a se o de Tecnologia de Drives Ao inv s de ser preciso reverter a corrente em uma espira o campo poder ser revertido trans ferindo se a corrente para uma segunda bobina enrolada na dire o oposta Embora as duas bobinas sejam enrola das da mesma forma trocando se suas pontas produz se o mesmo efeito Portanto com um motor de espiras bifilares pode se manter um projeto simples para o drive No entanto este requisito j praticamente desapareceu atualmente com a ampla disponibilidade do drive bipolar de maior efici ncia No entanto os dois conjuntos de espiras realmente propor cionam uma flexibilidade maior e veremos que difere
28. do estator b o campo do estator rotaciona 90 e atrai um novo par de p los do rotor Como resultado o rotor gira 30 correspondendo a um passo completo A revers o do primeiro conjunto de espiras do estator por m com sua energiza o na dire o oposta rotacionamos o campo do estator mais 90 e o rotor efetua mais um passo de 30 c Finalmente o segundo conjunto de espiras energizado na dire o oposta d para propiciar uma terceira posi o de passo Podemos agora retornar primeira condi o a e ap s estes quatro passos o rotor ter se movido pelo equivalente a uma largura de dente tooth pitch Este motor simples executa portanto 12 passos por revolu o Obviamente caso as bobinas sejam energizadas na sequ ncia inversa o motor girar no sentido oposto Caso duas bobinas sejam energizadas simultaneamente Fig 2 7 o rotor assume uma posi o intermedi ria pois fica igualmente atra do por dois p los do estator Esta condi o produz um torque maior pois todos os p los do estator est o influenciando o motor Pode se fazer o motor dar um passo completo simplesmente revertendo se a corrente em um conjunto de espiras isto provoca uma rota o de 90 dos campos do estator como no caso ante rior Na verdade esta seria a forma normal de acionamento do motor no modo de passo completo sempre mantendo as duas espiras energizadas e revertendo se a corrente em cada espira alternadamente
29. e de passo em ondas de controle para o gerador de energia ver Fig 4 1 As fun es b sicas do tradutor s o comuns maioria dos tipos de drives embora o tradutor seja necessariamente mais complexo no caso de um motor de micropasso Contudo o projeto do gerador de energia o principal fator que influencia o desempenho do motor e vamos analis lo mais detalhadamente O tipo mais simples de est gio de pot ncia o arranjo uni polar mostrado na Fig 4 2 Ele chamado de drive unipolar porque a corrente s flui em uma dire o atrav s de um nico terminal do motor Um motor com espiras bifilares deve ser usado pois a revers o do campo estator atingida transferindo se a corrente para a segunda bobina No caso desse drive simples a corrente determinada somente pela resist ncia do enrolamento do motor e a tens o aplicada Ge 6 Fig 4 2 Motor unipolar b sico Tal drive funcionar perfeitamente com baixas velocidades mas medida que a velocidade aumenta o torque cai rapidamente devido indut ncia do enrolamento Analogia com a Indut ncia da Agua Para os que n o conhecem bem a propriedade da indut ncia a seguinte analogia com a gua pode ser til Fig 4 3 Um indutor comporta se da mesma forma que uma turbina conectada a um volante Quando a torneira aberta e press o aplicada tubula o de entrada ser necess rio um tempo para que a turbina se acelere devido in
30. e o micro passo ser ainda melhor ngulo Tempo gt Fig 2 20 Resposta de um nico passo A tentativa de se aplicar ao motor um passo que corresponda sua frequ ncia natural de oscila o pode provocar uma resposta exagerada conhecida como resson ncia Em casos graves isto pode levar ao dessincronismo ou perda de passo stalling do motor Este problema incomum com drives de meio passo e ainda menos comum com um mi cro passo A velocidade natural de resson ncia est tipica mente na faixa de 100 a 200 passos completos segundo 0 5 a 1 rev seg Em condi es din micas incluindo todas as vari veis o desempenho do motor descrito por uma curva de torque e velocidade como a mostrada na Fig 2 21 H duas faixas de opera o a faixa de in cio parada ou pull in e a faixa de rendimento slew ou pull out Na faixa de in cio parada o motor pode ser acionado ou parado com a aplica o de pulsos de passo a uma frequ ncia constante no drive Em velocidades dentro desta faixa o motor possui torque suficiente para acelerar sua pr pria in rcia at uma velocidade de sincronismo sem que a defasagem de posicionamento exceda 3 6 bvio que se uma carga inercial for adicionada esta faixa de velocidade reduzida Portanto a faixa de in cio parada depende da in rcia da carga O limite superior da faixa de in cio parada est localizado tipicamente entre 200 e 500 passos
31. em compara o a um motor convencional com caixa de redu o A caixa de redu o introduz perdas significativas de fric o entre o motor e a carga e a precis o poder ficar sacrificada devido a erros mec nicos ou efeito chicote O motor de acionamento direto brushless e sem engrenagens portanto elimina a fric o na transmiss o Como o elemento de feedback acoplado diretamente carga a precis o e repetibilidade do sistema s o mantidas e o efeito chicote eliminado Motor Convencional Motor de Acionamento Direto Caixa de Motor Elemento Redu o CC CA Mancal Rotativo Encoder PCB Placa de Circuito Impresso do Controlador Elemento Estator Controlador Nucleo do Rotor Nucleo do Estator Fig 3 19 Compara o entre o convencional e o acionamento direto O motor cont m mancais de precis o componentes magn ticos e um dispositivo integrado de feedback em um pacote compacto veja a Fig 3 20 O motor do tipo rotor externo propiciando movimenta o direta da carca a externa que presa carga Os mancais de rolamentos cruzados que suportam o motor s o muito r gidos para permitir que o motor receba a carga diretamente Em muitos casos desnecess rio utilizar mancais ou eixos adicionais para COE Sel Placa do Controlador Kit PDA Kit de LED N Bra adeira J 2 Kit do Compartimento N D Anel de Reten o N cleo do Estator Fig 3 20 Vista explodida do Dynaserv
32. equipado com pe as de 4 p los cada uma possuindo 3 dentes Os dentes s o escalonados no sentido do comprimento em rela o aos dentes da base assim alternando se a corrente nas bobinas far com que o conjunto de dentes seguintes se alinhem Um ciclo completo de alterna o 4 passos completos equivalente a um deslocamento de um dente da base Da mesma forma que o motor de passo rotativo o motor linear pode ser acionando por um drive de micro passo Neste caso uma resolu o linear t pica seria cerca de 500 passos por mm ou 2 m cron por passo O motor linear mais adequado a aplica es que requerem o deslocamento de uma pequena massa em alta velocidade Num sistema acionado por rosca a in rcia predominante em geral representada pela rosca em si e n o pela carga Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacarei SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo a ser movimentada Portanto a maior parte do torque do motor utilizada para acelerar as engrenagens e este problema se torna mais grave medida em que aumenta a dist ncia de movimenta o requerida Empregando se um motor linear toda a for a desenvolvida pode ser aplicada diretamente carga e o desempenho obtido independe do comprimento do movimento Um sistema de rosca pode atingir maior for a linear e mais robustez por m a velocidade m xima de um motor linear equiva
33. geral um ganho elevado Isto significa que um aumento muito pequeno na velocidade gerar um grande sinal de erro reduzindo a demanda de torque para corrigir a mudan a de velocidade Portanto na pr tica a corrente de sa da do amplificador tende a espelhar a curva caracter stica de torque Fig 3 18 para que a modula o resultante da velocidade seja extremamente pequena Torque Corrente Fig 3 18 Perfil da corrente no servocontrolador por velocidade Servomotor Brushless Senoidal No Servomotor Brushless senoidal n o h a tentativa de modificar a curva caracter stica senoidal b sica do torque Este servomotor pode ser acionado da mesma forma que um motor s ncrono de CA com a aplica o de correntes senoidais as espiras do motor Estas correntes devem ter o deslocamento adequado de fase de 120 no caso do motor trif sico Precisamos agora de um dispositivo com resolu o muito mais alta para controlar a comuta o se quisermos uma rota o suave a baixas velocidades O drive precisa gerar 3 correntes que estejam em rela o correta entre si em qualquer posi o do rotor Portanto ao inv s do simples Controlador de Comuta o gerando v rios pontos de chaveamento precisamos agora de um resolver ou de um encoder ptico de alta resolu o Desta forma poss vel se manter um ngulo de torque de 90 com muita precis o resultando em uma rota o bem suave baixa velocidade e uma ondula o de
34. juntas metal metal recebem gaxetas Todas as veda es do eixo exercem for a de fric o sobre o eixo e ir o se desgastar Contudo a maioria dos motores IP65 tem eixos de a o exceto para motores de passo que sempre t m eixo de a o inoxid vel e ir o sofrer corros o em condi es de umidade Isso acelera considera velmente a taxa de desgaste Portanto quaisquer esfor os para manter umidade leo refrigerante poeira fina vapores corrosivos etc longe do motor valem a pena Tabela de Taxas para 1 e 2 n meros IP 1 Prote o contra O Nenhuma prote o 1 Objetos de mais de 50mm como toque acidental da m o 2 Objetos de mais de 12 mm como dedos 3 Objetos de mais de 2 5mm como ferramentas e fios 4 Objetos de mais de 1mm como pequenos fios e ferramentas 5 Poeira entrada limitada permitida nenhum dep sito prejudicial 6 Prote o total contra poeira 2 Prote o contra 1 gua caindo verticalmente como condensa o 2 Sprays diretos de gua de at 15 da vertical 3 Sprays diretos de gua de at 60 da vertical 4 Spray de gua de todas as dire es ingresso limitado permitido 5 Jatos de gua de baixa press o de todas as dire es ingresso limitado permitido 6 Fortes jatos de gua ingresso limitado como em decks de navios 7 Imers o entre 15cm e 1m 8 Longos per odos de imers o sob press o Considera es T rmicas O torque cont nuo ou torque est tico
35. motor opera de forma cont nua na velocidade especificada at parar ou at que um novo comando de velocidade seja dado Os dados de dist ncia definidos pelo comando D s o ignorados Dentro do modo normal MN h duas outras op es MODO PR DEFINIDO INCREMENTAL MPI cada movi mento executado como incremento com a dist ncia de terminada pelo comando D Em outras palavras a dist n cia percorrida relativa posi o atual MODO PR DEFINIDO ABSOLUTO MPA nesse modo o dado D ou dist ncia interpretado como posi o absoluta relativa posi o zero Portanto cada movimento ser relativo a uma posi o absoluta definida independentemen te da posi o atual O controlador calcula a dist ncia neces s ria e a dire o do movimento para chegar nova posi o poss vel alternar livremente entre o modo absoluto e o in cremental pois o controlador sempre armazena sua posi o absoluta atual Comandos B sicos Adicionais Controle de Dire o No modo incremental normal o usu rio determina a dire o de rota o do eixo pelo sinal de valor de dist ncia Assim D4000 ir determinar um movimento de 4000 passos no sentido hor rio e D 6000 determinar 6000 passos no senti do anti hor rio A dire o presumida o sentido hor rio a menos que um sinal de menos seja inclu do embora seja poss vel incluir um sinal de mais para o sentido hor rio se assim se desejar Pode se tamb m contro
36. para uso em para das de emerg ncia t m abrangente prote o contra falha devido redund ncia um relay duplicado que ir operar se o relay prim rio falhar e monitoramento cruzado contatos adicionais que evitam a ressetagem se um relay falhar Eles tamb m incorporam diretrizes positivas que garantem que contatos normalmente abertos n o possam fechar antes que contatos normalmente fechados tenham se aberto Para atender s exig ncias de Categoria 1 uma opera o em dois est gios necess ria na qual uma parada contro lada seguida pelo corte da corrente alternada O primeiro est gio da parada controlada pode depender de software e do uso de l gica eletr nica O segundo est gio pode garantir o corte de corrente alternada atrav s de componentes eletromec nicos A parada din mica tamb m pode ser introduzida nesse ponto para auxiliar a r pida parada no caso de falha do controlador Os Reles de parada de emerg ncia projetados para Categoria 1 incorporam contatos de atraso por desenergi za o que s o inerentemente prova de falhas ver Fig 10 1 Os timers de atraso convencionais n o podem ser usados pois n o t m a redund ncia prova de falhas necess ria delayed final isolation E stop E stop relay Servo drive controller instant stop signal Fig 10 1 Circuito de parada de emerg ncia de dois est gios ADVERT NCIA deve se garantir que a taxa de desacelera
37. piloto fornecido para que o motor possa ser colo cado concentricamente carga Isso particularmente importante quando o motor acoplado a um redutor planet rio ou mesa X Y O guia deve encaixar se num assento amor tecido na placa de suporte isso que coloca o motor num lugar n o os pinos de apoio O guia piloto usinado com uma toler ncia pequena normalmente 0 05mm Quando especificar o assento amortecido especifique a menor toler ncia do assento como igual maior toler ncia do guia Em outras palavras o guia maior deve encaixar no menor assento Isso garante a melhor localiza o e o encaixe em qualquer circunst ncia A profundidade do assento deve ser sempre maior que a espessura do guia piloto para que o guia possa ir at o fundo do assento Se for preciso montar o motor numa placa plana e a concen tricidade n o for importante o melhor usar um espa ador usinado que acomode o guia Como nesse caso n o ser usado o guia para assentar o motor a toler ncia no assento usinado no espa ador n o cr tica Aclopando Motor e Carga Por que usar um acoplamento caro quando poss vel usar uma simples camisa de a o N o h raz o contanto que se possa garantir que o eixo do motor e o eixo da carga estejam perfeitamente alinhados e que sua luva de a o se ajuste perfeitamente Na pr tica raramente atingimos a perfei o ent o o engate deve ter conformidade suficiente ou flexibilidade para ac
38. projeto n o somente a precis o de posicionamento ser amea ada como tamb m ser criado o risco de dano mec nico aos componentes do encoder Erro de Quadratura se dois canais de quadratura est o defasados de mais ou menos 90 precisa detec o de borda ser mais dif cil em altas velocidades Isto acontece porque bordas alternadas est o muito pr ximas reduzindo assim o tempo dispon vel para separa o do circuito deco dificador O efeito introduzir uma limita o na taxa slew Erro de Quantifica o como o disco do encoder tem um n mero finito de linhas o conhecimento da posi o do sistema ser preciso somente at um quarto da altura da linha presumindo decodifica o x4 dos sinais da quadratura Excentricidade causada por folga do mancal disparo do eixo ou montagem incorreta pode causar v rios erros inclu sive modula o da frequ ncia c clica e vibra o jitter intercanais Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Dispositivos de Feedback Realimenta o Considera es Ambientais Como ru do el trico outros fatores ambientais devem ser considerados antes da instala o de um encoder tico E recomend vel consultar as especifica es do fabricante quanto temperatura e umidade Em ambientes onde h poeira vapor de leo ou outras subst ncias potencialmente
39. rcia do volante A nica forma de aumentar a taxa de acelera o aumentar a press o aplicada Se n o houver fric o ou vazamento no sistema a acelera o permanece indefinidamente enquanto a press o continuar sendo aplicada Na pr tica a velocidade final ser determinada pela press o aplicada e pela fric o e vazamento pelas h lices da turbina Press o Equivalente a Tens o Aplicada Energia Cin tica do Volante Equivalente a Energia Armazenada V lvula de no Campo Magn tico Fluxo de gua Equivalente a Corrente Pee Pee site ui Alta Press o acarreta em Acelera o mais do Volante Tens o Press o L F 3 Press o Reversa quando Fi o Fluxo Interrompido Corrente Fluxo Fig 4 3 Analogia com a indut ncia da gua Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Aplicar tens o aos terminais de um indutor produz efeito similar Com indut ncia pura nenhuma resist ncia a corrente aumentar de forma linear enquanto a tens o continuar sendo aplicada A taxa de aumento da corrente depende da indut ncia e da tens o aplicada portanto uma tens o mais alta deve ser aplicada para fazer com que a corrente cres a mais rapidamente Num indutor real que possui uma certa resist ncia a corrente final determinada pela res
40. 0 G N N Aqui cada um dos cinco movimentos de 1000 passos ser seguido pelo loop de 10 movimentos de 200 passos Acrescentando Temporizadores E comum querer incluir um temporizador entre os movimen tos por exemplo para permitir que uma opera o externa seja finalizada Isso poss vel com o comando T temporiza dor seguido pelo tempo em segundos Exemplos T2 resulta num temporizador de 2 segundos T0 05 resulta num temporizador de 50mS L20 D500 G T0 5 N No ltimo exemplo o comando T acrescenta um tempo de espera de meio segundo entre cada movimento do loop Usando Gatilhos O comando gatilho TR permite especificar um padr o nos sinais de entrada do controlador que passar o para ou desencadear o o pr ximo comando O sinal poderia vir por exemplo de um bot o ou comutador As op es nos sinais de entrada s o 1 alto sinal de entrada 0 baixo sinal de entrada X indiferente sinal de entrada pode ser alto ou baixo Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Programa o de C digo X O padr o de sinal de entrada especificado na ordem num rica dos sinais de entrada Por exemplo TRO1X conti nuar para o pr ximo comando quando o sinal de entrada 1 for baixo e o sinal de entrada 2 for alto Ignorar o que estiver acontecendo no sinal de entrada 3 Na verdade pode se ignorar qualquer rota X valores
41. 5 Servo amplificador linear Essa caracter stica a principal limita o do uso de ampli ficadores lineares pois sempre haver energia dissipada na sa da do amplificador Para dissipar essa energia grandes transistores e reservat rios de calor ser o necess rios tornando esse tipo de amplificador inadequado para uso em sistemas de alta energia Contudo o amplificador linear oferece a vantagem de baixo n vel de ru do el trico Amplificadores de Comuta o s o o tipo mais usado para todas as aplica es exceto as de consumo muito baixo de energia e o m todo mais frequentemente usado para controle de sa da a modula o de largura de pulso PWM A dissipa o de energia grandemente reduzida pois os transistores de sa da est o em estado ligado ou desligado No estado desligado nenhuma corrente reduzida e nenhuma energia dissipada No estado ligado a tens o nos transistores muito baixa 1 2 volts e a quantidade de energia dissipada pequena Esses amplificadores s o adequados para uma variedade de aplica es com todos os n veis de energia A opera o de um amplificador de comuta o ou corte muito similar a do est gio chopper do drive de motor de passo j descrita Somente um conjunto de comutadores necess rio para conduzir um motor de corrente cont nua tornando o motor mais simples e menos caro Contudo a fun o de um drive de corrente cont nua fornecer u
42. Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica C lculos de Sistema Lidando com Torque de Atrito Diferentemente do torque de acelera o o torque de fric o raramente f cil de ser calculado Ele pode ser extrema mente vari vel dependendo de fatores como lubrifica o e o grau de pr carga do mancal Tabelas de posicionamento normalmente t m um torque sem carga ou de libera o especificado que um til ponto de partida Com sistemas maiores ou montagens customizadas bom medir o torque de fric o deixando uma margem para varia es durante a opera o e entre um sistema e outro Use uma chaveta de torque se poss vel ou enrole uma rosca em torno de uma polia ou eixo usando uma mola para medir a for a necess ria para faz lo girar O torque de fric o ent o T WDx4 9 Tem Nm W o contrapeso em Kg D o di metro da polia em metros Para um fuso acme pode se calcular o torque necess rio para superar uma for a linear agindo no suporte m vel pode ser fric o ou outro tipo de carga de impulso lt E LL Wo a p Fig 7 4 Fuso acme com atrito Torque devido for a linear F T Fp 6284e T em Nm F em Newtons p a dist ncia linear por volta em mm e a efici ncia do parafuso ex 0 8 Para um sistema de correia ou corrente a f rmula equiva lente ai Fig 7 5 Sistema de correia com atrito Torque devido for a linear F T
43. Escova Brushless O Drive Trapezoidal A Fig 4 19 mostra um ayout simplificado para um drive trapezoidal de tr s fases O gerador de energia baseado na conhecida ponte em H mas usa tr s segmentos da ponte ao inv s de dois Os enrolamentos do motor s o conectados entre os tr s segmentos da ponte como mostrado sem cone x o ao ponto central da jun o dos enrolamentos Ajustando os dois transistores apropriados na ponte pode se criar um Velocity Amp Velocity Torque Input D Amp AA Velocity Feedback fluxo de corrente em qualquer dire o por quaisquer dois enrolamentos do motor A qualquer tempo o caminho da corrente depende da posi o do rotor e da dire o de rota o e os transistores da ponte s o selecionados atrav s de l gica extra da do encoder de comuta o Em sistemas trapezoidais o encoder de comuta o normalmente usa dispositivos de efeito Hall Um PWM utilizando sistema chopper de recircula o controla a corrente da mesma forma que o motor com escova de corrente cont nua descrito anteriormente A informa o da realimenta o de corrente exigida fornecida pelos resistores conectados em s rie com dois dos contatos do motor Os sinais de tens o obtidos desses resistores devem ser decodificados e combinados para fornecer uma refer ncia de corrente e o circuito que faz isso usa o encoder de comuta o para determinar como interpretar a informa o Para amenizar o probl
44. FD 2 T em Nm F em Newtons D em metros Se a carga move se verticalmente a for a linear F devida gravidade F 9 8W F em Newtons W em Kg O Efeito de Um Sistema de Redu o Introduzir um sistema de redu o por engrenagem ou correia dentada entre o motor e a carga pode ser uma t cnica til porque a in rcia da carga refletida reduzida pelo quadrado da raz o do fator de redu o Isso pode ajudar a igualar a carga inercial in rcia do motor e no caso de sistemas de fuso pode s vezes ser usada para melhorar o desempenho din mico ou reduzir a necessidade de torque ver exemplo mais tarde Para um sistema de redu o com raz o N e efici ncia e Torque de sa da torque de entrada x Ne In rcia no eixo de entrada in rcia da carga N C lculo do Torque de Acelera o Quando a in rcia total do sistema tiver sido determinada o torque de acelera o necess rio o produto da in rcia e da taxa de acelera o T J x rot Seg x 2x T em Nm J em Kg m O torque necess rio para superar a fric o ou outras cargas est ticas deve ser adicionado para que se obtenha o torque total necess rio Calculando a Pot ncia do Eixo Quando um motor adequado tiver sido selecionado vale a pena calcular o pico de pot ncia exigido pela carga e compar lo com o pico de pot ncia dispon vel no motor Isso confirmar que o dimensionamento realista e pode ajudar a evitar uma solu o ineficiente em que o m
