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Servomotores
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Servoacionamento e servomotores
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Máquinas DC
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Três tipos de motor de carga
cargas do motor Description Examples
Cargas de torque
constante
Potência de saída
varia, mas o torque é
constante
Transportadores, fornos
rotativos, bombas de
deslocamento constante
Cargas de torque
variável
O torque varia com
quadrado da
velocidade de
operação
Bombas centrífugas,
ventiladores
Cargas de potência
constante
Torque muda
inversamente com a
velocidade
Machine tools
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A classificação de Motores
Electric Motors
Alternating Current
(AC) Motors
Direct Current (DC)
Motors
Synchronous Induction
Three-PhaseSingle-Phase
Self ExcitedSeparately
Excited
Series ShuntCompound
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• Controle de velocidade, sem qualidade de imapcto da qualidade da fonte
de alimentação:
- Mudando tensão de armadura;
- Mudando corrente de campo.
• Restrição de utilização:
- Poucas aplicações de velocidade baixa / média
- Áreas limpas, não-perigosos
• Caro em comparação com motores AC.
Motor DC
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Motor DC autoexcitado: Motor shunt
• Enrolamento de campo paralelo com o de armadura;
• Corrente = I Campo + Iarmadura;
• Controle de velocidade: Resistência na corrente de campo ou de
armadura;
• Veloc. constante independente do aumento de torque da carga.
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© UNEP 2006(Rodwell Int. Corporation)
Motor DC autoexcitado: Motor shunt
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Adequado para cargas com alto torque de partida: guindastes,
guinchos;
Enrolamento de campo em série com armadura do
enrolamento;
Corrente de campo = corrente de armadura;
Velocidade limitada a 5000 RPM;
Evite uso sem carga: velocidade descontrolada.
Motor DC autoexcitado: Motor Serie
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Motor DC autoexcitado: Motor Serie
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Motor DC autoexcitado: Motor Compound
Adequado para alto torque de partida se elevado% de
composição: guindastes, guinchos;
Enrolamento de campo em série e em paralelo com armadura
do enrolamento;
Bom torque e velocidade estável;
Troque superior ao série = alto torque de partida
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Motor DC autoexcitado: Motor Compound
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segments
brushes
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segments
brushes
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Servomotores estão disponíveis como motores AC ou DC.
O motor deve ser capaz de:
- operar com uma gama de velocidades;
- operar a uma velocidade zero e reter torque suficiente para suportar
uma carga em posição; e
- operar em velocidades muito baixas por longos períodos de tempo
sem superaquecimento.
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Possuem respostas rápidas, trabalhando com frequências de 400 [Hz] ou
mais.
Com altas velocidades de trabalho, os servomotores aceitam velocidades de
até 5000 [rpm], com precisão no posicionamento.
Servomotores são equipamentos ótimos para trabalhar em altas velocidades
e também onde necessitamos de um alto torque.
Servodrivers ocupam pouco espaço para atingir altas potências..
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Nos modos de controle, podemos citar algumas funcionalidades disponíveis:
• Controle de velocidade (comandos através de entradas analógicas);
• Controle de posicionamento (comando através do trem de pulso);
• Controle de torque (comandos através de entradas analógicas);
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Nos modos de controle, podemos citar algumas funcionalidades disponíveis:
• Ajuste para controle interno de velocidade (sem realimentação externa):
- Controle de velocidade;
• Controle de posicionamento com os seguintes intertravamentos:
- Controle de velocidade (comandos através de entradas analógicas);
- Controle de torque (comandos através de entradas analógicas)
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Os servomotores possuem três componentes básicos, que são:
a) Sistema atuador: pode ser um motor elétrico com corrente alternada
(CA), corrente contínua (CC).
Além do motor, utilizamos acoplado a ele um conjunto de engrenagens com
relação bem longa, conhecido como redução.
A redução tem o objetivo de amplificar o torque e, assim, reduzir a potência
do motor a ser utilizado, reduzindo os custos envolvidos.
É necessário conhecer o torque a ser aplicado, a velocidade necessária para
o motor, o material das engrenagens da redução, a liberdade de giro do eixo
e a potência do motor.
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Os servomotores possuem três componentes básicos, que são:
b) Sensor: o segundo componente básico é o sensor acoplado diretamente
no eixo do servomotor.
Este sensor pode ser de três tipos:
- encoder absoluto;
- encoder incremental; ou
- resolver.
A qualidade e a precisão do sensor a ser utilizado interferem diretamente no
valor de retorno para o servodriver.
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Os servomotores possuem três componentes básicos, que são:
c) Servodriver: este componente é conhecido também como circuito de
controle e é formado por componentes eletrônicos ou circuitos integrados,
responsáveis por executar as lógicas de controle internamente, através da
recepção do sinal de retorno do campo, atuando diretamente no servomotor
e mandando-o para a posição desejada.