45. Fig 2 7 Passo completo duas fases ligadas Energizando se alternadamente uma e depois duas espiras Fig 2 8 o rotor se movimenta por apenas 15 em cada est gio e o n mero de passos por revolu o ser dobrado Isto denominado meio passo half stepping e a maioria das aplica es industriais emprega este modo de passo Embora haja s vezes uma pequena perda de torque este modo resulta em uma suavidade muito melhor a baixas velocidades e menos overshoot e oscila o ringing ao final de cada passo Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo Fig 2 8 Meio passo Padr es de Corrente nas Espiras do Motor Quando o motor acionado em seu modo de passo completo energizando se duas espiras ou fases por vez veja a Fig 2 9 o torque dispon vel em cada passo ser o mesmo estando sujeito a varia es muito pequenas nas caracter sticas do motor e do drive No modo de meio passo estamos alternadamente energizando duas fases e ent o apenas uma como mostrado na Fig 2 10 Supondo que o drive forne a a mesma corrente para as espiras nos dois casos isto far com que seja produzido um torque maior quando houverem duas espiras energizadas Em outras palavras os passos ser o alternadamente fortes e fracos Isto n o significa uma limita o importante no desem
46. IX A MN INI tos da Ap Alinhado B Alinhado Fig 2 18 Os quatro estados prim rios do Forcer O fluxo magn tico que passa entre o Forcer e a base resulta em uma grande for a de atra o A for a de atra o pode ser at 10 vezes superior for a de reten o de pico do motor requerendo um conjunto de mancais que mantenha uma dist ncia precisa entre as faces dos p los e os dentes da base S o empregados mancais de rolamentos de ar para manter as dist ncias requeridas Ao se estabelecer a corrente em uma das espiras o campo magn tico resultante tende a refor ar o fluxo do magneto permanente em um p lo e a cancel lo no outro Revertendo se a corrente o refor o e o cancelamento s o intercambiados Removendo se a corrente provoca uma divis o do fluxo eletromagn tico em partes iguais entre as faces dos p los Aplicando se de forma seletiva a corrente s fases A e B poss vel se concentrar o fluxo em qualquer uma das quatro faces dos p los do Forcer A face que estiver recebendo a maior concentra o de fluxo tentar alinhar seus dentes com a base A Fig 2 18 mostra os quatro estados prim rios ou posi es de passo completo do Forcer Os quatro passos resultam no movimento de uma largura de dente para a direita Revertendo se a sequ ncia faz com que o Forcer movimente se para a esquerda Caracter siticas do Motor de Passo Poder amos discutir diversas ca
47. Limite em Aplica es de Seguran a Critica nene nana nana nana na 54 2 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Automation Apostila 1600 231 01 BR Informa es Complementares Tecnologia Eletromec nica Vis o Geral da Tecnologia Vis o Geral da Tecnologia O controle de movimento em seu sentido mais amplo pode se relacionar a qualquer coisa de um rob de solda ao sis tema hidr ulico de um guindaste m vel No campo do Con trole Eletr nico de Movimento nos ocupamos principalmente com sistemas que se enquadram em uma gama de pot n cia limitada tipicamente at cerca de 10KW e que reque rem precis o em um ou mais aspectos Isto pode envolver o controle preciso da dist ncia ou da velocidade muitas vezes dos dois e s vezes de outros par metros tais como torque ou taxa de acelera o No caso dos dois exemplos acima o rob de solda requer o controle preciso tanto da velocidade quanto da dist ncia o sistema de guindaste hi dr ulico emprega o drive como sistema de feedback por tanto sua precis o varia com a habilidade do operador Neste contexto este n o seria considerado um sistema de contro le de movimento Nosso sistema padr o de controle eletr nico de movimento consiste de tr s elementos b sicos Comandos de Sinais de Alto N vel Comando preas al Computador Indexador i ouPLC Controlador Dive Motor h Passo H brido Servo CC Servomotor Brushless Pass
48. Mas como os sinais s o gerados num n vel baixo 5 volts e podem ser gerados por fontes de alta imped ncia revestir os cabos pode n o eliminar complemente o problema A maneira mais eficaz de evitar problemas causados por ru do usar um encoder com sa das complementares Fig 5 6 e conect lo ao sistema de controle atrav s de um cabo protegido e de par torcido Os dois sinais s o processados por um receiver diferencial que rejeita os sinais de ru do comuns deixando o sinal necess rio sem ru do VI LII A Channel A Noise Spike y Fig 5 6 Sinais de sa da complementares A Encoder Control system TL A E E UE Mm A mi y U Line shielded twisted differential drivers pair cable line receiver Fig 5 7Redu o de ru do num sistema complementar Fatores que Afetam a Precis o do Encoder Taxa Slew velocidade Um encoder rotativo incremental ter frequ ncia m xima na qual possa operar tipicamente 100KHz e a velocidade m xima de rota o ou taxa slew ser determinada por essa frequ ncia Al m disso o sinal de sa da ir se tornar n o confi vel e a precis o ser afetada Por exemplo um encoder de 1000 linhas gera 1KHz a 1 ro ta o por segundo Se a frequ ncia de opera o m xima for 100 KHz a velocidade ser limitada a 100 rota es se gundo 6000 rpm Se a rota o de um encoder tiver velocidades mais altas que a m xima especificada em
49. Parker Automation 22 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores 360 Na maioria dos motores de passo h bridos os dentes do estator tem o mesmo espa amento que os dentes do rotor resultando em incrementos iguais de 7 2 Esse ltimo arranjo tende a oferecer uma produ o de torque superior mas menos satisfat ria que um motor de micropasso pois os p los magn ticos s o mais fixos n o h transfer ncia progressiva de alinhamento dos dentes de um p lo para o pr ximo Na verdade com esse tipo de motor pode ser mais dif cil encontrar uma forma de corrente que d bom posicionamento est tico combinado a uma rota o leve e de baixa velocidade Uma alternativa para obter um estator com espa amento de 7 5 tornar os dentes do rotor mais obl quos Isso produz um efeito similar e tem a vantagem de usar l minas de 7 2 Aumentar a obliquidade um recurso tamb m usado em motores escova de corrente cont nua para melhorar a suavidade Devido a essa depend ncia do tipo de motor para obten o de bom desempenho comum que sistemas de micropasso de alta resolu o sejam fornecidos num pacote motor drive A Curva de Velocidade Torque do Motor de Passo Vimos que a indut ncia do motor o fator que impede r pidas mudan as de corrente e portanto torna mais dif cil c
50. R L ver Fig 4 4 Com uma tens o aplicada de 10 vezes tens o do motor a corrente atingir seu valor final em um d cimo do tempo Em termos de constante de tempo el trica a redu o de L R para L 10R portanto ganha se aumento de velocidade Por m n s estaremos pagando um pre o por esta performance extra Sob condi es est veis a energia dissipada nos resistores em s rie 9 vezes maior que no motor produzindo uma quantidade significativa de calor Al m disso a energia extra deve vir toda da fonte de corrente cont nua criando a necessidade de que esta seja muito maior Os motores R L s o assim adequados somente para aplica es de baixo consumo de energia Em contrapartida oferecem vantagens como simplicidade robustez e baixa interfer ncia Pr Ms R 2V Fig 4 4 Princ pio do motor R L O Drive Bipolar A maior desvantagem do drive unipolar sua incapacidade de utilizar todas as bobinas do motor Sempre haver fluxo de corrente em somente metade de cada enrolamento Se pudermos utilizar ambas as partes ao mesmo tempo poderemos obter aumento de 40 em amp por volta para mesma dissipa o de energia no motor Para atingir alto desempenho combinado alta efici ncia precisamos de um drive bipolar que possa direcionar corren te em ambas as dire es em cada bobina do motor e de um m todo melhor de controle de corrente Vamos analisar primeiramente como podemos montar um drive bipolar
51. S232 Esse estilo de opera o particularmente til quando o controle geral da m quina feito via PLC Observe que somente comandos buffered podem ser usados e armazenados em seq ncia e por defini o comandos imediatos ser o executados assim que forem recebidos e n o ser o armazenados no buffer de comando Todos os comandos em seq ncia come am com X XDn inicia a defini o de uma sequ ncia Por exemplo XD1 marca o in cio da sequ ncia 1 XT encerra a sequ ncia Veja um exemplo de sequ ncia nica XD1 A2 V10 D2000 G H G XT XRn opera a seq ncia assim XR1 opera seq ncia 1 Pode se usar o comando XR para operar uma seq ncia de dentro de outra sequ ncia como uma subrotina por exemplo XD2 A2 V10 D2000 G XR1 XT Nesse caso a sequ ncia 2 incorpora a sequ ncia 1 Com certos tipos de controladores XR age como um GoTo ao inv s de um GoSub caso no qual n o voltar sequ ncia prim ria Veja no Guia do Usu rio quando embutir XR s numa sequ ncia Para mudar a sequ ncia a antiga deve primeiro ser deletada Essa uma fun o de seguran a que minimiza a possibilidade de re escrever uma sequ ncia por engano XEn deleta uma sequ ncia por exemplo XE2 deleta a sequ ncia 2 Para verificar o que est programado numa sequ ncia pode se voltar ao terminal aXUn carrega uma sequ ncia um comando espec fico de equipamento e deve sempre incluir endere o Por exemplo 1XU3 retorna
52. SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Perguntas e Respostas Frequentes Sobre Motores de passo Por que os motores de passo esquentam Por duas raz es 1 A corrente flui atrav s do motor de passo mesmo ele estando parado 2 Os projetos de drives com onda de pulso PWM tendem a fazer o motor esquentar mais A cons tru o do motor como o material de lamina o e rotores com calhas tamb m afetar o o seu aquecimento Qual a temperatura segura de opera o A maioria dos motores possui um isolamento categoria B clas sificado a 130 Uma temperatura de 90 na carca a do motor n o dever causar problemas t rmicos No entanto os motores n o devem ser montados numa posi o onde o operador possa entrar em contato f sico com a carca a do motor O que pode ser feito para se reduzir o aquecimento do motor Muitos drives possuem uma redu o autom tica de corrente quando parados acionada atrav s de um comando ou jumper Isto reduz a corrente quando o motor estiver parado sem perda de posi o Qual o significado da especifica o de precis o absoluta Isto se refere aos erros n o cumulativos encontrados na usina gem do motor Como poss vel que a especifica o de repetibilida de seja melhor do que a precis o A repetibilidade indica a precis o com que uma posi o ante rior pode ser restabelecida H muito poucos erros no sistema que provoquem a varia o de uma posi o
53. Se estiver usando um servo motor digital com sinais de entrada direcionais e de passo cortar os pulsos de passo tamb m provocar a r pida desacelera o mas veja a advert ncia no final deste cap tulo A situa o diferente para um motor de passo de loop aberto Ser necess rio diminuir a frequ ncia de pulso de passo para zero para utilizar o torque dispon vel Simples mente cortar os pulsos de passo em velocidades acima da taxa de in cio parada ir dessincronizar o motor e o torque de desacelera o n o estar mais dispon vel Muitos contro ladores de passo e servo controladores podem gerar r pida desacelera o independentemente da taxa normal progra mada a ser usada somente para superar o limite de dist ncia percorrida e em fun es de parada de emerg ncia Essa desacelera o deve ser definida como a mais alta que o sistema pode manipular com seguran a Usando a Parada Din mica Os servo motores convencionais se comportar o como geradores quando operados mecanicamente Aplicando uma carga resistiva ao motor um efeito de parada produzido e dependente da velocidade A desacelera o portanto tende a ser r pida em altas velocidades mas cai quando o motor se desacelera Escolhendo cuidadosamente um resistor de carga em rela o velocidade operacional m xima o mo tor pode produzir torque de frenagem substancial numa ampla rea da faixa de velocidade Um contator de mudan a pode comutar as cone
54. Sistema t 0 27 x Velocidade m xima em rpm x in rcia do sistema torque de frenagem m ximo Para o MB 145 30 28 K 1 77 e o torque m ximo da equa o acima 19 Nm isso significa que o torque de de sacelera o tem excesso de 15 Nm entre 3000 rpm e 750 rpm O c lculo mostra que o motor deve parar em aproxima damente 1 15s Geralmente os resistores de pot ncia tem uma taxa de sobrecarga de cinco vezes a pot ncia normal num per odo de 5 segundos Como o tempo que o motor leva para parar de menos de 2 segundos e a energia a ser dissipada em 5 segundos 622 5 125 watts um resistor de 50 watts ser adequado CONTACTOR MOTOR Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Programa o de C digo X Uma Introdu o Programa o de C digo X O c digo X uma linguagem de comando criado pela Parker especificamente para controle de movimento E usado tanto em controladores avulsos como em produtos com controla dores combinados O C digo X direto e simples de ser aprendido a maioria dos comandos usa a letra inicial ou letras do nome de sua fun o por exemplo A para acelera o e V para velocidade Embora muitos produtos com C digo X ofere am mais de 150 comandos a maioria das aplica es somente usa uma parte deles A maioria dos usu rios portanto come a aprendendo somente os com
55. Tel 12 3954 5100 Fax 12 3954 5262 valeparaibaQparker com Parker Hannifin Ind Com Ltda Av Lucas Nogueira Garcez 2181 Esperan a Caixa Postal 148 12325 900 Jacare SP Tel 12 3954 5100 Fax 12 3954 5262 automat brazilO parker com Automation Parker Hannifin Filiais Porto Alegre RS Av Frederico Ritter 1100 Distrito Industrial 94930 000 Cachoeirinha RS Tel 51 470 9144 Fax 51 470 6909 portoalegreQparker com Recife PE Rua Santa Edwirges 135 Bairro do Prado 50830 000 Recife PE Tel 81 3227 3376 Fax 81 3227 6064 recife Qparker com Rio de Janeiro RJ Av das Am ricas 500 Bl 20 SI 233 Downtown Barra da Tijuca 22640 100 Rio de Janeiro RJ Tel 21 2491 6868 Fax 21 3153 7572 riodejaneiroQparker com S o Paulo SP Rodovia Anhanguera km 25 3 Perus 05276 977 S o Paulo SP Tel 11 3917 1222 Ramal 263 Fax 11 3917 1690 saopauloQparker com falecomQparker com 0800 11 7001 www parker com br Distribuidor Autorizado Ap 1600 231 01 BR 10 03 1000
56. a es Tecnologia Eletromec nica Programa o de C digo X Comandos ESPEC FICOS DE EQUIPAMENTO s o execu tados por um controlador ou equipamento somente conforme especificado pelo endere o Os comandos dessa categoria devem incluir um endere o e s o principalmente comandos que exigem informa o de volta como se o mo tor est pronto para um novo comando ou se est ocupado portanto essencial que somente o eixo correto responda Os comandos definidos no manual como espec ficos de equipamento n o ser o acionados sem um endere o Um exemplo o R de reportar status ele teria que ser enviado como 1R para o eixo 1 Comandos UNIVERSAIS s o executados por todos os equipamentos em cadeia Nesse caso n o h endere o inclu do e o comando pode ser aceito por todos os eixos Um exemplo seria o V10 que determinaria a velocidade de todos os eixos como 10 rot seg A maioria dos comandos universais pode ser convertida para espec fica de equipa mento com a inclus o do endere o por exemplo 3V10 defini ria a velocidade no eixo 3 somente para 10 rot seg Modos de Opera o Todos os controladores de C digo X podem operar em um ou dois modos b sicos pr definido normal ou cont nuo MODO NORMAL MN a dist ncia do movimento pr determinada usando o comando D dist ncia Esse modo usado em todas as opera es de posicionamento ponto a ponto normais MODO CONT NUO MC nesse modo o
57. a dos Isso pode ser til em situa es de dif cil acesso Da mesma forma os eixos podem ser desacoplados simples mente soltando uma das pe as O disco central existe em diferentes materiais para oferecer as propriedades deseja das Por exemplo o acetato d longa vida til e boa rigidez tors o o nylon d boa absor o vibra o e opera o silenciosa Como o disco desliza de forma cont nua ele gra dualmente se desgasta e provoca folga e deve ser substi tu do Os acoplamentos Oldham n o podem ser usados em eixos sem suporte S o um dos tipos mais baratos de acoplamento mas s s o adequados para velocidades de at 3000 rpm Seguem alguns n meros t picos que mostram o quanto cada um dos acoplamentos pode acomodar desalinhamento Outros tipos de acoplamento que s o s vezes usados em aplica es de baixo consumo de energia s o os acoplamen tos sanfona e os de feixe helicoidal Acoplamentos sanfona Membrana Oldham Desalinhamento Angular M ximo T 11 do do Acoplamento Desalinhamento Radial M ximo Movimento Axial M ximo 0 3 mm s o particularmente bons na acomoda o de movimento axial e oferecem rigidez torcional extremamente alta O acoplamento de feixe helicoidal tem a vantagem de ser de baixo custo mas tem rigidez torsional relativamente baixa e gera altas cargas no mancal quando h desalinhamento Ambos os tipos de acoplamento s o mais propensos a falhas a menos que bem
58. a s o a Conectar a malha somente ao painel onde a unidade esti ver montada para aterramento aterramento de prote o O uso deste m todo reduzir a rea de loop e oferecer maior prote o b Conectar a malha ao aterramento em ambas as extremi dades do cabo normalmente quando a frequ ncia da fonte de ru do maior que 1 MHz c Conectar a malha unidade e deixar a outra extremidade da malha desconectada e isolada do aterramento Separa o Nunca passe os cabos de Sinal ou Controle no mesmo conduit que linhas de corrente alternada condutores que alimentam motores solen ides etc Os cabos devem ser passados em conduits de metal que sejam adequadamente aterrados Os cabos de Sinale Controle dentro de uma cabina tamb m devem passar o mais longe poss vel de contatores Reles de controle transformadores e outros componentes geradores de ru do Instala o P Clip A fun o do clip P oferecer contato met lico de 360 graus e um meio conveniente de garantir aterramento adequado Instalar o mais perto poss vel da extremidade do cabo con tanto que um aterramento contraplano ou pino terra estejam acess veis O uso de um clip P de lat o ou outro metal con dutor inerte recomend vel Supress o de Surtos Instale componentes de supress o de surtos como filtros de resistores capacitores ou diodos de fixa o em todas as bobinas el tricas como contatores Opto isolamento O isolamento de sinais r
59. a dist ncia linear percorrida encoder linear Arota o angular total ou dist ncia percorrida determinada pela contagem dos pulsos de sa da do encoder Um encoder absoluto tem v rios canais de sa da de forma que cada posi o do eixo possa ser descrita por seu c digo nico Quanto mais alta a resolu o mais canais de sa da s o necess rios Um encoder absoluto portanto mede a posi o enquanto que um encoder incremental mede a dist ncia percorrida Ra Tees Collimated Grating Mask Detector Light Source Fig 5 3 Princ pio do encoder tico Princ pios B sicos dos Encoderes Incrementais Como o custo um fator importante na maioria das aplica es industriais e o retorno a um ponto inicial depois de uma falta de energia n o problema o encoder incremen tal rotativo o preferido pelos projetistas de sistemas Seu elemento principal um disco montado no eixo que trans porta um defrator que roda entre uma fonte de luz e um detetor com m scara A fonte de luz normalmente um diodo emissor de luz e o detetor pode ser um fototransistor um fotodiodo ou um conjunto de fotodiodos Um encoder de dois canais al m de dar a posi o do eixo de decodifica o tamb m pode fornecer informa es sobre a dire o da rota o atrav s do exame dos sinais para iden tificar o canal principal Isso poss vel pois os canais s o dispostos em quadratura fase de 90 comutada Fig 5 4 Para a mai
60. a sequ ncia 3 para o controlador do equipamento n mero 1 Para Mais Informa es Esta somente uma breve introdu o ao C digo X mas ilustra a natureza simples da linguagem e a facilidade com que o controle de movimento pode ser programado Guias de Usu rio dos produtos oferecem informa es abrangentes sobre todos os comandos dispon veis e maneiras de us los Se estiver considerando o uso de um produto com C digo X voc pode solicitar uma c pia do Guia de Usu rio Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Programa o de C digo X Linguagem de Programa o Alternativa Linguagem 6000 A linguagem 6000 da Parker foi desenvolvida a partir do C digo X para possibilitar uma programa o conveniente de controladores multi eixos Enquanto o C digo X ideal para sistemas avulsos de 1 eixo e pode dirigir se a m ltiplas unidades via uma cadeia daisy a linguagem 6000 simplifica o processo de programa o com controladores de dois ou mais eixos A linguagem 6000 geralmente usa mnem nica mais longa que o C digo X o que permite a ela ser mais descritiva Al m disso a 6000 oferece fun es mais avan a das que as dispon veis no C digo X muitas das quais est o relacionadas a sistemas de controle multi eixos Esses incluem contorno fun es cam controle de joystick opera es de ensino e cap
61. ado por uma fase se torna T Isend K send K sen De forma similar o torque produzido pela outra fase T K cos O torque total T T K sen cos mas sen cos 1 para qualquer valor de portanto T T IK Portanto para correntes de fase senoidais com amplitude constante o torque resultante tamb m constante e independente da posi o do eixo Para que esta condi o continue verdadeira as correntes de acionamento devem seguir precisamente uma rela o seno cosseno E isto pode ocorrer apenas com uma resolu o suficientemente alta do encoder ou resolver utilizado para comuta o Motores de Acionamento Direto Direct Drive Em algumas situa es um motor servocontrolado conven cional pode n o ter o torque ou a resolu o adequados para satisfazer s necessidades da aplica o Um sistema de redu o mec nica ent o empregado para aumentar o torque e ou a resolu o Os sistemas de acionamento direto acoplam a carga diretamente ao motor sem uso de correias ou engrenagens O motor Dynaserv oferece um torque muito elevado diretamente e soluciona muitas das quest es referentes a desempenho levantadas pela caixa de redu o Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores A Fig 3 19 mostra a constru o do motor de acionamento direto Dynaserv
62. ais de ter os iguais para um movimento de D rota es no tempo de t segundos Triangular Trapezoidal Varia o trap tri Velocidade M xima 2D t 5D t Taxa de Acelera o 4D t 4 5D H2 Pico de Pot ncia Jx8D t Jx6 75D2 t Exemplo de Aplica o V777777777777 100Kg te 10mm VL Motor Jm 5Kg cm 5mm in 120mS Fig 7 8 Exemplo de sistema com fuso acme Uma mesa que pesa 100Kg movimentada por um fuso acme de a o de 40mm de di metro e um metro de com primento com passo do fuso de 10mm A carga precisa mover se 5mm em 120mS O motor tem in rcia do rotor de 5 Kg cm e a fric o desprez vel Usando um perfil de movimento de ter os iguais quanto torque ser necess rio In rcia refletida da mesa J 100x 102 4x 107 250 x 10 Kg m In rcia do parafuso cilindro de a o J 761 x 0 04 x 1 1900 x 10 Kg m In rcia do motor 5 Kg cm lembre se 1 Kg m 10 Kg cm J 500x 10 Kg m In rcia total J 2650 x 10 Kg m Taxa de acelera o dist ncia 0 5 rot A 4 5x0 5 0 122 156 rot Seg Torque de acelera o T 2650x 10 x 156x2x 2 6 Nm Como o torque seria afetado se a efici ncia do fuso for somente 70 A efici ncia reduzida somente afetar o torque necess rio para acelerar a massa da mesa pois o fuso propriamente dito diretamente conectado Contudo a efici ncia reduzida do fuso normalme
63. andos b sicos de movimento juntamente com coman dos adicionais espec ficos sua aplica o em particular Uma Instala o T pica Al m da alimenta o CA e cabos do motor a nica conex o adicional exigida para uma instala o b sica de drive indexador ou drive controlador um cabo RS232 de tr s condutores do drive para um PC Indexer drive Fig 8 1 Conex o RS232 de eixo nico O PC pode ser configurado como um simples terminal com o uso do X Ware um software fornecido juntamente com o C digo X que tamb m incorpora armazenagem de programa um editor de programa Os comandos do C digo X s o simplesmente digitados no teclado do PC e transmitidos ao controlador como caracteres ASCII Algumas observa es sobre a configura o e a solu o de problemas para comunica es RS232 podem ser encontradas no final deste cap tulo Sistemas Multi eixos O C digo X pode ser usado onde houver dois ou mais controladores conectados ao PC A conex o RS232 feita com o uso de uma cadeia daisy para que o sinal seja passado de um controlador para o pr ximo e finalmente volte ao PC Nesse arranjo cada controlador tem um endere o diferente para distingui lo dos outros O endere o simples mente um n mero normalmente come ando com 1 que setado nas dip switchs jumper links ou via softwares Dessa forma os comandos que incorporam um endere o espec fico s ser o aceitos p
64. ante e pe a assist ncia Verificando a Comunica o Correia Quando tiver confirmado que os caracteres est o ecoando tente enviar um comando que produza uma resposta Exemplos t picos s o 1R para C digo X e TAS para a s rie 6000 Se n o houver resposta verifique se o endere o correto est sendo usado tente 2R 3R etc Observe que em certos produtos o endere o pode ser selecionado por software Tamb m bom checar se a comunica o n o foi desligada no equipamento envie o comando E para relig la Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento Princ pios de Instala o EMC EMC ou compatibilidade eletromagn tica j foi definida de v rias formas EMC significa que uma parte de um equipa mento nem gera excessivo ru do el trico tampouco indevidamente sens vel a ru do externo A inten o b sica da diretriz europ ia para EMC garantir que itens de equipamentos el tricos e eletr nicos operem no mesmo ambiente sem interferir um com o outro Tamb m ajuda a restringir o aumento na interfer ncia gerada pelo aumento no uso de controles eletr nicos As exig ncias de instala o para compatibilidade com EMC variam com o produto Equipamentos marcados com CE e certificados quanto conformidade com EMC podem ser instalados em qualquer local contanto que as instru es d
65. ar as poss veis raz es de parada para garantir que sejam adequadamente cobertas M todos de Parada do Motor H v rias formas de fazer um motor parar rapidamente A escolha depende da import ncia de parar no tempo mais curto poss vel ou de parar em qualquer circunst ncia Por exemplo parar o mais rapidamente poss vel normalmente significa usar o poder de desacelera o do servo sistema Mas se o servo motor falhou ou o controle foi perdido essa n o uma op o Nesse caso interromper a energia garantir a parada do motor mas se a carga tiver alta in rcia o tempo para parada pode ser inaceitavelmente longo Se a carga estiver se movendo verticalmente e puder reverter o motor h ainda mais complica es Em casos extremos onde a seguran a pessoal estiver em risco pode ser neces s rio travar mecanicamente o sistema mesmo que haja risco de dano para a m quina Os padr es europeus descrevem duas categorias de parada de emerg ncia A Categoria O envolve parar atrav s da interrup o imediata da energia usando somente componentes eletromec nicos com cabos Essa deve ser a op o quando somente a interrup o de energia pode garantir uma parada r pida e segura A Categoria 1 refere se a uma parada controlada com a energia mantida para que o motor pare rapidamente seguido pela remo o da energia at que a parada seja alcan ada Nas aplica es de Categoria O a situa o bem simples o circuito de parada de e
66. at 5 no tempo de movimento e fazendo com que tudo funcione no limite Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica C lculos de Sistema C lculo de Torque RMS Quando um servo motor usado em aplica es intermiten tes poss vel operar o motor em excesso em parte do ciclo operacional contanto que ele tenha tempo para esfriar depois Uma taxa de intermit ncia t pica de at quatro vezes o torque cont nuo e normalmente limitada somente pela corrente dispon vel no drive Contanto que o calor total produzido durante um ciclo de opera o n o seja maior que o produzido quando o motor opera de forma cont nua em seu torque especificado seguro concluir que o motor n o se superaquecer A principal fonte de calor a perda resistiva nos enrolamen tos do motor que proporcional ao quadrado da corrente lembre se que W RI2 Como a corrente e o torque s o diretamente relacionados Constante de Torque o calor gerado tamb m proporcional ao quadrado do torque Por exemplo com o dobro do torque haver quatro vezes mais calor produzido Portanto n o podemos calcular uma simples m dia aritm tica do torque para calcular o calor total produzido durante o ciclo Precisamos usar uma m dia da raiz quadrada RMS root mean square A f rmula seria assim TATA T t rt trt Velocity
67. bin rios mas arranja do de forma que somente uma parte mude de estado de cada vez Isso evita ambig idades durante os per odos de transi o quando v rias partes mudam de estado simulta neamente High Resolution Main Disk Bearing gt gt Additional Turns Seals Stages Fig 5 13 Encoderes absolutos multivoltas Conectar discos absolutos adicionais ao disco de alta resolu o prim rio possibilita a contagem de voltas de forma que uma informa o de posi o nica fica dispon vel em v rias rota es Por exemplo um encoder com resolu o prim ria de 1024 contagens pode ser equipado para contar at 512 voltas com o acr scimo de tr s discos de baixa resolu o Isso possibilita a resolu o de 524 288 posi es Os tr s discos de baixa resolu o t m 3 rotas de informa o e cada uma conectada pr xima a uma raz o de 8 1 O encoder tem ent o 19 canais de sa da e exigir 83 ou 512 voltas completas do eixo para cobrir todas as posi es poss veis Teoricamente discos adicionais podem continuar a ser incorporados na pr tica a maioria dos encoderes p ra em 512 voltas ou abaixo disso Os encoderes que usam essa t cnica s o chamados de encoderes absolutos multivoltas A mesma t cnica pode ser incorporada a um encoder linear de cremalheira e pinh o resultando longas extens e
68. c lculos de torque RMS tiverem sido feitos Quando o transformador estiver fornecendo picos de energia maiores que a taxa cont nua para per odos curtos como 2 segundos ou menos uma boa medida da taxa VA necess ria ser maior que o seguinte 1 Pico de carga x V dura o do pico de carga tempo total do ciclo 2 70 do pico de carga Por exemplo um pico de carga de 1000 VA para um total de 400mS a cada 1 2 segundos exigiria uma taxa do transforma dor de 1000 x a raiz quadrada de 0 4 1 2 577VA 70 do pico de carga Uma queda na tens o do barramento de corrente cont nua causada pela regulagem do transformador afetar o desempenho em alta velocidade A maior queda Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica C lculos de Sistema ocorrer quando o sistema estiver fornecendo o m ximo de energia que coincide com a quina da curva de pico de torque Isso tem o efeito de arredondar a curva de torque velocidade de forma que fica imposs vel operar no ponto de quina A maioria dos transformadores tem uma taxa de tens o secund ria que especificada na corrente com carga total Isso pode resultar numa tens o sem carga inaceitavel mente alta num transformador com regulagem deficiente Em transformadores da Parker a tens o secund ria espe cificada como valor de circuito aberto garantindo que a ten s o de bar
69. ca nos dados do motor e ela normalmente varia de 30 minutos para um motor pequeno a 90 minutos para um grande Um ciclo operacional de at 3 minutos portanto aceit vel na maioria dos casos Na pr tica ele um ciclo bastante longo e isso n o um problema na maioria das aplica es Dimensionando Transformadores para Sistemas de Posicionamento Motores de passo e servo motores alimentados por um transformador s o normalmente especificados com um transformador padr o que ser adequado para todas as aplica es pr ticas Na verdade isso significa que o transfor mador sobre especificado na maioria dos casos Embora as quantidades envolvidas sejam pequenas melhor ter uma solu o garantida que fazer grandes esfor os de engenharia otimizando o projeto do transformador para eco nomizar uma quantidade relativamente pequena de dinheiro Quando quantidades maiores est o envolvidas ou quando espa o um fator a considerar um projeto otimizado pode ser justific vel Mas a maioria dos sistemas de posicionamen to envolvendo movimentos ponto a ponto podem ser dif ceis de dimensionar porque a energia muda significativamente durante o ciclo operacional As exig ncias b sicas para o transformador s o 1 Fornecer a energia m dia a longo prazo sem superaqueci mento 2 Fornecer o pico de demanda no curto prazo sem queda excessiva de tens o A demanda de energia m dia de longo prazo pode ser estimada quando os
70. cida ao mercado oferece solu es para uma ampla variedade de aplica es no campo do controle do movimento Al m de drives motores e controladores h diversos sistemas mec nicos de posicionamento e produtos de apoio Esta gama completa de hardware complementada por software sofisticado de interface e de opera o que visa simplificar o processo de an lise de sistemas sele o da motoriza o gera o de programas e setup do sistema Todos os produtos s o fornecidos e t m o suporte de Centros de Tecnologia de Automa o que oferecem aconselhamento t cnico especializado auxiliando desde o conceito inicial at a coloca o em opera o e apoio p s vendas Este manual pretende servir de acompanhamento aos cat logos de produto da Eletromec nica da Parker e cobre de forma b sica a tecnologia e as aplica es dos produtos e cont m tamb m informa es de refer ncia para aplica es e engenharia 1 Parker Hannifin Ind Com Ltda Automation Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Tecnologia Eletromec nica Indice Indice Vis o Geralda Tecnologia i si qual co ea e oa a mt a c a e ta i a a i 2 a a a a i aa 3 Parte Principios B sicos M tores de RaSSO srie cea ial ani ia Da e co a ata a to i e aa 8 ADE da alla i ii ea i a celso fada o a eat i 5 Motores CC com EscoVans ssetar apa z eta a ca Cada 0 al e a ia atata 08 a O a an a o Da d a 13 Motores sem ESCOVA lt lt nau ae a a ai pu i e 200 Aa
71. com sistema de posicionamento digital a saida da informa o das duas fases ser normalmente convertida de anal gica para digital atrav s de um conversor resolver para digital Fig 5 16 As resolu es de at 65 536 conta gens por rota o s o t picas Al m da informa o de posi o a informa o de velocidade e dire o tamb m pode ser obtida Sine Multiplier Integrator Phase Comparator Cosine Multiplier Voltage a Controlled lt ounie Oscillator Integrator Digital Output DC Signal Shaft Angle Velocity Fig 5 16 Conversor resolver para digital Como um encoder absoluto de volta nica o resolver de ve locidade nica normal um dispositivo de informa o de posi o absoluta numa rota o H tamb m Resolveres com mais ciclos el tricos por rota o por exemplo um resolver de duas velocidades tem dois ciclos por rota o A tens o de excita o E1 pode ser combinada ao enrola mento de rota o por an is deslizantes e escovas mas mais freq entemente um arranjo sem escovas usado no qual a tens o de excita o indutivamente combinado ao enrola mento do rotor Fig 5 17 Stator Phase 1 II Stator Rotor Phase 2 Fig 5 17 Resolver brushless Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01
72. correia preciso saber a for a perif rica na polia do motor Fp quando o motor est produzindo o m ximo de torque Pode se calcular essa for a dividindo o torque m ximo em Nm pelo raio da polia do motor em metros lembre se de dividir pelo raio n o pelo di metro Uma tens o de correia entre 30 e 50 de Fp normalmen te usada para correias curtas ou resistentes n o el sticas e altas tens es 50 65 de Fp s o usadas para correias longas ou el sticas Deve se usar a tens o mais baixa que garanta que a correia nunca fique completamente frouxa Se isso acontecer os dentes da correia podem come ar a encavalar com os dentes da polia e isso acelera o desgaste Aforma mais simples de tensionar uma correia presumindo que o eixo possa ser movido livremente usar uma mola para aplicar for a igual a duas vezes tens o de correia exigida naquele eixo O 2Fp Fig 9 11 Tensionando uma correia Outro m todo medir a for a necess ria para produzir uma deflex o conhecida no centro da extens o da correia Diretrizes gerais n o podem ser dadas aqui porque a deflex o depende de um fator de alongamento determinado pelo material e constru o da correia e esse fator pode variar em 10 1 ou mais Contudo o fabricante da correia normalmente fornece uma f rmula para essa deflex o Quando instalar um sistema de correia sempre monte a polia o mais perto poss vel do motor para evitar momento de curvatura excessivo no eix
73. dade da comuta o nas condi es de baixa corrente envolvidas Para combinar alto desempenho e baixo custo os projetos de servo motores de corrente cont nua frequentemente incorporam um tac metro montado sobre o eixo do motor e internos ao gabinete do motor Fig 5 2 Output od Volts Shaft Speed Fig 5 1 Caracter sticas de sa da do tac metro Tachometer Motor Fig 5 2 Motor com tac metro integral Encoderes ticos Em sistemas de servo controle onde a posi o mec nica deve ser controlada alguns tipos de sensores de posi o s o necess rios H v rios tipos em uso magn ticos de contato resistivos e ticos Contudo para um controle de posi o preciso o mais frequentemente usado o encoder tico Esse encoder tem duas formas absoluto e incremental Os encoderes ticos operam atrav s de um defrator que se move entre uma fonte de luz e um detetor Quando a luz passa pelas reas transparentes do defrator o detetor produz um sinal visual Para maior resolu o a fonte de luz coli mada e uma m scara colocada entre o defrator e o detetor O defrator e a m scara produzem um efeito de fechamento de forma que somente quando suas se es transparentes est o alinhadas a luz pode passar pelo detetor Fig 5 3 Um encoder incremental gera um pulso para um dado in cremento de rota o do eixo encoder rotativo ou um pulso para uma dad
74. de ainda ser usado com limite de resist ncia como mostra a Fig 4 7 J Fig 4 7 Motor bipolar R L O Drive com Est gio de Recircula o Chopper O m todo de controle de corrente usado na maioria dos motores de passo a recircula o ou chopper de tr s estados Fig 4 8 Esse m todo baseado na ponte de quatro transistores com diodos de recircula o e um resis tor O resistor tem baixo valor tipicamente 0 1 ohm e fornece tens o de resposta proporcional corrente no motor A corrente introduzida no enrolamento acionando um comutador superior e um inferior e isso aplica a tens o to tal em todo o motor A corrente aumentar de forma quase linear e podemos monitorar essa corrente observando o re Injection Motor current sistor Quando a tens o necess ria tiver sido atingida o comutador superior desligado e a energia armazenada na bobina mant m a corrente circulando via comutador inferior e diodo As perdas no sistema fazem com que essa decaia lentamente e quando um limite mais baixo pr determinado atingido o comutador superior religado e o ciclo se repete A corrente portanto mantida no valor m dio correto comutando ou cortando chopping o fornecimento para o motor M todos alternativos s o empregados para determinar os pontos de comuta o A freq ncia de comuta o pode ser determinada juntamente com um limite superior nico situa o em qu
75. de danos ao mancal que levam a falhas prematuras Se uma bucha taper lock for usada esses problemas n o aparecem porque a bucha desliza no eixo com facilidade e n o h folga pois a bucha fixa se firmemente ao eixo Lembre se que uma chaveta de 5mm num eixo de 15mm transmitindo torque de 10Nm est sujeita for a de ruptura de 30 MegaNewtons m Uma chaveta mal colocada ir chacoalhar quando o motor mudar de dire o e sob esse tipo de for a n o seria in dito a chaveta se desgastar e se transformar num perfeito cilindro que se reduz em di metro at o sistema falhar Toler ncias do Eixo H uma teoria popular de que o acoplamento deve ser bem justo no eixo e ser instalado cuidadosamente com o martelo mais longo que houver verdade que se o acoplamento estiver muito solto um leve movimento entre o eixo e o acoplamento faria com que ambos se desgastassem e falhassem Mas os mancais s o relativamente fr geis e a for a usada para instalar o acoplamento n o deve exceder a for a axial m xima como mostra a Fig 9 10 Normalmente a toler ncia mais alta do eixo ser igual toler ncia mais baixa do di metro do acoplamento e deve haver sempre um pequeno espa o entre os dois Se voc tiver um eixo na toler ncia m xima e um acoplamen to na m nima ser muito dif cil fazer o deslize A solu o mais simples colocar um anel de papel o ou pl stico fino no eixo para evitar que poeira entre no mancal e faz
76. des baixas o torque depende da corrente do drive e em altas velocidades depende da tens o de alimenta o do drive Fica claro que o desempenho em altas velocidades n o afetado pela corrente do drive Reduzir a corrente simplesmente achata a curva de torque sem restringir a capacidade de funcionamento em altas velocida des Quando o desempenho limitado pelo torque de alta velocidade dispon vel h muito a dizer quanto ao funciona mento com corrente mais baixa que d margem de torque adequada Em geral a dissipa o no motor e drive reduzida e o desempenho em baixa velocidade em particular ser mais suave e produzir menos ru do aud vel Com um drive bipo lar h alternativas para conex es com o motor como mostra a Fig 4 13 Um motor de 8 contatos pode ser conectado s duas metades de cada enrolamento em s rie ou em paralelo Com um motor de 6 contatos uma metade do enrolamento ou as duas metades podem ser conectadas em s rie Os esquemas de conex o alternativos produzem diferentes caracter sticas de torque velocidade e tamb m afetam a corrente do motor 1A 1B 2A 2B 1A 1B 2A 2B Series Parallel Fig 4 13 Conex es em s rie e em paralelo Series Torque Parallel Speed Fig 4 14 Curvas de velocidade torque em s rie e paralelo Comparado ao uso de somente uma metade do enrolamento a conex o de ambas as metades em s rie resulta no fluxo da corrente no drive atra
77. do primeiro equivalente a uma largura de dente no rotor ou a 1 50 de revolu o Barker Automation 10 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo Embora esta caracter stica de torque est tico n o tenha muita utilidade por si s ela ajuda a explicar alguns dos efeitos que observamos Por exemplo ela indica a robustez est tica do sistema em outras palavras como a posi o do eixo muda quando aplicada uma carga de torque a um motor estacion rio Claramente o eixo dever se curvar at que o torque gerado se equipare carga aplicada portanto se a carga varia assim tamb m o far a posi o est tica Portanto erros de posi o n o cumulativos resultar o de efeitos como fric o ou cargas de torque em desequil brio importante lembrar que a robustez est tica n o aumenta com o emprego de um drive de micro passo uma dada carga sobre o eixo produzir a mesma defle o angular Portanto embora o micro passo aumente a resolu o e a suavidade do movimento ele n o necessariamente aumen tar a precis o de posicionamento Sob condi es din micas com o motor funcionando o rotor dever estar atrasado em rela o ao campo do estator caso esteja produzindo torque De forma similar haver uma situa o de adiantamento quando o torque se reverter durante a desacelera o Ob serve que
78. e a amplitude de onda da corrente e n o a taxa de comuta o ir variar com a carga Quando um controle de corrente mais apurado for necess rio como no caso de um motor de micropasso a modula o de largura de pulso usada Esse m todo de controle de corrente muito eficiente porque muito pouca energia dissipada nos transistores de comuta o quando n o est o em estado de comuta o transiente A energia obtida da fonte est intimamente relacionada pot ncia mec nica gerada pelo eixo diferentemente do motor R L que extrai o m ximo de energia da fonte quando parado Uma variante desse circuito o circuito chopper de dois estados Nesse drive a tens o fornecida aplicada ao enrolamento do motor em dire es alternadas fazendo com que a corrente suba e des a em taxas aproximada mente iguais Essa t cnica tende a exigir menos componen tes e consequentemente tem custo mais baixo Contudo a onda de corrente associada no motor normalmente maior e aumenta o calor no motor TR3 Or me O TR4 Vs o Recirculation Fig 4 8 Drive chopper com recircula o 21 Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Regenera o e Descarga de Energia Como outras m quinas rotativas com magnetos permanen tes o motor de passo agir
79. e acionamento direto possui uma ondula o muito pequena de velocidade e torque o que contribui para sua excelente controlabilidade numa faixa de velocidade supe rior a 1000 1 Opera o Limpa O projeto brushless e sem engrenagens resulta em uma opera o livre de manuten o Com a prepara o adequada o Dynaserv pode operar em ambientes categoria 10 Ondula o de Torque DM1015A Ondula o da Velocidade DM1150A Condi es Carga 30 x In rcia do Rotor 15 Rota o hor ria Modo de Velocidade Ondula o 0 2 04 06 08 1 0 1 2 pe 90 180 270 360 Revolug o rps ngulo de Rota o graus Fig 3 22 Ondula o de velocidade torque do Dynaserv Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Drives para Motores de Passo O drive para motor de passo fornece energia el trica ao motor em resposta a sinais de baixa tens o do sistema de controle O motor um dispositivo de cria o de torque e esse torque gerado pela intera o de campos magn ticos A for a respons vel pelo campo estator a for a magneto motriz MMF que proporcional corrente e ao n mero de espiras no enrolamento Refere se a isso frequentemente como produto de amp por vo