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O servomotor brushless é projetado para operar sem escovas.
Isto significa que a comutação que as escovas fornecida deve agora ser
fornecido eletronicamente.
Comutação eletrônica é fornecida por comutação de transistores e desliga
em momentos apropriados.
O ponto principal sobre o brushless servomotor é que ele pode ser
alimentado por uma tensão alternada ou tensão CC.
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes
◼ Os servomotores CC serão inicialmente apresentados apenas como
ponto de referência ou paradigma para o estudo dos modernos
servomotores.
▪ A maioria dos servomotores atuais são motores CA sem escovas
com ímãs permanentes, projetados para atender diversas
aplicações como: robôs industriais, bobinadeiras, máquinas de corte
e solda e máquinas-ferramenta a comando numérico.
▪ Suas características permitem uma rotação suave e uniforme em
todas as velocidades, baixo nível de ruído e vibração, ampla faixa
de rotação com torque constante, baixa manutenção (servomotores
sem escovas), elevada capacidade de sobrecarga, baixa inércia e
resposta dinâmica instantânea
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes com Escovas
(Brushed DC Motor)
❑ Os estatores, deste tipo de servomotor, são pares de pólos
magnéticos. Quando o motor é alimentado, há uma interação entre o
campo magnético criado no rotor com o campo fixo do estator, o que
resulta em um momento de um binário (torque).
❑ Desta forma, o rotor pode se movimentar de maneira a alinhar-se com
campo do estator. Assim quando o rotor alcança o alinhamento, as
escovas energizam o próximo elemento do comutador. Esta
sequência continua enquanto existir tensão de excitação no rotor.
❑ A substituição do campo bobinado (convencional) por ímãs
permanentes elimina tanto a necessidade de excitação separada e
perdas elétricas que ocorrem nos enrolamentos do campo.
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes com Escovas
(Brushed DC Motor)
❑ Tais servomotores podem ter armaduras formadas por bobinas
laminadas em formas de disco ou copo. Elas são leves, de baixa
inércia, que permitem ao motor acelerar mais rápido.
❑ A força do campo é
aumentada pela
cerâmica e pelos
ímãs feitos em
neodímio-ferro-boro
em comparação aos
antigos alumínio-
níquel-cobalto (Al-Ni-
Co) .
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes sem Escovas
(Brushless DC Motor – BLDC Motor)
❑ Os rotores magnéticos cilíndricos de motores CC sem escovas são
magnetizados lateralmente para formar pólos opostos ao norte e ao
sul em torno do rotor. Estes rotores são normalmente feitos de
materiais magnéticos neodímio-ferroboro ou samário-cobalto, que
oferecem maior densidade de fluxo do que ímãs de Al-Ni-Co.
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Servo Motor CC com Ímãs Permanentes sem Escovas (Brushless DCMotor – BLDC Motor)
❑ O diagrama abaixo mostra o sistema para controlar a tensão e a
velocidade com as formas de onda de corrente e tensão associadas
sobrepostas nos circuitos.
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Servomotores de Corrente Contínua
❑ Da Equação 1.2 verifica-se que a corrente de armadura da máquina
CC pode ser modificada pela tensão de armadura.
❑ Para contornar o efeito da força contra eletromotriz e melhor
controlar o desempenho da máquina pode-se empregar uma malha
de controle de corrente.
❑ A diminuição do fluxo magnético, mantidas as condições de tensão
e corrente nominais, permite a operação do motor com velocidade
superior a nominal.
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Servomotores de Corrente Contínua
❑ O “hardware” correspondente ao sistema de controle completo de um
MSIP encontra-se esquematizado na figura.
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Servomotores de Corrente Contínua
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Motor CC Acionando uma Antena
❖ Os servo motores são usados em várias aplicações quando se deseja
movimentar algo de forma precisa e controlada.
❖ Sua característica mais marcante é a sua capacidade de movimentar
os seu braço até uma posição e mantê-lo, mesmo quando sofre uma
força em outra direção.
❖ Para entendimento de seu funcionamento é necessário o
conhecimento de sua parte interna.
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Motor CC Acionando uma Antena
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Motor CC Acionando uma Antena
❑ Partes do Servo Motor:
▪ Circuito de Controle – responsável pelo monitoramento do
potenciômetro e acionamento do motor visando obter uma posição
pré-determinada.
▪ Potenciômetro – ligado ao eixo de saída do servo, monitora a
posição do mesmo.
▪ Motor – movimenta as engrenagens e o eixo principal do servo.
▪ Engrenagens – reduzem a rotação do motor, transferem mais
torque ao eixo Principal de saída e movimentam o potenciômetro
junto com o eixo.
▪ Caixa do Servo – caixa para acondicionar as diversas partes do
servo.
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Motor CC Acionando uma Antena
❑ Estes componentes estão posicionados internamente a caixa do
servo da forma mostrada na Fig.