80. e fluxo alternadas Controlador Pode ser Compartilhado Em sistemas multi eixos quando somente um motor precisa operar num dado momento Isso til na determina o de tipos de aplica o como m quinas de impress o Os servo motores precisam de um controlador de posi o em tempo integral at mesmo para manter o eixo estacion rio Est vel Quando Parado Com a corrente cont nua fluindo nos enrolamentos o rotor permanece completamente estacion rio N o h tend ncia de vibra o jitter ao redor do encoder ou posi o do re solver Isso til em aplica es como esta es microsc pi cas Pode ser parado indefinidamente sem danos N o h aumento na corrente do motor como resultado de uma parada brusca e portanto n o h risco para o motor e o risco de danos mec nicos m nimo Alto Torque Cont nuo em Rela o ao Tamanho Comparado a um servo motor de mesmo tamanho um mo tor de passo pode produzir mais torque cont nuo em baixas velocidades Somente 4 Contatos s o Necess rios Isso minimiza o custo instalado o que particularmente importante em aplica es em que as conex es s o caras como em c maras de v cuo Desvantagem do Motor de Passo Ru do Resson ncia e Baixa Suavidade em Baixas Velocidades S o cr ticas geralmente dirigidas a motores de passo completo Esses problemas podem ser quase totalmente resolvidos com o uso de um motor de resolu o mais alta Perda de Posi o
81. e instala o sejam seguidas Outros equipamentos para uso por fabricantes de sistemas qualificados exigem medidas adicionais para garantir a conformidade com EMC e os princ pios gerais s o descritos abaixo Prote o Externa Para controlar as emiss es todos os equipamentos de controle e motor devem ser instalados numa cabina de metal que forne a isolamento adequado Filtragem Instalar um filtro de fonte de corrente alternada no cabo de energia da unidade para eliminar qualquer interfer ncia Monte o filtro a 50mm do motor ou transformador e passe o cabo e qualquer fio terra perto do painel Tente arranjar o layout do motor e do filtro para que o cabo de corrente alter nada seja mantido longe dos condutores de sa da do filtro Supress o Dispositivos de supress o de interfer ncia eletromagn tica externa como absorvedores de ferrite devem ser instalados nos cabos de Sinal e Controle o mais perto poss vel da unidade Pares Tran ados No caso de motores que t m sinais de entrada diferenciais prefer vel usar um cabo com pares tran ados para minimi zar a combina o magn tica Isso aplica se a sinais anal gi cos e digitais Malha Use cabos com malha de alta qualidade para todos os sinais de entrada de Sinal e Controle A conex o da malha deve ser a mais curta poss vel O ponto de conex o para a malha depende da aplica o Alguns dos m todos recomendados de conex o da malha por ordem de efici nci
82. e neste caso o TRO1 funcio naria bem tamb m Alguns controladores oferecem a op o de vers es alternativas do comando gatilho como TRE dispara o gatilho quando os sinais de entrada s o iguais aos padr es especificados equivalentes ao TR TRN dispara o gatilho quando os sinais de entrada n o s o iguais ao padr o especificado Usando Sinais de Sa da Program veis O comando O output usado para ligar e desligar sinais de sa da program veis Ele opera de forma similar ao coman do de gatilho de sinal de entrada pois um padr o necess rio especificado para os sinais de sa da As op es s o 1 output ligado O output desligado X deixar inalterado Exemplo 201X1 para endere o de eixo 2 ligar sinais de sa da 1 e 3 mas deixar o output 2 inalterado Mais uma vez a rota X pode ser ignorada Indo para a Posi o de Origem A maioria dos sistemas de posicionamento sem alguma forma de dispositivo de posicionamento absoluto deve usar uma refer ncia mec nica ou posi o de origem quando s o ligados Isso estabelece onde a refer ncia mec nica est e todos os movimentos subsequentes ser o relativos posi o de origem Essa posi o normalmente determinada por um comutador ou sensor de proximidade O comando Ir para Posi o de Origem GH inicia o retorno autom tico essa posi o come ando rapidamente e seguindo se de uma lenta busca pelo ponto de opera o do sensor O n mero que se
83. e ser escolhido de forma a gerar o maior tor que na faixa de velocidade mais ampla poss vel Isso exige conhecimento da velocidade operacional m xima e de certos par metros do motor 100 CENTRE 50 SPEED of maximum torque US 49 20 0 O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Of maximum speed Fig 7 11 Varia o do torque de frenagem din mico com velocidade Na pr tica o valor do resistor de carga normalmente es colhido de forma a gerar torque m ximo com a metade da velocidade operacional m xima Os resultado um torque de frenagem de mais de 80 do m ximo sobre o limite de 75 da faixa de velocidade C lculo do Valor da Resist ncia A resist ncia de carga exigida por fase para produzir torque de frenagem otimizado pode ser calculada com a seguinte f rmula Resist ncia da carga 0 013 x Indut ncia x N de p los do motor x Velocidade m xima em rpm A indut ncia o valor linha a linha medido em Henrys e a resist ncia de carga calculada ser a resist ncia total do circuito em ohms incluindo a resist ncia do motor Exemplo motor MB 145 30 28 operando em velocidade m xima de 3000 rpm Dos dados do motor Indut ncia linha a linha 2 4mH indut ncia de fase 1 2mH Resist ncia linha a linha 0 31 ohm resist ncia de fase 0 155 ohm N de p los 8 O c lculo d uma resist ncia total de carga por fase de 0 75 ohm Isso inclui
84. ec nica Notas Solu es em Movimento e Controle 55 Parker Hannifin Ind Com Ltda J SP Brasil Barker Automation acarei rasi Apostila 1600 231 01 BR Tecnologia Eletromec nica Notas Solu es em Movimento e Controle 56 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Av Lucas Nogueira Garcez 2181 Esperan a Caixa Postal 148 Parker Hannifin 12325 900 Jacare SP Tel 12 3954 5100 Fax 12 3954 5262 www parker com br A Parker Hannifin A Miss o da Parker A Parker Hannifin uma companhia l der mundial na fabrica o de Ser o l der mundial na manufatura de componentes e sistemas componentes destinados ao mercado de Controle do Movimento para fabricantes e usu rios de bens dur veis dedicada a servir seus clientes prestando lhes um impec vel padr o Mais especificamente n s iremos projetar vender e fabricar de atendimento Classificada como a corpora o de n mero 200 pela produtos para o controle do movimento vaz o e press o revista Fortune nossa empresa est presente na Bolsa de Valores de Nova York e pode ser identificada pelo nosso s mbolo PH Nossos N s alcan aremos crescimento lucrativo atrav s da excel ncia componentes e sistemas somam mais de 1 000 linhas de produtos os no servi o ao cliente quais t m a fun o essencial de controlar movimentos em um amplo segmento entre o Industrial e o Aeroespacial em mais de 1 200 mercados
85. elo controlador correspondente PC Fig 8 2 RS 232 Cadeia daisy drive 1 drive 2 drive 3 Todos os produtos com C digo X podem armazenar progra mas de movimento completos numa mem ria n o vol til ou como fun o opcional Uma vez programados portanto poss vel remover a conex o RS232 Um programa armazenado pode ent o ser selecionado e inicializado por sinais externos ou sinais de entrada ou pode ser configurado para rodar automaticamente quando o equipamento ligado O indexador tamb m pode aceitar comandos de C digo X em tempo real via RS232 de um controlador host como um PLC ou PC industrial Comando de Movimentos B sicos Os seguintes comandos ser o comuns a todas s aplica es Eles definem os par metros b sicos associados a um movimento em muitas aplica es de posicionamento a acelera o e a velocidade aplicam se a todos os movimentos e s o definidas somente no in cio do programa O controlador sempre usa o ltimo valor especificado para qualquer pa r metro at que ele seja re escrito V Velocidade rot Seg A Taxa de acelera o rot seg2 D Dist ncia passos de motor usu rio G lr Exemplo V10 velocidade definida para 10 rot seg A150 acelera o definida para 150 rot seg2 D4000 dist ncia definida para 4000 passos do motor G ir iniciar o movimento Formato do Comando Todos os comandos do C digo X consiste
86. em grande parte destru da caso o rotor seja retirado Portanto os motores de passo jamais devem ser desmontados apenas para satisfa o da curiosidade pois neste caso a vida til do motor chegar certamente ao fim Como o eixo do motor passa atrav s do centro do magneto permanente deve ser utilizado um material n o magn tico para se evitar um curto circuito Eixos de motores de passo s o portanto feitos de a o inoxid vel e devem ser manusea dos com cuidado Motores de pequenos di metros s o particularmente vulner veis e caso sofram uma queda sobre a ponta do eixo ter o inevitavelmente o eixo entortado Motores de M ltiplo Magnetos Para produzirmos um motor com uma sa da de torque mais elevada devemos aumentar a for a tanto do magneto permanente quanto do campo produzido pelo estator Pode se obter um magneto mais forte para o rotor aumentando se o seu di metro o que nos propicia uma rea seccional maior No entanto aumentar o di metro provocar uma degrada o no desempenho do motor em termos de acelera o pois h uma diminui o da rela o torque in rcia a grosso modo o torque aumenta com o quadrado do di metro mas a in rcia aumenta quarta pot ncia No entanto podemos aumentar a sa da de torque sem degrada o do desempenho em termos de acelera o adicionando mais se es de magneto ao mesmo eixo Fig 2 16 Uma segunda se o permitir a produ o do dobro de torque e duplicar
87. ema de isolar o sinal de corrente das altas tens es de comuta o geradas pelo gerador de energia sensores de efeito Hall s o frequentemente usados ao inv s de resistores As entradas do drive trapezoidal para servomotores brushless normalmente seguem o mesmo padr o de um motor com escova anal gico usando um amplificador de velocidade de alto ganho que gere o sinal de demanda de torque A informa o de velocidade pode ser obtida de v rias maneiras e desej vel usar um m todo sem contato juntamente com um motor brushless Uma solu o comum usar um encoder tico e converter a frequ ncia de pulso do encoder para uma tens o anal gica O encoder tamb m pode ser usado como dispositivo de feedback para um controlador de posi o Logic PWM amp Circuit Current Sense Selector Commutation Fig 4 19 Servo motor sem escova trapezoidal simplificado Encoder Barker Automation 26 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores D to A PWM Step Converter Control Micro processor D to A PWM Direction Converter Control Resolver to Digital Converter Fig 4 20 Drive senoidal de dois est gios para servomotor O Drive Senoidal Os motores senoidais brushless podem ser bi ou trif sicos e nosso exemplo mostra um bif sico Fig 4 20 Ele usa duas pont
88. emotos com o uso de Reles em es tado s lido ou opto isoladores recomendado Motores Instala o El trica Embora haja princ pios gerais bem aceitos a instala o el trica tende a ser espec fica a um tipo de motor em par ticular Os coment rios que seguem aplicam se principal mente aos servomotores da Parker embora muitos pontos sejam relevantes para outros tipos de motor tamb m Colocando os Cabos nos Conduiis Araz o mais comum para falha de encoder a religa o in correta depois que um cabo tenha sido removido normal mente quando passado por um conduit Antes de desconectar qualquer cabo fa a um desenho preciso das conex es a quaisquer cabos do terminal ou conectores de v rias vias Se um cabo de par tran ado for usado preste aten o a como os cabos s o combinados Como muitos pares t m um cabo preto marcar o cabo no desenho como preto n o identifica o suficiente uma boa id ia colocar uma pequena luva nos pares medida que s o desconectados isso mant m os dois cabos juntos Quando preparar e desconectar um cabo de par tran ado sempre remova o suficiente da malha externa no m nimo 100mm para garantir que os pares corretos est o tran ados juntos Ent o coloque uma pequena luva nos dois antes de cortar na extens o necess ria Quando estiver passando um cabo de um motor ML por um conduit mais f cil desconectar o cabo na extremidade do motor Primeiro remova a cai
89. ens o de 5V As sa das em TTL tamb m est o dispon veis numa configura o de coletor aberto que permite que o projetista dos sistemas escolha entre uma variedade de valores de resistor pull up CMOS Semicondutor Complementar xido Met lico dispon vel para compatibilidade com n veis l gicos mais al tos normalmente usado juntamente com dispositivos CMOS Drive de Linha nesse arranjo duas sa das derivadas de cada canal fornecem um par de sinais em antifase um com o outro Isso permite m xima imunidade interfer ncia Problemas com Ru do O sistema de controle de uma m quina normalmente prote gido com uma caixa met lica Um encoder pode ser protegido de forma similar com uma caixa de metal Contu do a menos que sejam tomadas as precau es cab veis o cabo que conecta os dois pode ser uma fonte de ru do Esse cabo pode ter comprimento significativo e passar perto de dispositivos causadores de ru do Esse ru do pode causar a perda ou ganho de contagens de sinal gerando dados incorretos e perda de posi o Positive Noise Pulse LIM LIV A Negative Noise Pulse Channel A Fig 5 5 Deturpag o do sinal do encoder devido a ruido A Fig 5 5 mostra como a introdu o de dois pulsos de ru do converte uma sequ ncia de quatro pulsos numa de seis pulsos V rias t cnicas est o dispon veis para solu o de problemas causados por ru do A mais bvia usar cabos de conex o protegidos
90. ento de velo cidade constante e desacelera o ocupam cada um um ter o do tempo de movimento Esse perfil exige o pico de pot ncia mais baixo durante o movimento um perfil triangular ou um que tenha um seg mento de velocidade constante mais longo exigir pico de pot ncia do eixo maior para o mesmo tempo de movimento e dist ncia Speed 23 t Time t Y3 Time Fig 7 7 Perfis triangulares e trapezoidais simples calcular esse perfil m ximo em que a dist ncia do movimento fixa como no indexamento repetitivo de uma m quina embaladora por exemplo A exce o o caso em que isso resultaria numa velocidade m xima excessiva caso no qual um segmento de velocidade constante mais longo ser necess rio Contudo em muitas aplica es de posicionamento a dist n cia do movimento vari vel e o perfil s pode ser otimizado para uma dist ncia espec fica n o normal mudar a acelera o e a velocidade quando a dist ncia do movimento varia Movimentos mais curtos que a dist ncia especificada resultam num segmento de velocidade constante mais curto ou perfil triangular movimentos mais longos simplesmente estendem o segmento de velocidade constante Em ambos os casos n o h aumento no pico de pot ncia se os valores de velocidade e acelera o n o forem mudados A seguinte compara o mostra a velocidade m xima relativa taxa de acelera o e pico de pot ncia para perfis triangu lares de trapezoid
91. er o motor funcionar enquanto segura se um peda o de papel carborundo em torno do eixo Teste sempre o tamanho do eixo para garantir que n o se elimine demais Encurtando o Eixo surpreendente a frequ ncia com que os usu rios acham necess rio encurtar o eixo de um motor O problema pode ser evitado se for dada um pouco mais de aten o ao projeto Se o encurtamento for inevit vel essencial que o eixo seja apoiado de forma que o mancal do motor n o seja submetido a choques ou esfor o N o deve haver risco de que detritos ou leo refrigerante entrem no mancal N o permita que o eixo esquente muito se ele chegar a mais de 120 h o risco de desmagnetiza o parcial do motor Apoie o eixo no lado do motor do corte o mais perto poss vel do corte usando um bloco em V ou grampo O motor deve Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento ser ffouxamente apoiado para evitar esfor o do mancal Use um anel de fita adesiva ou composto adesivo mold vel como Blue Tack para evitar que o leo refrigerante ou detritos entrem no mancal Lembre se de qualquer forma de modifi ca o do eixo feita ap s despacho da Parker invalida a garantia do eixo mancal encoder ou resolver clamp here sawcut vee blocks lt Fig 9 7 Um eixo de motor apoiado para corte Carga Radial do Manca
92. es incorporam um compartimento separado para o encoder dentro do pr prio motor Encoder linear Um encoder linear usado quando necess rio fazer uma medi o direta do movimento linear Ele composto de uma escala linear que pode ter de uns poucos mil metros a 1 metro ou mais de comprimento e um cabe ote leitor Ele pode ser absoluto ou incremental e a resolu o expressa em linhas por unidade de compri mento normalmente linhas mm Como o encoder linear mede a dist ncia percorrida do elemento m vel diretamente os efeitos de erros de leadscrew s o eliminados Princ pios B sicos dos Encoderes Absolutos Um encoder absoluto um dispositivo de medi o de posi o que oferece uma informa o de posi o nica para cada localiza o do eixo A localiza o independente de todas as outras ao contr rio do que acontece com encoder incremental em que a posi o determinada pela soma da dist ncia percorrida a partir de uma posi o de refer ncia Fig 5 10 Disco absoluto Fig 5 11 Disco incremental Ao contr rio do encoder incremental com sua rota b sica nica um encoder absoluto tem v rias rotas conc ntricas Cada rota tem uma fonte de luz independente Como a luz passa por uma abertura um estado alto 1 criado Se a luz n o passa pelo disco o resultado um estado baixo 0 A posi o do eixo pode ser identificada atrav s do padr o de 1 se0 s Parker Aut
93. es H para controlar a corrente nos enrolamentos do motor e a se o de pot ncia desse motor lembra um par de drives motores com escova de corrente cont nua Diferente mente do exemplo anterior este drive usa uma se o de controle baseada em processadores digitais que transporta os sinais de entrada na forma de passo e sinais direcionais Precisamos gerar corrente nos dois enrolamentos do motor que t m formatos seno e coseno medida que o eixo roda O motor mostrado na Fig 4 20 usa um resolver e um conver sor resolver digital para detectar a posi o do eixo Ele nos d um n mero que pode ser inclu do numa tabela de refer n cia para determinar os valores de corrente instant neos para aquela posi o do eixo em particular preciso lembrar que a tabela de refer ncia somente indicar as correntes relativas nos dois enrolamentos o valor absoluto depender da demanda de torque na ocasi o O processador deve ent o multiplicar os valores seno e coseno pela demanda de torque para obter o valor final de corrente em cada fase Os n meros resultantes s o alimentados em conversores D A que produzem uma tens o anal gica proporcional corrente exigida A fun o de multiplica o s vezes executada diretamente pelos conversores D A O sinal de sa da ent o informado a dois amplificadores de corte PWM A informa o de comuta o para um drive senoidal pode tamb m ser obtida de um encoder tico incremental ou abs
94. gue se ao comando representa a velocidade de in cio r pido Exemplo GH5 voltar para posi o de origem a 5 rot seg um sinal de dire o pode ser inclu do O padr o do in cio parecer com a Fig 8 3 Durante a fase final do in cio r pido o contador de posi o absoluta res setado para zero quando a borda sinal detectada Depen dendo do tipo de controlador o sistema n o necessariamen te p ra na posi o de origem pode ser necess rio tempo para a desacelera o Contudo a posi o foi capturada quando a borda do sinal foi ultrapassada e um posicionamento preciso foi estabelecido Fast return n Final slow m approach Home Switch Fig 8 3 T pico padr o de movimenta o em dire o posi o de origem H v rias op es dispon veis em conjunto com a rotina de posi o de origem que varia de acordo com o tipo de contro lador Eles possibilitam a escolha da velocidade de chegada ao ponto final e podem selecionar qual borda do sinal de origem considerada como posi o de parada Programando Seq ncias de Movimenta o Completa Uma seq ncia uma s rie de comandos que ser o execu tados na ordem programada A seq ncia pode ser iniciada por um comando nico tornando mais f cil programar opera es repetidas As seq ncias podem ser armazena das em mem ria n o vol til selecionadas e inicializadas por sinais de entrada gatilho sem a necessidade de uma conex o R
95. ica C lculos de Sistema C lculos de Torque e In rcia O primeiro passo para dimensionar um sistema de posiciona mento calcular as necessidades de torque e velocidade da carga A velocidade normalmente determinada pela taxa de produ o exigida embora valha a pena ler as notas neste cap tulo sobre a rela o entre pot ncia do eixo e o tempo de movimento mesmo pequenas concess es nos tempos de movimento podem ter efeito significativo na po t ncia necess ria do motor Estabelecer as necessidades de torque normalmente exige alguns c lculos dependendo da natureza da carga e do movimento necess rio A Parker tem um programa de dimensionamento para essa finalidade que simplifica bastante o processo e faz a recomenda o do melhor pacote de motor para uma dada aplica o Contudo iremos analisar os princ pios b sicos do c lculo manual j que ele pode ser aplicado em qualquer situa o Componentes do Torque de Carga Num t pico sistema de posicionamento o motor deve desem penhar duas tarefas distintas acelerar e desacelerar os componentes mec nicos e superar a fric o no sistema Ambas as tarefas exigem torque do motor mas cada uma depende de propriedades mec nicas totalmente diferentes Calculando o Momento Inercial O torque de acelera o desacelera o depende somente de dois par metros o momento inercial do sistema todo incluindo o motor e a taxa de acelera o exigida Ao passo que a fric
96. imentados com corrente alternada do transformador fornecem uma tens o de refer ncia igual ao valor de pico da corrente alternada de entrada Sob condi es normais esse valor ser igual tens o do motor Pode ocorrer durante a regenera o um excesso de tens o no drive que superar essa refer ncia e isso ir ligar o transistor de descarga que conecta o resistor de 33 ohms fonte de energia Quando a tens o tiver ca do o suficiente o transistor desligado novamente Embora a corrente instant nea passando pelo resistor de descarga possa ser relativamente alta a energia m dia dissipada normalmente pequena pois o per odo de descarga muito curto Em aplica es em que a energia regenerada for alta talvez devido desacelera o frequente e r pida de uma carga de alta in rcia um resistor suplementar de descarga resistor de frenagem de alta pot ncia pode ser necess rio Drives de Micropasso Como j foi dito a subdivis o do passo b sico do motor poss vel fornecendo se corrente aos dois enrolamentos do motor Isso produz uma s rie de posi es de passo intermedi rias entre os pontos de uma fase ligada claramente desej vel que essas posi es intermedi rias sejam igualmente espa adas e produzam torque aproxima damente igual quando o motor estiver em funcionamento Um micropasso preciso aumenta a exig ncia de precis o no controle da corrente no motor particularmente com baixos n veis de corre
97. ist ncia e pela tens o aplicada Uma vez que a turbina tenha atingido a velocidade par la n o tarefa simples A energia cin tica armazenada no volante tem de ser dissipada e quando a torneira fechada o volante aciona a turbina como uma bomba e tenta manter a gua fluindo Isso cria alta press o em toda a tubula o de entrada e sa da na dire o inversa O estoque de energia equivalente no indutor o campo magn tico medida que esse campo se desintegra ele tenta manter o fluxo de corrente gerando alta tens o reversa Incluindo se uma v lvula de uma via nas conex es da turbina a gua pode continuar circulando quando a torneira fechada A energia armazenada no volante ent o til para manter o fluxo Usamos a mesma id ia no circuito chopper do drive no qual um diodo permite que a corrente recircule depois de ter se acumulado Voltando a nosso simples motor unipolar se observarmos como a corrente se comporta Fig 4 4 podemos ver que ela segue um modelo exponencial com valor final determinado pela tens o e a resist ncia do enrolamento Para fazer com que ela se acumule mais rapidamente podemos aumentar a tens o aplicada mas isso aumentaria tamb m o n vel de corrente final Uma maneira simples de solucionar esse problema acrescentar resistores em s rie com o motor para manter a corrente fi nal no mesmo n vel de antes Motor R L Esse o princ pio usado no drive limitado por resist ncia
98. l N o incomum que um motor seja devolvido com o eixo rompido na frente ou atr s do mancal frontal Os motores tamb m s o devolvidos com mancais que falharam depois de apenas alguns meses Em quase todos os casos de falha do eixo e na maioria das falhas de mancal a causa a mesma carga radial muito alta agindo muito perto do final do eixo A causa mais frequente disso uma correia super tensionada normalmente numa polia que fica acima da extremidade do eixo porque a placa de suporte do motor muito espessa radial load Motor H axial load Fig 9 8 Carga radial e axial Altas cargas radiais aplicadas ao eixo do motor afetar o tanto a vida til do mancal quanto a probabilidade de falha do eixo Vida til do Mancal Se houver uma grande for a radial na calha interna do mancal isso pode esmagar as esferas entre as duas calhas Isso resulta em arranh es das calhas levando a um funcionamento desequilibrado e desgaste excessivo A Fig 9 9 um gr fico da vida til do mancal comparada carga radial num servo motor t pico presumindo que a carga aja at a metade da extens o do eixo Os tempos de vida til s o dados para velocidades de opera o constantes espec ficas e pode se usar as curvas como guias para estimar a vida til em velocidades interme di rias Se o motor estiver acelerando ou desacelerando numa propor o significativa do tempo estime a velocidade m dia em todo o ciclo operacional e
99. lar a dire o usando os comandos H Um comando H permite definir ou mudar a dire o sem re especificar a dist ncia e tamb m pode ser usado no modo cont nuo quando os valores de D s o ignorados H define a dire o no sentido hor rio H define a dire o no sentido anti hor rio H sem sinal reverte a dire o qualquer que ela seja Exemplo D25000 G H G O motor opera em 25000 passos no sentido hor rio e ent o 25000 passos no sentido anti hor rio Criando Loops Quando um grupo de comandos tiver que ser repetido um determinado n mero de matrizes ou mesmo repetido conti nuamente pode se fazer isso simplesmente encerrando os comandos num loop O comando de loop L marca o in cio do loop seguido pelo n mero de vezes que voc quer repeti lo como L6 por exemplo O final do loop marcado pelo co mando final N Exemplo L20 D500 G N O motor far 20 movimentos de 500 passos cada Se n o houver n mero inclu do depois de comando L o loop ir se repetir continuamente Ele pode ser interrompido ou com o comando S Parar que aborta qualquer movi mento em andamento ou com o Y que interrompe o ciclo no final do loop em andamento Com a maioria dos controladores poss vel colocar os loops juntos ou seja poss vel ter um ou mais loops dentro de outro loop maior Mas importante que o n mero de comandos N seja igual ao de comandos L mesmo se estiverem todos juntos Exemplo L5 D1000 G L10 D20
100. lente poder ser at dez vezes superior Por exemplo uma velocidade m xima t pica para um motor linear 2 5 m seg Para que isto possa ser atingido com uma rosca de 10 mm seria necess ria uma velocidade rotativa de 15 000 rpm Al m disso o motor linear pode movimentar se a uma dist ncia de at 2 4 metros empregando uma base padr o Como Funciona o Motor Linear O Forcer consiste de dois eletromagnetos A e B e de um magneto permanente forte As faces dos dois p los de cada eletromagneto s o dentadas sendo que os quatro conjuntos de dentes s o espa ados em quadratura resultando que apenas um conjunto pode ser alinhado aos dentes da base por vez XP Fase B Fase A na N S D WS S Y i 1 Nes VE 1 1 I Hh UTU 1 1 AIA FOR Linhas de Fluxo Dire o do FEM A Alinhade Devido ao Eletromagneto XX LI xXx ENSS Ui AIA 1 LH Ne go ATA Ms gt N op Bo Alinhado T i RE N S N l
101. lta Assim essencialmente o drive deve funcionar como uma fonte de corrente A tens o aplicada s significativa como meio de controlar a corrente Os sinais de entrada para o drive do motor de passo consistem em trens de pulso e um sinal direcional sendo necess rio um pulso para cada passo que o motor for dar Isso v lido independentemente se o drive passo meio passo portanto o drive pode exigir entre 200 e 100 000 pulsos para produzir uma rota o do eixo At recentemente o modo de passo mais frequentemente usado em aplica es industriais era o modo de meio passo no qual o motor dava 400 passos por rota o A introdu o de motores de mini passo baratos aumentou essa resolu o para entre 4 000 e 5 000 passos por rota o Com a velocidade do eixo em 3 000 rpm o meio passo corresponde a uma frequ ncia de pulso de passo de 20kHz Essa velocidade a 25 000 passos por rota o exige frequ ncia de passo de 1 25MHz e controladores de movimento para motores de micropasso devem poder operar em frequ ncias de passo muito mais altas Elementos de um Drive de Motor de Passo Passo E Es Tradutor Chaveamento E Dire o Fase 1 Motor OA Fase 2 Passo Dire o Fig 4 1 Elementos de um drive de motor de passo Os componentes l gicos do drive de motor de passo s o frequentemente chamados de tradutor Sua fun o con verter os sinais direcionais
102. m de caracteres mai sculos distribu dos como segue endere o do equipamento comando valor num rico delimitador O endere o do equipamento nem sempre necess rio ver abaixo O delimitador marca o final do comando e pode ser um espa o barra de espa o ou retorno do cursor Exemplo 2V10 lt espa o gt Tipos de Comando Os comandos podem ser agrupados em tipos diferentes dependendo se v o entrar em uma fila de execu o ou executados imediatamente e tamb m aplicam se a somente um controlador ou a todos os controladores do sistema Comandos IMEDIATOS s o executados assim que s o recebidos independentemente do que estiver acontecendo no momento Um exemplo o comando S para parar Poucos comandos entram nessa categoria Comandos BUFFERED entram num buffer tipo primeiro que entra primeiro que sai FIFO e s o executados na ordem em que s o recebidos Cada comando ser completa do antes que o pr ximo seja inicializado Isso significa que uma fila de comandos pode ser baixada do PC host sem que seja preciso esperar que cada um termine H um limite para o n mero de comandos que podem ser armazenados normalmente cerca de 2000 caracteres Exemplos de comandos buffered s o V para Velocidade e G para Ir A maioria dos comandos pode ser armazenada na mem ria para execu o em sequ ncia Barker Automation 42 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplic
103. m geral grande e portanto pode ser ignora do da mesma forma que a indut ncia L que em geral pequena Se aplicarmos uma tens o V ao motor e uma corrente fluir ent o V IR V mas Vo K portanto V IR nK 1 Esta a equa o el trica b sica do motor Se K a constante de torque do motor em Nm por amp ent o o torque gerado pelo motor ser dado por T IK 2 H um torque oposto devido fric o e ao amortecimento interno por m em geral pequeno e pode ser ignorado para os fins deste c lculo inicial As equa es 1 e 2 s o tudo o que precisamos para chegar corrente e a tens o de acionamento necess rias para atender aos requisitos dados de torque e velocidade Os valores de K K e R podem ser encontrados nos dados do fabricante do motor Barker Automation 14 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores Motores sem Escova Brushless Antes de abordarmos em detalhes o assunto de motores sem escova vamos esclarecer um ponto de terminologia O termo sem escova brushless agora aceito como refe rente a uma variedade espec fica de motor servocontrolado Claramente um motor de passo um aparelho sem escova da mesma forma que um motor CA de indu o No entanto o chamado motor sem escova foi projetado para ter um desempenho semelhante ao m
104. ma corrente vari vel para o motor para o controle de torque Essa fun o pode ser atingida com o uso de t cnicas anal gicas ou digitais Drives para Servomotores Anal gicos e Digitais Ao contr rio dos drives para motores de passo os amplifica dores dos servomotores com escova e brushless s o ou anal gicos ou digitais O motor anal gico est no mercado h muitos anos e o digital uma inova o relativamente recente Ambos os tipos t m seus m ritos Descri o Geral Drive Anal gico No drive anal gico tradicional a velocidade desejada representada por uma tens o de entrada anal gica normalmente na faixa de 10 volts A velocidade total representada por 10v e a velocidade total reversa por 10v Zero volt representa a condi o estacion ria e as tens es intermedi rias representam velocidades proporcionais tens o Drives anal gicos podem tamb m ser configurados como amplificadores de torque caso no qual a tens o de entrada representa um torque e n o uma exig ncia de velocidade Os v rios ajustes necess rios para afinar um drive anal gico de velocidade s o tradicionalmente feitos com potenci me tros Com um pouco de experi ncia isso pode ser executado bem rapidamente mas em algumas aplica es dif ceis mais tempo pode ser necess rio Repetir os ajustes nas unidades subsequentes pode levar o mesmo tempo a menos que haja uma forma f cil de duplicar as defini es do potenci metro P
105. magn tico Afor a que age sobre o condutor o produto da corrente e da densidade do fluxo F IxB onde B densidade do fluxo magn tico e corrente A for a dispon vel pode ser aumentada utilizando se mais condutores ou enrolando se um fio numa forma de bobina Esta a base do motor CC com escova Considera es Pr ticas O problema agora como utilizar esta for a para produzir o torque cont nuo requerido numa aplica o pr tica de mo tor Para obter a maior for a poss vel um grande n mero de condutores deve ser colocado no campo magn tico Na pr tica isto produz um cilindro de fios com as espiras colocadas em paralelo ao eixo do cilindro Um eixo mec nico passando pelo eixo do cilindro age como piv e este arranjo chamado de armadura do motor Fig 3 2 Campo Resultante Devido Corrente na Arma o E DS O O Eixo Arma o 9 O O Dire o da Corrente 020 Perpendicular P gina Campo do Estator Fig 3 2 Armadura do motor CC Com a rota o da armadura o campo magn tico tamb m rotacionado A armadura ir parar com seu campo magn tico estando alinhado com o campo do estator a n o ser que haja algum dispositivo para mudar constantemente a dire o da corrente em cada bobina da armadura Comuta o A for a que rotaciona a armadura do motor resultado da intera o entre dois campos magn ticos o campo do estator e o campo da armadura Para
106. magnetizado Excesso de corrente pode causar a desmagnetiza o parcial do motor Custo Instalado Maior O custo instalado de um servo sistema maior que o de um motor de passo devido necessidade de componentes de feedback Benef cios dos Servomotores Brushless Vantagens de Desempenho Todas as vantagens listadas para motores DC com escova s o aplic veis aos servomotores brushless Nenhuma Manuten o A aus ncia de comutador e sistema de escova elimina a necessidade de manuten o peri dica Bom Desempenho T rmico Todo o calor gerado no estator onde pode ser eficiente mente combinado ao revestimento externo Possibilidade de Velocidades Muito Altas N o h comutador mec nico que imponha um limite de velocidade e motores pequenos s o normalmente classificados para velocidades de at 12 000 rpm Praticamente Nenhuma Restri o Ambiental Devido aus ncia de engrenagem para escova um servo motor sem escovas pode ser usado em praticamente qualquer ambiente Para opera o em altas temperaturas o uso de um resolver evita danos aos sistemas eletr nicos do motor Desvantagens do Servomotor Brushless Custo Mais Alto do Motor Deve se o custo mais alto ao uso de magnetos raros Drive Mais Complexo e Caro Drives trapezoidais n o s o muito mais caros do que os para motores DC por m o senoidal muito mais complexo Qual Tecnologia Usar Este item d id ia das aplica es que s o particularmente
107. mais elevadas do que a velocidade de resson ncia ajudar Passar para um drive de meio passo mini passo ou micro passo tamb m minimizar qualquer res son ncia que houver Tamb m s o ocasionalmente utilizados amortecedores inerciais viscosos Por que o motor s vezes d saltos ao ser ligado O motor possui 200 posi es detentoras naturais por m o drive ligado em um estado definido correspondente a uma dentre apenas 50 posi es Portanto a movimenta o pode ser de at 3 6 em qualquer dire o O motor propriamente dito sofre alguma altera o no caso de emprego de um drive de micro passo N o o motor ainda um motor de passo padr o de 1 8 O micro passo obtido com a aplica o proporcional da corrente no drive para que se obtenha uma resolu o maior Um movimento foi feito numa dire o e ent o o motor comandado para executar um movimento na mesma dist ncia por m na dire o oposta O movimento de retorno mais curto Por qu Diversos fatores podem estar influenciando os resultados O motor possui uma histerese magn tica que pode ser influente em mudan as de dire o que da ordem de 0 03 Qualquer efeito de chicoteamento no sistema criar erros de posiciona mento Um pulso de passo que ocorra antes que um sinal de dire o seja estabelecido provocar um erro Por que alguns motores s o constru dos como motores de oito contatos Isto permite maior flexibilidade O moto
108. merg ncia simplesmente interrompe o fornecimento de corrente alternada para o motor Em motores que incorporam um circuito de dep sito de energia um grau de parada din mica pode ser fornecido depois que a energia interrompida Mas os capacitores de energia podem levar algum tempo para baixar e isso pode aumentar a dist ncia de parada Uma alternativa poss vel desconec tar o motor e remover a fonte de corrente alternada mas isso n o recomend vel N o somente o tempo de parada depende somente da carga inercial e fric o como tamb m pode se danificar certos tipos de motor desconectando o sem cortar a energia A parada de emerg ncia por corte da corrente alternada s deve ser considerada quando sozinha ela garantir a r pida parada Para aplica es de Categoria 1 precisamos conside rar o melhor m todo para atingir uma parada controlada antes do corte de energia Usando Parada Controlada de Torque Total Aterrar o sinal de entrada a um servo amplificador operando em modo de velocidade far com que ele desacelere no limite de corrente ou seja usando o m ximo de torque Isso cria a desacelera o mais r pida poss vel mas s pode ser usado com servo motor de velocidade a mesma t cnica n o pode ser usada com amplificador de torque pois aterrar o sinal de entrada simplesmente produzir torque zero No ltimo caso normalmente ser necess rio confiar numa fun o do controlador para atingir uma parada r pida
109. n o Detectada em Malha Aberia Isso s deveria ocorrer em situa es de sobrecarga e em muitas aplica es os problemas causados s o poucos Quando a perda de posi o n o puder deixar de ser detectada um encoder de verifica o pode ser acoplado resultando num sistema muito seguro o encoder n o ne cess rio para o posicionamento somente para confirma o Consome Corrente Quando Parado Como necess ria corrente para produzir torque est vel isso aumenta o calor do motor quando parado Barulhento em altas velocidades o rotor de 50 p los tem frequ ncia magn tica de 2 5kHz a 3000 rpm Restri es magn ticas causam um som alto correspondente Excessiva perda Eletromagn tica em Altas Velocidades Mais uma vez devido alta contagem de p los perdas de corrente s o maiores que num servo motor Um motor de passo portanto n o recomend vel para opera o cont nua em velocidades superiores a 2000 rpm Vantagens dos Motores DC com Escova Baixo Custo Os servo motores com escova s o bem desenvolvidos e baratos para produzir Rota o Suave em Baixas Velocidades H motores especialmente projetados para suavidade em baixas velocidades com alto n mero de segmentos comuta dores Drive de Baixo Custo Um drive para motor DC com escova pode ser produzido com custos muito baixos pois somente um nico circuito ponte necess rio N o Consome Energia Quando Parado Sem cargas est ticas no motor n o
110. nguagem 6000 os sistemas com o Compax s o muito mais simples de implementar quando uma op o de estrutura for compat vel com a aplica o A programa o direcionada para evento n o somente simplifica e reduz o tempo de programa o mas tamb m minimiza a quantidade de dados que precisam ser transferidos Isso significa que o Compax particularmente adequado para sistemas que usam comunica o Fieldbus Al m do padr o Fieldbus RS485 ele oferece a op o de Profibus e CANbus Ele tamb m equipado com o HEDA Acesso a Dados de Alta Efici ncia bus da Parker que oferece sincroniza o de tempo muito precisa entre todos os eixos num sistema Isso combinado ao sofisticado algoritmo oferece desempenho extremamente din mico Solu o de Problemas com o RS232 Checando o Terminal Desconecte o cabo RS232 do terminal ou computador Identifique os pinos 2 e 3 na porta serial a Fig 8 4 mostra o layout dos pinos para os conectores de 9 vias e de 25 vias Coloque os pinos 2 e 3 juntos em curto Se o conector serial for f mea use um clip de papel para colocar os pinos em curto Se for macho a l mina de uma pequena chaveta de fenda pode ser usada para conectar os pinos Digite alguns caracteres no teclado Se nada aparecer na tela voc pode estar se comunicando com a porta errada Use seu software de comunica es para mudar a porta COM e tente novamente Se os caracteres aparecerem ou se aparecerem duplos remova o cur
111. nsiderado Opera o do Servo Drive Digital A Fig 4 18 mostra os componentes de um drive digital para um servo motor Todas as principais fun es de controle s o executadas por um microprocessador conduzindo um conversor D A para produzir um sinal de demanda de torque anal gico A partir da o drive passa a ser um amplificador de torque anal gico A informa o de realimenta o vem de um encoder ou resolver acoplado ao eixo do motor O encoder gera um fluxo de pulsos com que o processador pode determinar a dist ncia percorrida e calculando a frequ ncia de pulso poss vel medir a velocidade O drive digital executa as mes mas opera es que o anal gico mas faz isso resolvendo uma s rie de equa es O microproces sador programado com um modelo matem tico ou algoritmo do sistema anal gico equivalente Esse modelo prev o comportamento do sistema em resposta a uma demanda de entrada e posi o de sa da Ele tamb m leva em conta informa es adicionais como velocidade de sa da taxa de mudan a da entrada e as v rias defini es de ajuste Resolver todas as equa es leva um tempo determinado e mesmo quando um processador r pido esse tempo fica entre 100 micro segundos e 1ms Durante esse tempo a demanda por torque deve permanecer constante em seu valor anteriormente calculado e n o haver resposta a mudan as na entrada ou na sa da Esse tempo de atualiza o portanto um fator cr tico no de
112. nte Um pequeno desequil brio de fase que pode ser at dif cil de detectar num motor de meio passo pode produzir erros de posicionamento inaceit veis num sistema de micropasso A modula o de largura de pulso frequentemente usada para atingir uma precis o maior que a que pode ser atingida usando se um simples sistema de limites As correntes de fase necess rias para produzir os passos intermedi rios t m uma forma aproximadamente si nusoidal como mostra a Fig 4 11 Contudo essa forma n o oferecer a melhor resposta com todos os motores Alguns trabalhar o bem com a forma sinusoidal mas outros precisa r o de um formato mais abaulado ou aparado Fig 4 11 Assim um drive de micropasso para opera o com v rios tipos de m quinas precisa poder ajustar se forma da corrente Os n veis de corrente intermedi rios s o normal mente armazenados como dados num EPROM com alguns meios de modificar os dados para obten o de diferentes formas Pode se pensar na mudan a de forma como a adi o ou subtra o de um terceiro componente harm nico onda seno b sica Sinewave Filled out Trimmed Fig 4 11 Forma de corrente de micropasso No caso de motores de micropasso de alta resolu o produzindo 10 000 passos por rota o ou mais o m ximo desempenho ser obtido somente com um tipo particular de motor Nesse motor os dentes do estator ficam num espa amento de 7 5 onde 48 espa os iguais resultam em
113. nte implica torque de fric o na porca tamb m Propor o de in rcia da mesa 250 2650 0 094 Torque para acelerar massa da mesa 2 6 x 0 094 0 24 Nm Novo valor com 70 de efici ncia 0 24 0 7 0 34 Nm Aumento do torque 0 1 Nm Nova demanda de torque total T 2 7 Nm Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica C lculos de Sistema O que acontece se os rolamentos que movem a mesa tiverem coeficiente de atrito de 0 2 usando o fuso com 70 de efi ci ncia For a gravitacional devida massa da mesa 100 x 9 81 981 Newtons For a de fric o u 0 1 F 981 x 0 2 196 Newtons Torque para superar essa for a T 196 x 10 6284 x 0 7 0 44 Nm Nova demanda de torque T 3 14 Nm Quais valores de acelera o e velocidade precisariam ser programados Taxa de acelera o acima A 156 rot seg Velocidade V 1 5x0 5 0 12 Voltando ao caso com fuso perfeito e nenhum atrito qual seria a demanda de pico de pot ncia Pico de pot ncia W 2 6 x 6 25 x 2n 102 watts Qual o fator de in rcia carga rotor Mesa in rcia do fuso J J 2150x 10 Kg m In rcia do motor J 500 x 10 Kg m Fator de in rcia 2150 500 4 3 1 Se introduzirmos uma redu o de 2 1 e dobrarmos o passo do fuso para 20 mm o que acontece com a demanda de torque ignore a in
114. ntes m todos de conex o podem ser empregados para propiciar caracter sticas alternativas para torque e velocidade Caso todas as bobinas em um motor bifilar sejam retiradas separadamente teremos um total de 8 terminais veja a Fig 2 14 Esta a configura o mais comum pois propicia a maior flexibilidade No entanto h ainda alguns poucos moto res que s o produzidos com apenas 6 terminais com um terminal atuando como conex o comum a cada espira num par bifilar Este arranjo limita a flexibilidade pois as espiras n o podem ser conectadas em paralelo Alguns motores s o constru dos com apenas 4 terminais por m estes n o t m espiras bifilares e n o podem ser utilizados com um drive unipolar Obviamente n o h um modo alternativo de conex o para um motor de 4 terminais por m para muitas aplica es isto n o constitui desvantagem e ainda se evita o problema do isolamento de terminais n o utilizados nO O pn HITI 4 terminais 5 terminais 6 terminais 8 terminais Fig 2 14 Configura es de terminais de motores Ocasionalmente pode se encontrar um motor de 5 terminais Estes n o s o recomendados pois n o podem ser utilizados com Drives bipolares convencionais pois requerem isola mento adicional entre as fases Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacarei SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo Observando se
115. o Vibra o A maioria dos problemas causados por vibra o excessiva ser o bastante bvios como parafusos soltos Um que n o t o bvio o dano que a vibra o pode causar a um mancal estacion rio Se um motor for submetido vibra o prolonga da ou no armazenamento ou montado na m quina sendo raramente usado as esferas ir o aos poucos causar peque nos amassos em seus pontos de contato com a calha Isso far com que o mancal torne se barulhento e aumentar o desgaste Taxas IP Prote o As taxas IP s o listadas na tabela ao lado Os primeiros n meros IP referem se prote o contra objetos s lidos e o segundo n mero prote o contra l quidos A maioria dos motores de passo e servo motores sem escova s o classificados como IP54 embora para maior precis o isso aplique se somente do flange para tr s Em outras palavras o corpo do motor razoavelmente bem vedado mas n o h veda o positiva no mancal frontal Na maioria das aplica es a superf cie de apoio d um grau de prote o ao mancal e para fins pr ticos uma classifica o geral de IP 54 aplic vel Contudo se o motor for montado vertical mente com o eixo para cima a condensa o excessiva pode formar uma po a na caixa do mancal e entrar no motor Nessas situa es ser necess ria a prote o adicional de uma veda o de eixo Para melhorar a classifica o para IP65 um vedante do eixo acrescentado e todas as
116. o Linear Fig 1 1 Elementos de um sistema de controle de movimento O Motor Este pode ser um motor de passo rotativo ou linear um motor CC com escova ou um servomotor brushless O mo tor deve ser dotado de algum tipo de dispositivo para feed back a n o ser que seja um motor de passo A Fig 1 2 mostra um sistema completo com feedback para controle da velocidade e posi o do motor Este sistema conhecido como servosistema de malha fechada de controle de velocidade Encoder Cal Controlador Drive z E Circuito de feedback Fig 1 2 Servosistema de malha fechada de controle de velocidade O Drive Trata se de um amplificador eletr nico de pot ncia que for nece a energia para a opera o do motor em resposta a sinais de controle de baixa tens o Em geral o drive proje tado especificamente para operar com um tipo particular de motor n o se pode empregar um drive para motor de pas so na opera o de um motor CC com escova por exemplo O sistema de Controle A tarefa desempenhada de fato pelo motor determinada pelo indexador controlador ele envia par metros como ve locidade dist ncia dire o e taxa de acelera o A fun o de controle pode estar distribu da entre um controlador hos pedeiro como um computador industrial e uma unidade escrava que aceita comandos de alto n vel Em um sistema multi eixos um controlador poder operar em conjunto com diversos drive
117. o atraso e o adiantamento se relacionam apenas posi o e n o velocidade Tomando se a curva de torque est tico Fig 2 19 claramente este atraso ou adiantamento n o poder o exceder dois passos completos 3 6 se for preciso que o motor mantenha o sincronismo Este limite do erro de posicionamento pode tornar o motor de passo uma op o atraente em sistemas onde a precis o do posiciona mento din mico seja importante Quando o motor de passo executa um nico passo a natureza da resposta oscilante como mostrado na Fig 2 20 O sistema pode ser comparado a uma massa que esteja sendo localizada por uma mola magn tica e portanto o comportamento lembra a caracter stica cl ssica da massa aplicada a uma mola Observando se de forma simplificada a curva de torque est tico indica que durante o passo o torque positivo durante o movimento totalmente frente e portanto est acelerando o rotor at que seja atingido um novo ponto est vel Neste momento o impulso carrega o rotor para al m da posi o est vel e o torque agora revertido desacelerando o rotor e o fazendo retornar na dire o oposta A amplitude frequ ncia e taxa de decaimento desta oscila o depender o da fric o e da in rcia no sistema bem como das caracter sticas el tricas do motor e do drive O overshoot inicial tamb m depende da amplitude do passo portanto o meio passo produz menos overshoot do que o passo completo
118. o n o exige um contador ou observa o cont nua do eixo ou locali za o da carga Esse atributo permite que um encoder abso luto seja usado em aplica es de alta velocidade e alta resolu o Resolveres Fig 5 14 Princ pio do resolver Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Dispositivos de Feedback Realimenta o Um resolver em princ pio um transformador rotativo Se considerarmos dois enrolamentos A e B Fig 5 14 e se fornecermos ao enrolamento B uma tens o senoidal uma tens o ser induzida no enrolamento A Se girarmos o enro lamento B a tens o induzida ser m xima quando os planos de Ae B forem paralelos e ser m nima quando estiverem em ngulo reto A tens o induzida em A tamb m ir variar sinusoidalmente com o ngulo de B de forma que E E Sen Se introduzirmos um terceiro enrolamento C em ngulo reto com o enrolamento A quando girarmos o enro lamento B uma tens o ser induzida nesse enrolamento e variar como o coseno do ngulo de forma que E E Cos Na Fig 5 15 podemos ver que se pudermos medir as amplitudes relativas das saidas dos enrolamentos A amp C num dado ponto do ciclo essas duas sa das ser o nicas a essa posi o Vad E Cos 360 la Ej Sinb 1 Electrical Cycle Fig 5 15 Saida do resolver Para uso
119. o sul Os dentes s o defasados nas extremidades norte e sul conforme mostrado no diagrama O estator consiste de uma carca a com quatro dentes que tem toda a exten s o do rotor As bobinas s o enroladas sobre os dentes do estator e est o conectadas aos pares N o havendo corren te fluindo em nenhuma espira do motor o rotor tender a assumir uma das posi es mostradas na Fig 2 6 Isto se deve ao fato do magneto permanente no rotor estar tentan do minimizar a relut ncia ou resist ncia magn tica do percurso do fluxo de uma extremidade outra Isto ocorrer quando um par de dentes do rotor nos p los norte e sul estiverem alinhados com dois p los do estator O torque que tende a manter o motor em uma destas posi es em geral pequeno e chamado de torque detentor O motor mos trado ter 12 posi es poss veis de deten o Caso agora a corrente atravesse um par das espiras do estator como mostrado na Fig 2 6 a os p los norte e sul resultantes no estator atrair o os dentes de polaridade opos ta em cada extremidade do rotor H agora apenas tr s po si es est veis para o rotor o mesmo n mero de dentes do rotor O torque requerido para defletir o motor para fora de sua posi o de estabilidade agora muito maior e cha mado de torque de reten o Fig 2 6 Passo completo uma fase ligada Mudando se o fluxo da corrente do primeiro para o segundo conjunto de espiras
120. o torque constante que o motor pode produzir sem superaquecimento Esse torque pode ser estimado com o motor montado em tr s posi es num tanque de calor infinito num tanque de calor padr o normalmente com resist ncia t rmica de cerca de 0 5 C por watt e n o montado em nenhuma forma de tanque de calor O valor mais til o obtido no tanque de calor padr o pois uma boa aproxima o de uma montagem t pica Um suporte muito espesso pode permitir o aumento do torque cont nuo em at 20 a montagem numa placa fina pode implicar num erro de classifica o de 20 Os torques estimados em outras bases t m valor pr tico limitado Um bom fluxo de ar vertical n o obstru do ou o esfriamento for ado ajudar a aumentar a classifica o do torque cont nuo sa Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Considera es de Seguran a Paradas em Emerg ncia Por raz es de seguran a normalmente necess rio incorporar algum sistema de parada de emerg ncia nas m quinas com motor de passo e servo motores Pode haver v rias raz es para que seja necess ria uma parada r pida sendo as mais bvias n Evitar danos ao operador se ele errar ou operar a m quina incorretamente n Evitar danos m quina ou ao produto devido a atolamento n Evitar as consequ ncias de falha da m quina necess rio consider
121. obina requereria seu pr prio circuito individual de acionamento Isto claramente proibitivo portanto um servomotor brushless t pico possui dois ou tr s conjuntos de bobinas ou fases veja Fig 3 14 o servomotor mostrado um projeto de dois p los e tr s fases em geral o motor possui quatro ou seis p los do rotor com um aumento correspon dente no n mero de p los do estator Isto n o aumenta o n mero de fases cada fase possui suas espiras distribu das entre diversos p los do estator B1 12 N ne C1 B1 Campo do 4 Estator C1 B1 4 Campo do y Estator Campo do Estator Fig 3 15 Posi es do campo do estator para diferentes correntes de fase A curva caracter stica de torque na Fig 3 13 indica que o torque m ximo produzido quando os campos do rotor e do estator est o a 90 entre si Portanto para gerar um torque constante precisariamos manter o campo do estator a um ngulo constante de 90 frente do rotor Limitar o n mero de fases a tr s significa que podemos fazer com que o campo o estator avance apenas em incrementos de 60 a Fig 3 15 mostra as posi es do campo do estator para tr s dos seis caminhos poss veis da corrente Em outras palavras o campo do estator permanece no mesmo lugar durante 60 da rota o do eixo Portanto n o podemos manter um ngulo de torque constante de 90 mas podemos manter uma m dia de 90 trabalhando entre 60 e 120
122. oluto Um encoder incremental ser menos caro para a mesma resolu o mas exige alguma forma de inicializa o para estabelecer o necess rio ngulo de torque de 90 Isso pode ser conseguido com um segundo encoder de baixa resolu o simulando a sa da de um sistema de sensor Hall Graus Mec nicos e El tricos Quando falamos sobre motores importante distinguir en tre graus mec nico e el trico nesse contexto nenhum termo refere se a qualifica es de engenharia Os graus mec nicos s o diretos s o graus absolutos de rota o Cada volta completa do eixo representa 360 graus mec nicos Mas os graus el tricos referem se a cada ciclo el trico individual e pode haver mais de um por rota o H Bridge EE H Bridge 2 Motor l I l Resolver A maior parte dos servo motores tem quatro seis ou oito p los o que significa que t m dois tr s ou quatro ciclos el tricos por rota o respectivamente Um ciclo el trico para um motor de seis p los portanto corresponde a somente 120 graus mec nicos ver Fig 4 21 Cada ciclo el trico representa 360 graus el tricos e quando falamos de ngulos de torque esses s o sempre em graus el tricos Portanto um ngulo de torque ideal de 90 corres ponde na verdade a somente 30 mec nicos para o motor de 6 p los 360 mechanical One electrical cycle 360 electrical 120 mechanical Fig 4 21 Graus el tricos e mec nico
123. omation 30 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Dispositivos de Feedback Realimenta o As rotas de um encoder absoluto variam quanto ao tamanho das aberturas indo das menores na borda externa para as maiores em dire o ao centro O padr o de abertura tam b m alternado com rela o s rotas anteriores e posterio res O n mero de rotas determina a quantidade de informa es de posi o que podem ser obtidas com o encoder a resolu o Por exemplo se o disco tem 10 rotas a resolu o do encoder seria de 210 ou 1 024 posi es por rota o Para confiabilidade desej vel usar um disco feito de metal ao inv s de vidro Um disco de metal mais robusto e tem in rcia menor O padr o do disco de um encoder absoluto um c digo de m quina normalmente bin rio gray code ou uma varia o deste c digo O diagrama representa uma sa da bin ria simples com quatro informa es A localiza o atual equi valente ao n mero decimal 11 Indo para a direita a partir da posi o atual o pr ximo n mero decimal 10 1010 bin rio Indo para a esquerda a partir da posi o atual a pr xima posi o seria 12 1100 Current Bit Position 1011 Decimal 11 Fig 5 12 Sa da de encoder absoluto O gray code derivado de n meros
124. omodar qualquer desalinhamento sem sobrecarregar o mancal do motor H dois tipos de desalinhamento que qualquer acoplamento encontrar em maior ou menor grau Um o desalinhamento angular que ocorre quando os dois eixos est o num leve ngulo em rela o um ao outro O outro o desalinhamento radial no qual os eixos s o paralelos mas n o conc ntricos seus eixos s o deslocados O acoplamento tamb m pode ter que lidar com movimento axial devido por exemplo expans o t rmica RR Angular Radial error pt error men E Axial movement Fig 9 2 Desalinhamento angular e radial Um acoplamento projetado para aplica es com motor de passo e servo motor deve acomodar qualquer desalinha mento sem que haja folga movimento perdido quando a dire o mudada ou conformidade tensional o acopla mento pode ser torcido com facilidade A folga e conformi dade tensional excessiva podem levar instabilidade tornando o giro do servo motor extremamente dif cil e impon do um severo limite ao desempenho O n mero de designs de acoplamento dispon vel hoje pare ce infinito portanto o pr ximo problema decidir que tipo usar Vamos nos concentrar em dois designs que s o adequados para uma ampla variedade de aplica es o acoplamento membrana e o acoplamento Oldham Esses acoplamentos ir o acomodar ambos os tipos de desalinha mento e tem pouca conformidade tensional e causam pouca folga Diagram b
125. onal Rela o entre Pot ncia do Eixo Dist ncia de Movimento e Tempo de Movimento As express es no item anterior mostraram que a velocidade m xima proporcional a D t e a taxa de acelera o por tanto o torque proporcional a D t A pot ncia o produto do torque e velocidade e portanto proporcional a D e a 1 2 Podemos concluir que movimentar duas vezes a dist n cia no mesmo tempo exigiria 4 vezes a mesma pot ncia do eixo e movimentar a mesma dist ncia na metade do tempo exigiria 8 vezes mais pot ncia A pot ncia m xima de um motor est relacionada a seu tamanho e um motor capaz de oferecer 8 vezes a pot ncia ser muito maior Ele ter tamb m muito mais in rcia o que aumentar ainda mais a demanda de torque Assim na pr tica a pot ncia adicional exigida para reduzir pela metade o tempo de movimenta o pode ser at 50 vezes maior H duas importantes conclus es 1 O tempo de movimento um fator cr tico na necessidade de pot ncia do sistema Economia significativa pode ser obtida reduzindo a exig ncia de tempo de movimento quando poss vel e sempre bom observar outros aspec tos do ciclo de uma m quina para checar se outras econo mias podem ser obtidas 2 Um sistema de posicionamento bem projetado n o pode operar significativamente mais rapidamente que sua velo cidade de projeto Por exemplo com um sistema que tenha margem de pot ncia de 20 s se pode esperar um corte de
126. onduzir um motor de passo em altas velocidades Observando a curva torque velocidade na Fig 4 12 podemos ver o que acontece Em baixas velocidades a corrente tem tempo suficiente para atingir o n vel exigido e a corrente m dia no motor muito pr xima do valor regulado pelo motor Mudar a corrente regulada ou mudar para um drive com corrente diferente afeta o torque dispon vel Voltage Limited Regulated Region Region Drive with lt a Higher Supply au 2 N Torque Speed LUL AAA Average Current L lI l During Pulse Fig 4 12 Regi es reguladas e de tens o limitada da curva de torque velocidade medida que a velocidade aumenta o tempo que a corrente leva para subir passa a ser uma propor o significativa do intervalo entre os pulsos de passo Isso tem o efeito de reduzir o n vel de corrente m dio e o torque come a a cair Quando a velocidade aumenta ainda mais o intervalo entre os pulsos de passo n o d tempo para que a corrente atinja um n vel em que a a o circuito de chopper possa atuar Nessas condi es o valor final da corrente depende somente da indut ncia do motor e da tens o Se a tens o aumenta a corrente aumenta mais rapidamente e atinge um valor mais alto no tempo dispon vel Assim essa regi o da curva descrita como de tens o limitada pois uma mudan a na corrente do drive n o teria conseq ncias Podemos concluir que em velocida
127. or essa raz o alguns drives usam um cart o individual de plug in que pode conter componentes pr determinados Contudo isso n o s aumenta o custo como pode tamb m implicar na necessidade de ajustes posteriores Barker Automation 24 Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Descri o Geral Drive Digital Uma alternativa ao sistema anal gico o drive digital que ajustado atrav s do envio de dados a partir de um terminal de computador Isso leva repeti o f cil entre as unidades e como tais drives s o invariavelmente montados com proces sadores o auto ajuste totalmente autom tico fica facilitado Os drives digitais s o normalmente usados junto com os servomotores brushless e n o com motores de corrente cont nua Tais drives frequentemente usam um gerador de pot ncia anal gico mas tamb m podem ser totalmente digitais incluindo os dispositivos de energia O feedback de posi o deriva do encoder ou resolver e tamb m pro cessado como informa o digital uma id ia l gica incorpo rar um controlador de posi o em tal drive e o passo e os sinais direcionais podem ser obtidos com um indexador tipo passo convencional Igualmente o posicionador pode ser controlado atrav s de comandos simples usando linguagem de controle de movimento de alto n vel ve
128. oria das aplica es de posicionamento ou m quina ferramenta um terceiro canal conhecido como canal indexador ou canal Z tamb m inclu do Ele gera um nico pulso de sa da por revolu o e usado para estabelecer a posi o de refer ncia ou posi o zero da m quina Channel A i Channel B 90 Phase Shift Tolerance Fig 5 4 Sinais de sa da de quadratura Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Dispositivos de Feedback Realimenta o A Fig 5 4 mostra que para cada per odo de onda quadrado completo do canal A entre os dois canais haver quatro bordas de pulso Isso permite que a resolu o do encoder seja quadruplicada processando se as sa das de Ae B para produzir um pulso separado para cada borda de pulso quadrado Contudo para que esse processo seja eficiente impor tante que a quadratura seja mantida dentro da toler ncia permitida para que os pulsos n o colidam Os encoderes de sa da de ondas quadradas est o dispon veis numa ampla variedade de resolu es de at cerca de 5000 linhas rot e com uma variedade de configura es de sa da diferentes algumas das quais est o listadas abaixo TTL L gica Transistor Transistor uma sa da comum compat vel com n veis de l gica TTL e normalmente exigem t
129. otor DC com escova por m sem suas limita es O principal fator limitador do desem penho dos motores com n cleo de ferro o aquecimento interno preciso expulsar este calor seja atrav s do eixo e dos mancais para a carca a externa ou atrav s do v o de ar entre a armadura e os magnetos de campo e da para a carca a Nenhuma destas rotas termicamente eficiente portanto a refrigera o na armadura do motor sempre muito pobre Caminho de Retorno por Tr s do Elemento Ferroso Dentes Laminados do Estator Espiras Fig 3 9 Motor Brushless No motor brushless a constru o do motor com n cleo ferroso virada ao avesso de forma que o rotor se torna um magneto permanente e o estator se torna um n cleo ferroso com espiras As bobinas transmissoras de corrente est o agora localizadas na carca a propiciando um caminho t rmico curto e eficiente para o ar exterior A refrigera o pode ser melhorada ainda com aletas dissipadoras na carca a externa e soprando se ar sobre elas se necess rio para se refrigerar eficazmente um motor com escova com n cleo ferroso deve se soprar ar por dentro dele A facilida de de refrigera o do motor brushless permite que ele produza uma pot ncia muito maior relativamente ao seu tamanho A outra grande vantagem do motor brushless a aus ncia de um comutador convencional e das escovas Estes tens s o fontes de desgaste e de potenciais problemas
130. otor produza somente uma fra o de sua potencial pot ncia de sa da normalmente girando em baixas velocidades Pot ncia o produto de torque e velocidade Pot ncia do eixo W T x rot seg x 2x W em watts T em Nm Usando um perfil de movimento trapezoidal t pico o pico de pot ncia necess rio exigido pela carga o produto de torque e velocidade no final da acelera o ou in cio da desacelera o O pico de pot ncia dispon vel num motor de passo aproximadamente quando o torque cai para 50 de seu valor de baixa velocidade O pico de pot ncia dos servo mo tores fica na quina da curva de pico de torque Speed Time 100 50 Torque Speed Torque Speed Peak power points A load trapezoidial move stepper motor servo motor Fig 7 6 Pontos de pico de pot ncia Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacarei SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica C lculos de Sistema O pico de pot ncia da carga deve sempre ser menor que o pico de pot ncia dispon vel no motor n o mais que 70 no caso de um motor de passo O torque e a velocidade podem ser trocados mudando a raz o de impulso mas a pot ncia nunca pode ser aumentada Perfis de Movimento O dimensionamento do motor para aplica es de alta veloci dade frequentemente baseado em perfis trapezoidais de ter os iguais nos quais a acelera o movim
131. penho do motor o torque dispon vel obviamente limitado pelo passo mais fraco por m haver uma melhoria significativa na suavidade do movimento a baixas velocidades no modo de passo completo Obviamente gostar amos de produzir um torque aproxima damente igual em todos os passos e este torque deveria estar ao n vel do passo mais forte Podemos obter isso empregando um n vel mais alto de corrente quando houver apenas uma espira energizada Isto n o provoca dissipa o excessiva do motor pois a classifica o de corrente do fabricante sup e que duas fases estejam sendo energizadas a classifica o de corrente se baseia na temperatura permiss vel na carca a Com apenas uma fase energizada se dissipar o mesmo total caso a corrente seja elevada em 40 Empregando esta corrente mais alta no estado de apenas uma fase ligada produz um torque aproximadamente igual nos passos alternados veja a Fig 2 11 1 2 3 4 Fase 1 Fig 2 9 Corrente de passo completo duas fases ligadas Fase 2 Fase 1 7 Fase2 ma Rali Fig 2 9 Corrente de passo completo duas fases ligadas com corre o de corrente Micro passo Verificamos que energizar as duas fases com correntes iguais produz uma posi o de passo intermedi ria a meio caminho entre as posi es em que h uma fase nica ligada Caso as correntes nas duas fases sejam
132. pois as perdas em altas velocidades podem levar a aquecimento excessivo do motor Um motor de corrente cont nua pode oferecer mais pot ncia cont nua do eixo em altas velocidades do que um motor de passo de mesmo tamanho Movimentos repetitivos r pidos e curtos podem exigir o uso de um servo motor se houver exig ncia de alta din mica Contudo um motor de passo pode oferecer uma solu o mais econ mica quando as exig ncias forem mais modestas Aplica es de posicionamento em que a carga funda mentalmente inercial e n o de fric o s o adequadamente servidas por um servo motor A capacidade de fazer um servo motor ir al m das defini es em trabalho intermitente permite que um motor menor seja usado quando a exig ncia de torque s ocorre durante acelera o e desacelera o Aplica es muito rduas com ciclo de alta din mica ou que exijam velocidades muito altas normalmente exigem um servo motor brushless Aplica es de baixa velocidade e alta suavidade s o adequadas para um sistema de micropasso ou direct drive Para aplica es em ambientes de risco normalmente n o se pode usar um motor DC com escovas Dependendo das exig ncias de carga use um motor de passo ou servo mo tor brushless Lembre se de que a dissipa o de calor pode ser um problema no v cuo Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec n
133. por duas partes principais uma carca a contendo os magne tos do campo e um rotor com bobinas de fios enroladas em ranhuras sobre um n cleo de ferro e conectadas a um comutador As escovas em contato com o comutador levam a corrente s bobinas 4 Magnetos do Estator Comutator Escovas Fig 3 4 Motor com n cleo de ferro Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores Motor com Bobina M vel H duas formas comuns deste motor o motor impresso Fig 3 5 empregando uma armadura de disco e a armadura do tipo concha Fig 3 6 Como estes motores n o possuem ferro m vel em seus cam pos magn ticos eles n o sofrem perda de ferro Isto significa que se pode obter velocidades de rota o mais elevadas com baixa pot ncia de entrada No entanto sua capacidade t rmica muito pequena portanto eles s o danificados mais facilmente pelo excesso de corrente Diagramas cortesia da Electro Craft Ltd Movimento Magneto Permanente 8 p los Fig 3 5 Motor impresso com armadura de disco P NSSS Ja P lo do Magneto V o de ZA A Movimento Caminho do Fluxo N cleo Arma o Conjunto de Condutores em Forma de Cilindro Oco Fig 3 6 Motor com armadura do tipo concha For a Eletromotriz FEM Inversa Ao ser acionado mecanicamente um moto
134. presentando a dire o da rota o num eixo e a dire o do torque no outro ver Fig 4 17 veremos que o motor pode operar em todos os quatro quadrantes Por outro lado um motor de velocidade vari vel simples capaz de rodar em uma nica dire o e com desacelera o n o controlada seria descrito como de quadrante nico O amplificador de velocidade na Fig 4 16 tem alto ganho para que uma peque na diferen a de velocidade produza um grande sinal de erro Dessa forma a precis o do controle de velocidade pode ser muito alta mesmo quando h grandes varia es de carga Uma demanda de torque do amplificador de velocida de representa uma solicita o de mais corrente no motor Essa corrente medida por um resistor R que produz tens o proporcional corrente do motor Essa malha de realimenta o interna frequentemente chamada de Amplificador de Torque pois sua finalidade criar torque em resposta a uma demanda do amplificador de velocidade Alguns tipos de controladores de posi o geram um sinal de sa da de torque ao inv s de uma demanda por velocidade e tamb m h aplica es na qual o torque e n o a velocidade a necessidade principal enrolar material em torno de uma bobina por exemplo A maioria dos drives anal gicos pode ser configurada como amplificador de torque atrav s de um comutador ou jumper Na pr tica o sinal de entrada ainda levado ao mesmo ponto mas o amplificador de velocidade desco
135. produzir um torque constante no motor estes dois campos devem permanecer constantes tanto em termos de magnitude quanto na orienta o relativa Entrada de Corrente Sa da Fig 3 3 Esquema el trico da armadura Isto obtido construindo se a armadura como uma s rie de pequenas se es conectadas em sequ ncia aos segmentos de um comutador Fig 3 3 A conex o el trica feita com o comutador por meio de duas escovas Se a armadura girar 1 6 de revolu o no sentido hor rio a corrente nas bobinas 3 e 6 ter mudado de dire o Com a passagem de segmen tos sucessivos do comutador pelas escovas a corrente nas bobinas conectadas a estes segmentos muda de dire o Este efeito de comuta o ou chaveamento resulta em um fluxo de corrente na armadura que ocupa uma posi o fixa no espa o independente da posi o da armadura Isto resultar na produ o de uma sa da de torque constante no eixo do motor O eixo de magnetiza o determinado pela posi o das escovas Se o motor projetado para possuir as caracter sticas similares nas duas dire es de rota o o eixo das escovas deve ser posicionado para produzir um eixo de magnetiza o a 90 em rela o ao campo do estator Tipos de Motor com Escova S o utilizados dois tipos diferentes de motores CC escova Motor com N cleo de Ferro Este o tipo mais comum de motor utilizado em sistemas CC servo controlados veja a Fig 3 4 Ele composto
136. quer outra garantia expressa ou impl cita est limitada ao conserto ou substitui o dos produtos conforme acima mencionado N ADVERT NCIA SELE O IMPR PRIA FALHA OU USO IMPR PRIO DOS PRODUTOS DESCRITOS NESTE CAT LOGO PODEM CAUSAR MORTE DANOS PESSOAIS E OU DANOS MATERIAIS As informa es contidas neste cat logo da Parker Hannifin Ind e Com Ltda e seus Distribuidores Autorizados fornecem op es de produtos para aplica es por usu rios que tenham habilidade t cnica importante que voc analise os aspectos de sua aplica o incluindo consequ ncias de qualquer falha e revise as informa es que dizem respeito ao produto contidos neste cat logo Devido variedade de condi es de opera es e aplica es para estes produtos o usu rio atrav s de sua pr pria an lise e teste o nico respons vel para fazer a sele o final dos produtos e tamb m para assegurar que o desempenho a seguran a da aplica o e os cuidados especiais requeridos sejam atingidos Os produtos aqui descritos com suas caracter sticas especifica es e desempenhos s o objetos de mudan a pela Parker Hannifin Ind e Com Ltda a qualquer hora sem pr via notifica o Parker Hannifin Ind Com Ltda o Jacare SP Brasil Automation Apostila 1600 231 01 BR Tecnologia Eletromec nica Introdu o Introdu o A Divis o de Eletromec nica da Parker com uma das mais completas gamas de produtos jamais ofere
137. r aceitar fluxo de 5A em cada meio enrolamen to Quando os enrolamentos de um motor de 8 contatos s o conectados em paralelo a resist ncia efetiva cai pela meta de Para a mesma dissipa o de energia no motor a corrente pode ser aumentada em 40 Portanto um motor de 5A aceitar 7A com os enrolamentos em paralelo gerando um aumento significativo no torque dispon vel Por outro lado conectar os enrolamentos em s rie duplicar a resist ncia total e a corrente ser reduzida num fator de 1 4 resultando numa corrente segura de 3 5A para nosso motor de 5A em s rie Via de regra conex o em paralelo o m todo de conex o preferido pois produz uma curva de torque mais achatada e maior pot ncia do eixo Fig 4 14 Aconex o em s rie til quando um torque alto necess rio em baixas velocidades e permite que o motor produza torque total com corrente mais baixa Deve se evitar aqueci mento excessivo do motor em s rie pois sua corrente mais baixa nesse modo As configura es em s rie tamb m acar retam maior probabilidade de resson ncia devido ao alto torque produzido na regi o de baixa velocidade Drives para Motores DC com Escova Amplificadores Lineares e de Comuta o Os amplificadores lineares operam de forma que dependen do da dire o da rota o do motor ou TR1 ou TR2 estar o em s rie com o motor e ter o sempre tens o V Fig 4 15 Ve e TRI TR2 Ve Fig 4 1
138. r CC com mag neto permanente atuar como gerador Com a rota o do eixo surgir uma tens o el trica nos terminais das escovas Esta tens o denominada FEM inversa For a Eletromotriz e gerada mesmo quando o motor acionado por uma tens o aplicada a ele A tens o de sa da tem uma rela o essencialmente linear com a velocidade do motor e sua taxa definida como a constante de tens o do motor K Fig 3 7 OK em geral expresso em volts por 1 000 rpm Tens o de Sa da Velocidade do Eixo Fig 3 7 Curva caracter stica da FEM Equa es do Motor Diferente de um motor de passo o motor CC com escova exibe uma rela o simples entre corrente tens o torque e velocidade til verificar estas rela es como aux lio na aplica o de motores com escova O Circuito Equivalente do Motor Escova Se voc aplicar uma tens o constante aos terminais de um motor com escova ele se acelerar at uma velocidade fi nal constante n Sob estas condi es a tens o V aplicada ao motor oposta pela FEM inversa nK a tens o resultante da diferen a leva a corrente do motor atrav s da armadura do motor e da resist ncia das escovas R O circuito equivalente de um motor CC mostrado na Fig 3 8 L Fig 3 8 Circuito equivalente do motor R resist ncia do motor L indut ncia da espira Vs FEM inversa R representa as perdas magn ticas O valor de RL e
139. r introdu o ao C digo X desta apostila Opera o do Servo Drive Anal gico Os elementos de um amplificador anal gico de velocidade s o mostrados na Fig 4 16 A fun o do sistema controlar a velocidade do motor em resposta a uma tens o de entrada anal gica Velocity Torque Control Control Signal Signal s AB Drive Amplifier O Torque Feedback Loop F Velocity Feedback Loop Fig 4 16 Elementos de um servo sistema anal gico A velocidade do motor medida por um tacogerador acoplado ao eixo do motor Isso produz uma tens o proporcional velocidade que comparada com o sinal de demanda de velocidade de entrada e o resultado dessa compara o uma demanda de torque Se a velocidade for muito baixa o motor fornece mais corrente que por sua vez cria torque para acelerar a carga Da mesma forma se a velocidade for muito alta ou a demanda por velocidade for reduzida o fluxo de corrente no motor ser revertido para produzir um torque de parada Torque cw A Braking Accelerating Ccw cw CCW x gt CW Rotation Accelerating Braking CCW cw y cew Fig 4 17 Opera o em quatro quadrantes Esse tipo de amplificador freq entemente chamado de motor de quatro quadrantes Isso significa que ele pode produzir tanto acelera o quanto torque de parada em qualquer dire o de rota o Se desenharmos um diagrama re
140. r pode ser operado como um motor de seis contatos com drives unipolares Com drives bipolares as espiras podem ser conectadas em s rie ou em paralelo para fornecer caracter sticas diferentes de torque em rela o velocidade Qual a diferen a entre a conex o em s rie e a em paralelo Com as espiras em s rie o torque a baixas velocidades maximizado Por m isto tamb m provoca maior indut ncia Portanto o desempenho a altas velocidades menor do que no caso das espiras serem conectadas em paralelo Pode se usinar um degrau de encaixe no eixo do motor Sim por m deve se tomar cuidado para n o danificar os man cais veja a se o de Instala o do Motor O motor n o pode ser desmontado De que comprimento podem ser os contatos do motor Em condi es normais 15 m para drives unipolares e 30 m para drives bipolares devem funcionar Recomenda se fios blindados Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Servomotores Motores CC com Escova Princ pios O motor CC com escova baseia se no conceito de que criada uma for a quando um condutor percorrido por uma corrente quando colocado em um campo magn tico Fig 3 1 Campo Magn tico B 63 a Condutor de Corrente 1 Perpendicular p gina For a F For a sobre o Condutor F x B Fig 3 1 For a sobre um condutor em um campo
141. racter sticas de desempenho dos motores de passo por m para manter a simplicidade nos restringiremos quelas com maior significado pr tico A Fig 2 19 ilustra a curva de torque est tico do motor Isto se refere a um motor que est energizado por m estacion rio e mostra como o torque varia com a posi o do rotor ao se defletir do ponto de estabilidade Estamos supondo que n o h fric o nem outras cargas est ticas aplicadas ao motor Com a movimenta o do rotor para longe da posi o est vel o torque aumenta de forma est vel at atingir um ponto m ximo ap s um passo completo 1 8 Este valor m ximo denominado torque retentor e representa a maior carga est tica que pode ser aplicada ao eixo sem causar rota o cont nua No entanto isto n o nos informa o torque m ximo de opera o do motor este sempre menor do que o torque retentor tipicamente em torno de 70 A 4 Passos do Motor Torque M ximo gt ngulo Est vel Torque Est vel Inst vel Sentido Hor rio Sentido Anti hor rio y Fig 2 19 Curva caracter stica de torque em rela o ao deslocamento Com a defle o do eixo para al m de um passo completo o torque cair at estar novamente em zero ap s dois passos completos No entanto este ponto de zero inst vel e o torque se reverte imediatamente para al m dele O ponto est vel seguinte encontrado quatro passos completos adiante
142. ramento de corrente cont nua sem carga n o suba at um n vel que possa danificar o motor Uma redu o na tens o do barramento com carga total afetar o desempenho em alta velocidade mas n o representa amea a ao motor DC bus drop reduces available torque amp speed Torque Continuous Speed Fig 7 10 Efeito da regulagem do transformador no desempenho de servo motores A regulagem t pica de um transformador depende da taxa VA mas a tabela abaixo pode ser um guia til Regulagem T pica 100 500 500 1000 1000 1500 1500 2000 gt 2000 Freio Din mico de Servomotores Numa situa o de emerg ncia quando o motor precisa ser parado ap s uma falha ou perda de energia um freio din mico pode ser usado para minimizar o tempo de desace lera o Consegue se isso conectando uma carga resistiva aos terminais do motor for ando este ltimo a funcionar como gerador e produzir torque de frenagem Esse torque varia com a velocidade do motor e inevitavelmente cair quando o motor evoluir para velocidades baixas A maneira como o torque varia com a velocidade mostrada na Fig 7 11 ele atinge o m ximo a uma velocidade chamada de velocidade central O torque de frenagem m ximo depende somente do motor enquanto que a velocidade na qual o torque m ximo produzido depende do valor do resistor de parada Para desacelerar o motor o mais rapidamente poss vel o valor do resistor dev
143. rente para o segundo conjunto de bobinas o padr o do campo magn tico do estator rotaciona 45 No entanto para alinhar este novo campo o rotor precisa girar apenas 1 8 Isto equivale a um quarto de giro de dente no rotor o que resulta em 200 passos por revolu o Observe que h o mesmo n mero de posi es detentoras quanto passos por revolu o normalmente 200 As posi es detentoras correspondem aos dentes do rotor estando totalmente alinhados com os dentes do estator Ao se aplicar energia a um drive de passo usual que ele se energize no estado de fase zero onde h corrente em ambos os conjuntos de espiras A posi o resultante do rotor n o corresponde a uma posi o detentora natural portanto um motor sem carga se mover pelo menos meio passo no momento da energiza o claro que se o sistema foi desligado num estado diferente do de fase zero ou se o motor for movimentado enquanto desligado poder ocorrer um movimento maior no momento da energiza o Outro ponto a se lembrar o de que para um dado padr o de corrente nas espiras o n mero de posi es est veis igual ao de dentes do motor 50 para um motor de 200 passos Caso um motor seja dessincronizado o erro posicional resul tante sempre ser equivalente a um n mero inteiro de dentes do rotor ou um m ltiplo de 7 2 O motor propriamente dito n o pode perder passos individuais erros de posi o de um ou dois passos
144. ricas simples E como s o normalmente feitos de a o ou alum nio podemos usar uma f rmula sim ples baseada somente nas dimens es Veja como calcular a in rcia desses componentes Fig 7 1 Componentes cil ndricos rotativos Quando o componente feito de a o J 761xD xL Jem kKg m D amp L em metros Para alum nio J 261xD xL Jem Kg m D amp L em metros Quando o peso conhecido ou pode ser calculado J WD2 8 J em Kg m W em Kg D em metros Observe que quando o comprimento dobrado dobra se a in rcia mas se o di metro for dobrado a in rcia aumenta 16 vezes Componentes que Movem se em Linha Reta Mesas e suportes m veis normalmente s o impulsionados por uma correia e sistema de polias ou por parafuso Fig 7 2 Sistema movido por correia Para um sistema movido por correia ou corrente In rcia equivalente do peso W J WD 4 J em Kg m W em Kg D em metros Se a correia ou corrente tiver peso significativo acrescente o ao da parte m vel antes do c lculo Lembre se de somar a in rcia de ambas as polias calcular como cilindro Fig 7 3 Sistema de parafuso Para um sistema de parafuso In rcia equivalente do peso W J Wp 4x107 J em Kg m W em Kg p dist ncia linear percorrida giro em mm Lembre se de somar a in rcia do parafuso guia mais uma vez calculada como de cilindro Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP
145. rvomotor brushless com caixa de transmiss o redutor planet rio Utilize um drive de micro passo com viscosidade eletr nica a amortecimento ativo de torque velocidade a 10 17 Y Sim A carga muda Sim Voc precisa operar rapidamente durante continuamente acima a opera o de 120 rpm Y N o T N o Voc precisa operar sim continuamente acima or de 2000 rpm direct drive Y N o Sim Voc precisa gt controlar o torque Y N o A suavidade a N o Considere baixas velocidades um drive de importante mini passo Y Sim importante um tempo N o Tente um drive curto para alcan ar i o set point de micro passo Y Sim E preciso detectar perda de posi o ou medir a posi o real da carga para corre o de folga sim Fig 1 3 Tabela para sele o de tecnologia Barker Automation Adicione realimenta o com encoder no Controlador Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo Motores de Passo H tr s tipos principais de motores de passo n Motores de magneto permanente P M n Motores de relut ncia vari vel V R n Motores h bridos Fig 2 1 Motor tipo canstack ou de magneto permanente Motores de Magneto Permanente P M O motor do tipo canstack mostrado nas Figura
146. s Esse conceito importante para os dispositivos de feedback usados para comuta o Por exemplo um encoder de 500 linhas ir produzir 2000 contagens por rota o ap s a decodifica o resultando numa resolu o mec nica de 360 2000 0 18 Para um motor de 8 p los haver 500 contagens por ciclo el trico e a resolu o passa a 360 500 0 72 em termos el tricos Isso representa a mais alta precis o com que o ngulo de torque de 90 pode ser mantido Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Dispositivos de Feedback Realimenta o Dispositivos de Feedback O Tac metro ou Tacogerador Um motor de corrente cont nua de magneto permanente pode ser usado como tac metro Quando operado mecanica mente esse motor gera uma tens o de sa da que propor cional velocidade do eixo ver Fig 5 1 As outras principais exig ncias para um tac metro s o que a tens o de sa da seja suave em rela o faixa de opera o e que a sa da seja est vel em rela o a varia es de temperatura Pequenos Motores de corrente cont nua de magneto perma nente s o tradicionalmente usados em servo sistemas como sensores de velocidade Esses sistemas normalmente incor poram compensa o de temperatura termistor e utilizam um comutador de prata e escovas carregadas de prata para melhorar a confiabili
147. s 2 1 e 2 2 talvez o tipo de motor mais amplamente utilizado para apli ca es n o industriais Ele essencialmente um dispositi vo de baixo custo baixo torque e baixa velocidade ideal para aplica es em campos como perif ricos de inform tica A constru o do motor resulta em ngulos de passo relativa mente grandes por m a simplicidade geral permite a pro du o em larga escala a custo muito baixo O motor de v o axial ou disco uma varia o do projeto de magneto per manente que apresenta um melhor desempenho em gran de medida devido in rcia muito baixa do motor No entan to isto restringe as aplica es do motor s que envolvem baixa in rcia caso seja exigido todo o desempenho do mo tor Rotor Prote o do estator A Diagrama cortesia da Airpax Corp EUA Fig 2 2 Vista em corte de motor com magneto permanente Motores de Relut ncia Vari vel V R Um motor V R n o possui magneto permanente portanto o rotor gira livremente sem torque de reten o A sa da de torque para uma dada dimens o da estrutura restrita embora a taxa de torque por in rcia seja boa sendo que este tipo de motor frequentemente empregado em pequenas dimens es para aplica es como mesas de microposicionamento Motores V R s o pouco utilizados em aplica es industriais N o possuindo magneto permanente eles n o s o sens veis polaridade da corrente e necessitam de um arranjo de drive diferen
148. s de localiza es absolutas Vantagens dos Encoderes Absolutos Encoderes absolutos lineares e rotativos oferecem v rias vantagens significativas na rea industrial de controle de movimento e aplica es de controle de processos Nenhuma Perda de Posi o Durante Falta de Energia Um encoder absoluto n o um contador como um encoder incremental como um sistema absoluto l a posi o real do eixo a falta de energia n o faz com que o encoder perca a informa o de posi o Assim que o fornecimento de energia restaurado a um sistema absoluto ele pode ler a posi o atual imediatamente Isso pode ser importante em aplica es em que um retorno posi o inicial ap s falta de energia n o poss vel Um rob de solda operando dentro do corpo de um carro um exemplo bvio imposs vel determinar como retrair com seguran a sem saber a posi o atual Opera o em Ambientes Eletricamente Polu dos Equipamentos como soldadores e soft startes normalmente geram ru do el trico que pode parecer pulsos de um enco der para um contador incremental O ru do el trico pode afe tar uma posi o absoluta individual mas n o causar um erro permanente Aplica o de Alta Velocidade O dispositivo contador frequentemente o fator que limita o uso de encoderes incrementais em aplica es de alta veloci dade O contador frequentemente limitado a uma frequ n cia de pulso m xima de 100 KHz Um encoder absolut
149. s e motores Estaremos vendo cada um destes elementos do sistema bem como sua rela o entre si Sele o da Tecnologia do Motor A se o Comparativo de Tecnologia deste manual estabelece em linhas gerais os m ritos relativos a cada tecnologia de motor e discute o tipo de aplica o adequado a cada uma A tabela na p gina a seguir permite uma vis o geral das considera es de escolha e pode ser utilizada como guia geral para se chegar ao tipo mais adequado de motor Lembre se de que muitas aplica es podem ser igualmente atendidas por mais de uma tecnologia de motor e poder o haver outras considera es que influenciem a escolha como compatibilidade com equipamentos existen tes ou prefer ncias do cliente No entanto em termos gerais o sistema de passo oferece a solu o de mais baixo custo enquanto o servomotor brushless oferece o melhor desempenho em geral Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Informa es Complementares Tecnologia Eletromec nica Tabela de Sele o da Tecnologia Tabela de Sele o da Tecnologia Inicie Aqui Um motor de passo atender aos requisitos A taxa de in rcia da carga em rela o ao motor superior Use um sistema de servomotor brushless Sim Utilize um se
150. sas como porcentagem da carga radial Fr que o valor da Fig 9 9 para a velocidade m dia apropriada e vida do mancal exigida 50 000 40 000 ML3475B 5 E Bearing life in 30 000 hours l H shaft fatig ML3450B 20 000 10 000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Radial load Newtons half way along shaft Shaft fatigue limit for ML3450A amp ML3475A is 1000 Newtons Fig 9 9 Curvas t picas de vida til do mancal servo motores Parker ML34 125 Fr 100 Fr Derated radial load 75 Fr 50 Fr 25 Fr 0 25 Fr 50 Fr 75 Fr 100 Fr Axial load Fr is the radial load from bearing life curve Fig 9 10 Carga radial permitida x carga axial servo motores Parker ML34 Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento Correias O ato de tensionar uma correia pode ser considerado uma arte e n o uma ci ncia em parte porque n o h diretrizes simples que possam ser aplicadas Como resultado a ten d ncia tensionar a correia o m ximo poss vel presumindo se que seja a nica maneira de eliminar a folga A conse qu ncia o r pido desgaste da correia redu o da vida til do mancal e at falha do eixo Mas h uma abordagem mais cient fica recomendada Para estimar a tens o correta da
151. sempenho de um servo motor digital e em sistemas de alta performance ele deve ser m nimo Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Tuning RS 232C Step gt Dto A i m Microprocessor Converter Direction PWM Control Amplifier Encoder 6 HAM Fig 4 18 Servo drive digital O ajuste de um servo drive digital feito ou atrav s de bot es ou enviando se dados num ricos a partir de um computador ou terminal N o h ajustes de medidores de pot ncia Os dados de ajuste s o usados para definir v rios coeficientes no servo algoritmo e assim determinar o comportamento do sistema Mesmo se o ajuste for feito atrav s de bot es os valores finais podem ser transportados para um terminal de forma a permitir a f cil repeti o Em alguns aplicativos a in rcia da carga varia numa faixa ampla pense num bra o mecanizado que come a sem carga e depois transporta pesadas cargas numa longa extens o A mudan a na in rcia pode ser da ordem de um fator de 20 ou mais e tal mudan a exige que o drive seja reajustado para que um desempenho est vel seja mantido Isso pode ser feito de forma simples enviando novos valores de ajuste na altura apropriada do ciclo de opera o Servomotores sem
152. sprez vel do torque O drive de um Servomotor Brushless Senoidal mais complexo do que o da vers o trapezoidal preciso uma tabela de refer ncia da qual possamos gerar as correntes senoidais e estas devem ser multiplicadas pelo sinal de demanda do torque para se determinar a amplitude absoluta Com um motor trif sico conectado em estrela basta determi nar as correntes em duas das espiras isto automaticamente determinar o que acontece na terceira espira Como mencionamos anteriormente o Servomotor Brushless Senoidal precisa de um dispositivo de feedback de alta resolu o que no entanto pode atuar para fornecer as infor ma es de posi o e velocidade para o controlador Para entender por qu um Servomotor Brushless Senoidal produz um torque constante mais f cil pensar em termos de um motor bif sico Este possui apenas dois conjuntos de espiras alimentados com correntes senoidais a 90 entre si Se representarmos a posi o do eixo do motor por um ngulo 4 ent o as correntes nas duas espiras s o da forma Iseny e Icos4 Voltando ao nosso modelo original de motor voc se lembrar de que a curva caracter stica fundamental de torque do motor tamb m senoidal Portanto para uma dada corrente o valor instant neo do torque dado por T IK senp onde K a constante de torque do motor Tornando a corrente do motor tamb m senoidal e em fase com a curva caracter stica de torque do motor o torque ger
153. ssui um n mero maior de dentes no rotor e no estator o que propicia um tamanho menor para o passo b sico O rotor constru do em duas se es como anteriormente por m possui 50 dentes em cada se o O deslocamento de meio dente entre as duas se es foi mantido O estator possui 8 p los cada um com 5 dentes perfazendo um total de 40 dentes veja a Fig 2 13 Fig 2 13 Motor h brido de 200 passos Se imaginarmos que um dente est colocado em cada um dos intervalos entre os p los do estator haveria um total de 48 dentes dois a menos do que o n mero de dentes do rotor Portanto se os dentes do rotor e do estator estiverem alinhados na posi o vertical superior correspondente posi o de 12 horas de um ponteiro de rel gio eles tamb m estar o alinhados na posi o vertical das 6 horas Nas posi es correspondentes a 3 e 9 horas os dentes estar o desalinhados No entanto devido ao deslocamento entre os conjuntos de dentes do rotor o alinhamento ocorrer nas posi es correspondentes a 3 e 9 horas na outra extremida de do rotor As espiras est o arranjadas em conjuntos de quatro e enroladas de forma tal que os p los diametrica mente opostos s o equivalentes Portanto em refer ncia Fig 2 13 os p los norte nas posi es de 12 e 6 horas atraem os dentes p lo sul na parte frontal do rotor e os p los sul nas posi es de 3 e 9 horas atraem os dentes p los norte na parte traseira Ao se mudar a cor
154. tal ao cliente Hidr ulica Filtra o Projeta manufatura e comercializa produtos para filtra o e purifica o provendo a seus clientes maior valor agregado com qualidade suporte t cnico e disponibilidade global para sistemas Projeta manufatura e comercializa uma linha completa de componentes e sistemas hidr ulicos para fabricantes e usu rios de m quinas e equipamentos no segmento industrial e mobil Automa o L der no fornecimento de componentes e sistemas pneum ticos e eletromec nicos para clientes em todo o mundo Instrumenta o L der global em projeto manufatura e distribui o de componentes para condu o de fluidos em condi es cr ticas para aplica es na ind stria de AR i i processo ultra alta pureza h iH 7 v Er m dica e anal tica Tits Belo Horizonte MG Rua Pernambuco 353 Conjuntos 306 307 Funcion rios 30130 150 Belo Horizonte MG Tel 31 3261 2566 Fax 31 3261 4230 belohorizonte O parker com Campinas SP Rua Tiradentes 289 salas 21 e 22 Guanabara 13023 190 Campinas SP Tel 19 3235 3400 Fax 19 3235 2969 campinas parker com Curitiba PR Rua Eduardo Sprada 6430 CIC Cidade Industrial de Curitiba 81290 110 Curitiba PR Tel 41 317 4400 0800 414011 Fax 41 317 4401 0800 417011 curitiba parker com Vale do Para ba Jacare SP Av Lucas Nogueira Garcez 2181 Esperan a Caixa Postal 148 12325 900 Jacare SP
155. tamente combinados ao atuador via um componente n o resiliente que garante que os contatos sejam abertos mesmo quando h solda n o se pode contar com as molas internas para abrir os contatos N o use sensores de proximidade que s o mais facilmente inutilizados Os sensores devem ser arranjados de forma que possam ser sobreutilizados use sensores duplos se necess rio Eles tamb m devem ser ligados a um circuito de Parada de Emer g ncia nesse caso a emerg ncia deve ser ressetada mesmo quando o limite ainda estiver presente para permitir que o sistema seja desconectado Os circuitos de entrada do sen sor de limite s o arranjados de forma que um circuito fechado necess rio para opera o normal Isso garante que uma condi o de limite seja detectada se as conex es para o sensor de limite forem cortadas ou tornarem se circuitos abertos Um lado do sensor deve ser comum fonte de cor rente cont nua e n o ao aterramento ver Fig 10 3 Dessa forma um curto circuito para o terra de uma das conex es do comutador criar uma condi o limite mesmo se o suprimento de corrente for cortado ao mesmo tempo 4 N C switch b T x WM Q N C switch N O VWS Fig 10 3 Conex es de comutador de limite preferenciais e n o preferenciais 54 Parker Hannifin Ind Com Ltda i Jacare SP Brasil Automation Apostila 1600 231 01 BR Tecnologia Eletrom
156. te dos outros tipos de motor Fig 2 3 Motor de relut ncia vari vel Motores H bridos O motor h brido mostrado na Fig 2 4 de longe o motor de passo mais utilizado em aplica es industriais O nome proveniente do fato de que ele combina os princ pios operacionais dos outros dois tipos de motores PM e VR A maioria dos motores h bridos de 2 fases embora sejam utilizadas vers es de 3 e 5 fases Um outro desenvolvimento o motor h brido aperfei oado enhanced hybrid que emprega magnetos para focagem do fluxo que propiciam um aumento significativo no desempenho muito embora a um custo maior Eixo de a o Mancal inoxid vel n o Pr lubrificado magn tico Carca a Rotor Estator Fig 2 4 Motor de passo h brido A opera o do motor h brido pode ser compreendida mais facilmente analisando se um modelo muito simples que produzir 12 passos por revolu o Fig 2 5 Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Motores de Passo Fig 2 5 Motor h brido simples de 12 passos revolu o O rotor desta m quina consiste de duas pe as de p lo com tr s dentes cada uma Entre estas pe as de p lo h um magneto permanente magnetizado em paralelo com o eixo do rotor tornando uma ponta um p lo norte e a outra um p l
157. to circuito entre os pinos 2 e 3 e digite mais Se os caracteres continuarem a aparecer ou voc est se comunicando com outro equipamento ou a porta COM como um mouse ou placa de rede ou o eco local est o ligados Use seu software de comunica es para verificar se o eco local est desligado e se estiver tente mudar as portas COM Quando o terminal estiver operando corretamente caracteres nicos devem aparecer com os pinos 2 e 3 em curto e n o devem aparecer quando o curto removido Pin 2 3 7 Pin 5 3 2 Tx Rx G G Tx Rx R CT ED GRE SE 25 Pin Connector 9 Pin Connector Male Female Fig 8 4 Conectores RS232 de 9 e 25 vias Checando o Cabo RS232 Reconecte o cabo RS232 ao terminal e deixe a outra extremi dade livre Repita o ltimo exerc cio colocando os pinos em curto na extremidade remota do cabo Se nenhum caracter aparecer h um problema no cabo Se os caracteres apa recerem reconecte o cabo ao dispositivo sendo controlado e tente novamente Se n o houver resposta verifique se o eco de retorno est ligado no equipamento Se ainda n o houver resposta tente trocar as conex es Rx e Tx e tente novamente Verifique tamb m a conex o terra entre o terminal e o equipamento pino 5 num conector de 9 vias e pino 7 num de 25 vias Se chegou at aqui sem sucesso verifique os Manuais do Fabricante sobre comunica o RS232 para tentar obter mais instru es Como ltimo recurso entre em contato com o fabric
158. tura de dados em tempo real A progra ma o de erro altamente funcional da 6000 permite a recupera o mais eficiente de condi es de erro A 6000 uma linguagem muito vers til e universal que pode ser usada numa ampla variedade de aplica es As capabili dades extras dessa linguagem naturalmente exigem mais capacidade de processamento e portanto o C digo X mais apropriado para sistemas de baixo custo com necessidades limitadas de fun es Linguagem de Controle COMPAX O Compax um servo controlador totalmente digital que inclui gerador de energia Ele usa sua pr pria linguagem de programa o que tem comandos muito parecidos com os da linguagem BASIC Diferentemente de outros controlado res na linha da Parker o Compax pode ser equipado com equipamento espec fico da aplica o o que simplifica a pro grama o de uma variedade de fun es avan adas de m quina Entre essas fun es incluem se perfil de velocidade baseado em tempo gera o de came acompanhamento engrenagem eletr nica e aplica es de registro Usando uma estrutura exclusiva programar essas fun es envolve so mente a entrada de alguns par metros A fun o de gera o de cam particularmente importante com um software dedi cado para simplificar a gera o de perfis H uma op o para entrar ou sair do perfil cam em qualquer est gio para opera es de m quina complexas Embora menos flex veis que os produtos que usam a li
159. ua a girar na mesma dire o N Comutador p a Fig 3 10 Motor CC com escova convencional Para transformar este motor em um servomotor brushless devemos come ar eliminando as espiras no rotor Isto pode ser obtido virando se o motor do avesso Em outras palavras fazemos com que o magneto permanente seja a parte rotat ria e colocamos as espiras nos p los do estator Ainda precisaremos de algum meio para reverter a corrente automaticamente uma chave reversora operada por uma came poderia fazer este trabalho Fig 3 11 gt Chave Reversora Fig 3 11 Motor CC do avesso Obviamente um arranjo assim com uma chave mec nica n o satisfat rio por m a capacidade de chaveamento propiciada por dispositivos sem contato tende a ser muito limitada No entanto em uma aplica o servocontrolada empregaremos um amplificador eletr nico ou drive que tamb m pode ser usado para executar a comuta o em resposta a sinais de baixa intensidade provenientes de um sensor ptico ou Hall veja a Fig 3 12 Este componente referido como o Controlador de Comuta o Portanto diferente do motor CC com escova a vers o brushless n o pode ser acionada simplesmente conectando a a uma fonte de corrente cont nua A corrente do circuito interno deve ser revertida em posi es definidas do rotor Portanto o motor est na verdade sendo acionado por uma corrente alternada
160. um corte longitudinal do motor Fig 2 15 podemos ver o magneto permanente no rotor e o caminho do fluxo atrav s das pe as que constituem os p los e o estator O fluxo alternado produzido pelas espiras do estator flui em um plano perpendicular p gina e portanto os dois caminhos do fluxo est o em ngulo reto entre si e interagem apenas nas pe as que constituem os p los do rotor Esta uma caracter stica importante do motor h brido isto significa que o magneto permanente no rotor n o enxerga o campo alternado das espiras e portanto n o produz um efeito desmagnetizante Diferente do servomotor CC quase im poss vel de se desmagnetizar um motor de passo aplicando se corrente excessiva No entanto um excesso de corrente danificar o motor de outras maneiras O calor excessivo poder derreter o isolamento ou o suporte das espiras e poder amolecer o material colante que une as lamina es do rotor Caso isto ocorra e as lamina es sejam deslocadas os sintomas podem ser os mesmos que os de uma desmag netiza o do rotor a IB Sa SS ANN do E Fig 2 15 Corte longitudinal de um motor com simples magnento A Fig 2 15 mostra tamb m que o fluxo do rotor precisa cruzar apenas um pequeno v o de ar tipicamente menos de 0 1 mm quando o rotor est em posi o Magnetizando se o rotor ap s a montagem obt m se uma elevada densidade de fluxo que ser
161. use esse n mero Uma m dia simples boa o suficiente aqui a vida til do mancal depende menos da velocidade absoluta que do n mero to tal de rota es Se a carga for ativa na extremidade do eixo pode se esperar que a vida til seja reduzida em cerca de 15 Esses gr ficos presumem que uma carga axial seja menor que 30 da carga radial Fadiga do Eixo Fica claro que qualquer carga radial ir comprimir um lado do eixo e criar tens o no outro medida que o eixo gira cada elemento individual do eixo passa por altern ncia en tre tens o e compress o o que pode causar fatiga do metal A linha vertical na Fig 9 9 representa a carga radial m xima que pode ser aplicada na metade do eixo sem risco de que haja falha devido fadiga do metal Ser necess rio reduzir esse n mero pela metade se a carga for aplicada na extremidade do eixo Carga Axial do Mancal Os motores s o normalmente equipados com buchas de mola que aplicam uma pequena carga axial aos mancais o tempo todo Isso toma qualquer espa o entre as esferas e as calhas para evitar que as esferas chacoalhem o que causaria desgaste Uma pequena quantidade de carga axial adicional n o causa danos mas quando a carga atinge um n vel em que as esferas s o for adas para dentro das calhas o mancal se desgasta rapidamente A Fig 9 10 mostra como a carga radial deve ser reduzida medida que a carga axial aumenta Tanto a carga radial quanto a axial s o expres
162. utilizados dentro de suas especifica es Instalando o Acoplamento M todos de Fixa o com Grampos Quando o acoplamento tiver sido selecionado o pr ximo passo decidir como fix lo ao eixo do motor e carga Uma bucha bi c nica ou taper lock usada junto com uma chaveta o m todo preferido Ele mant m a concentricidade e prende o eixo numa rea extensa o que muito desej vel onde h torques e r pidas revers es Nessa situa o a chaveta usada primariamente como dispositivo de seguran a para evitar que algo escorregue no caso de so brecarga Ela n o usada para transmitir torque Infeliz mente muitos acoplamentos s o muito pequenos para acomodar esse tipo de bucha Os grampos s o provavelmente a fixa o mais comum para acoplamentos pequenos e s o geralmente confi veis se usarmos um veda rosca nos parafusos Ele vai agir como lubrificante antes de assentar reduzindo as perdas friccio nais e maximizando a for a de reten o mas n o permane a apertando os parafusos por muito tempo Use buchas sob as cabe as dos parafusos sempre que poss vel Fig 9 6 Um grampo folha e um grampo de aperto Coloca o dos Parafusos A coloca o de parafusos outro m todo comum mas s deve ser usado para aplica es de baixo torque N o aperte o parafuso na rota da chaveta voc pode usinar um furo ou achatamento no eixo a menos que se tome as mesmas precau es tomadas para encurtar o ei
163. v s do dobro de voltas do enrola mento Para a mesma dissipa o no motor um aumento de 40 no torque de baixa velocidade atingido usando se somente 70 da corrente anterior Mas dobrar o n mero de voltas no enrolamento que recebe corrente significa em aumentarmos a indut ncia 4 vezes Isso faz com que o torque caia muito mais rapidamente do que a velocidade aumenta o que faz com que o modo em s rie seja mais til em veloci dades baixas A m xima pot ncia de eixo que pode ser obtida numa s rie tipicamente metade da dispon vel em paralelo Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Princ pios B sicos Tecnologia Eletromec nica Drive para Motores de Passo e Servomotores Conectar as duas metades do enrolamento de um motor de 8 contatos em paralelo faz com que a corrente se divida entre as duas bobinas Isso n o muda o n mero efetivo de voltas e a indut ncia continua a mesma Assim com uma dada corrente do drive a caracter stica do torque ser a mesma para dois meios enrolamentos em paralelo e para um enrolamento sozinho Como j foi dito a corrente de um motor de passo determinada pelo aumento de temperatura permiss vel A menos que os dados do fabricante do motor tenham informa o diferente a taxa um valor unipolar e presume se que ambas as fases do motor sejam energiza das simultaneamente Assim uma corrente de 5A significa que o motor i
164. x es do motor para carga resistiva e pode ser prova de falhas garantindo se que a parada ocorra se a interrup o de energia falhar Mais informa es sobre a parada din mica podem ser obtidas incluindo c lculo da resist ncia de frenagem tima num cap tulo anterior deste manual Usando Parada Mec nica frequentemente poss vel instalar um freio mec nico ou diretamente no motor ou em outra parte do mecanismo Contudo tais freios s o normalmente projetados para evitar o movimento com o equipamento desligado e s o raramente adequados para fazer o sistema parar rapidamente particu larmente se o motor estiver fornecendo corrente plena no momento Freios podem causar fric o mesmo quando soltos e acrescentar in rcia ao sistema ambos efeitos que aumen tam as necessidades de pot ncia Mas se um freio mec nico for necess rio por outras raz es como por exemplo evitar que um eixo vertical caia ou trave o sistema enquanto parado faz sentido us lo como parte da rotina de parada de emerg ncia Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Considera es de Seguran a Controle de Parada de Emerg ncia Reles eletromec nicos convencionais s o geralmente o ponto fraco de circuitos de seguran a Seu modo de falha indeterminado mas frequentemente relacionada aos contatos soldados Os Reles projetados
165. xa do terminal e desenhe as conex es como descrito acima Pode se ent o desparafusar os terminais e soltar o cabo da porca Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento Conex es de Um Motor de Passo A maioria dos motores de passo fornecida com condutores curtos ou no caso de motores maiores com um terminal de conex o Como eles s o remontados ao motor depende muito da aplica o e da dist ncia envolvida Se a m quina estiver a 3 m do motor o tipo de cabo usado n o um fator cr tico contanto que possa transportar a corrente necess ria sem se superaquecer Se a dist ncia for maior que isso ou o ambiente for eletrica mente ruidoso pode ser melhor usar um cabo protegido O ru do capturado pelo cabo do motor n o deve afetar o mo tor diretamente mas ser reconduzido ao motor e poder causar problemas nos sinais de entrada Cabos protegidos ser o tamb m necess rios quando for exigida conformidade com EMC Motores Instala o Mec nica Montando o Motor Registro Piloto Muitas pessoas pensam que um guia piloto na frente de um motor atrapalha Ele significa que se voc tentar montar o motor numa placa plana ser necess rio colocar buchas entre o flange do motor e a placa para evitar que o flange entorte pilot register Fig 9 1 Guia piloto do motor O guia
166. xo descritas mais tarde Uma desvantagem do parafuso que diferentemente do grampo ele cria uma pequena depress o no eixo e pequenos ajustes tornam se praticamente imposs veis essencial que o di metro do acoplamento e do eixo sejam pr ximos quando parafusos s o usados a rea livre n o deve ser maior que 0 025mm Isso importante porque o parafuso sempre for a o eixo para um lado do di metro do acoplamento e uma rea livre maior pode levar o acoplamento a pivotar em torno do parafuso levando a um r pido desgaste Dois parafusos distantes entre si 90 s o uma melhoria significativa e dobram o torque que pode ser transmitido ver tabela na p gina 49 For ando o eixo para um dos lados do di metro tamb m cria se excentricidade e deve se usar um acoplamento que possa acomodar essa ecentricidade Sempre tente colocar o parafuso o mais centralmente poss vel ao longo do acopla mento ou extens o da polia Barker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacarei SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento Atabela abaixo uma guia de torque m ximo recomend vel com o uso de acoplamentos ou polias acopladas por parafusos Os n meros referem se a um nico parafuso e podem ser dobrados se dois parafusos distantes 90 forem usados Tamanho Torque M ximo do Parafuso Nm Pinos Furar e usar pinos no eixo
167. y courtesy of Huco Engineering Ltd Fig 9 3 Acoplamento membrana t pico Parker Automation Parker Hannifin Ind Com Ltda Jacare SP Brasil Apostila 1600 231 01 BR Aplica es Tecnologia Eletromec nica Instala o do Equipamento Os acoplamentos membrana normalmente t m dois discos como mostrado Uma vers o de disco nico existe mas n o tolera nenhum desalinhamento radial Acoplamentos de disco nico s o normalmente usados em pares com um eixo flutuante entre eles Uma montagem completa consistindo de dois acoplamentos de disco nico mais um eixo de liga o conhecida como Cardan ele opera da mesma forma que um acoplamento de dois discos exceto pelo fato de que quanto maior o eixo de liga o maior o desalinhamento ra dial que pode ser acomodado Os tr s elementos do Cardan podem normalmente ser montados no local qi ype a Fig 9 4 Um eixo sem suporte flutuante Os acoplamentos de membrana podem operar em altas velocidades tipicamente de at 25000 rpm e tem longa vida til pois n o h partes deslizantes Contudo s o mais caros que a maioria dos outros tipos de acoplamento Diagram by courtesy of Huco Engineering Ltd Fig 9 5 Um tipico acoplamento Oldham Como o acoplamento Oldham tem tr s elementos separa dos as duas pe as podem ser colocadas soltas em rela o aos eixos antes da montagem e o disco central colocado depois que o eixo do motor e da carga tiverem sido instal

Motores de Passo - Tecnobi Automação e Serviço

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