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Motor CC Acionando uma Antena
❑ Controle do Servo Motor:
❖ O servo motor é alimentado com tensões de 5 V e recebe um sinal no
formato PWM (Pulse Width Modulation). Este sinal é 0 V ou 5 V. O
circuito de controle do servo fica monitorando este sinal em intervalos
de 20 ms.
❖ Se neste intervalo de tempo, o controle detecta uma alteração do
sinal na largura do sinal, ele altera a posição do eixo para que a sua
posição coincida com o sinal recebido..
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Motor CC Acionando uma Antena
▪ Um sinal com largura de pulso de 1 ms corresponde a posição do
servo todo a esquerda ou 0 grau.
▪ Um sinal com largura de pulso de 1,5 ms corresponde a posição
central do servo ou de 90 graus.
▪ Um sinal com largura de pulso de 2 ms corresponde a posição do
servo todo a direita ou 180 graus.
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Motor CC Acionando uma Antena
❖ Uma vez que o servo recebe um sinal de 1,5 ms (por exemplo),
ele verifica se o potenciômetro encontra-se na posição
correspondente, se ele estiver nada é feito.
❖ Se o potenciômetro não estiver na posição correspondente ao
sinal recebido, o circuito de controle aciona o motor até que o
potenciômetro esteja na posição correta.
❖ A direção de rotação do servo motor depende da posição do
potenciômetro.
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❖ Ao se tentar alterar a posição do servo motor, verifica-se uma
resistência feita pelo motor.
❖ Esta resistência é chamada de torque. O torque é uma das
principais características do servo motor. Mede-se o torque em kg-
cm (kilograma por centímetro) ou oz-in (onça por polegada).
Fig. 4 – Servo motor submetido a um torque de 1 kg-cm.
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Motor CC Acionando uma Antena
❑ Uma alternativa para se obter maior robustez é utilizar
engrenagens de metal.
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Servo Acionamento
❑ Servo acionamentos são sistemas eletromecânicos de controle de
precisão.
❑ Eles encontram aplicações em diferentes campos da indústria como,
por exemplo:
• Máquinas-ferramenta a comando numérico;
• Sistemas de posicionamento;
• Linhas de transporte;
• Robôs industriais;
• Sistemas flexíveis de manufatura.
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Servo Acionamento - Aduino
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Servo Acionamento - Aduino
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Diagrama de um Servo Acionamento
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Servo Motor
❑ Servomotores são os motores utilizados nos servo acionamentos.
❑ Servomotores são caracterizados por um formato compacto, com alta
potência, baixa inércia, e alta eficiência. Devem possuir alto
desempenho dinâmico e excelente precisão.
❑ Os circuitos de alimentação dos servomotores encontram-se em uma
unidade chamada servo conversor ou servo drive.
❑ Assim: Servo acionamento = servo motor + servo conversor (servo
drive).
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Servo Motor
❑ A Figura mostra uma secção transversal de um servomotor síncrono
com ímãs, permanente típico, com os componentes ativos para a
geração do torque, um resolver para medir os ângulos e velocidade e,
em alguns casos, é equipado com um freio para manter a posição sem
que seja necessário demandar corrente nas bobinas do motor.
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MÁQUINA SÍNCRONA
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MÁQUINA SÍNCRONA – Imã permanente
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Servomotores
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AKD Servo Drives and Brushless Servo Motors With Smart Feedback Devices
120 or 240 VAC powered (1 or 3 phases)
Optically isolated I/O and encoder emulation
AKM sizes: 40, 58, 70, 84, 108, and 165 mm
Max speed: 8000 rpm
Continuous rated torque: 0.18 N • m (1.59 lb in.) to 11.9 N • m (105 lb in.)
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@1 9
REM SETA I/O#7
REM CIO 000-002
@1 188 7 1
REM TQL 003-007
@1 149 15000 20000 6000 6000
REM ENABLE MULTI-TASKING
REM EMT 008
@1 225
REM ERROR LIMITS (0,05mm/0,01mm/120ms)
REM ERL 009-012
@1 151 -400 -80 1000
REM KILL MOTOR IF TEMPERATURE HIGH
REM KMC 013-015
@1 167 128 0
REM SALTA SE CHAVE HOME FECHADA
REM JOI 016-019
@1 162 -2 0 29
REM RECUA RAPIDO (5mm/s) ATE CHAVE
REM HOME FECHAR OU LIMIT- FOR ATINGIDO
REM MRV 020-028
@1 135 -4000000 500000 160000000 3 0
REM RECUA LENTO (1mm/s) ATE CHAVE
REM LIMIT- ATUAR
REM MRV 029-037
@1 135 -4000000 500000 32000000 -1 0
REM AVANCA LENTAMENTE (0,25mm/s)
REM ATE CHAVE LIMIT- DESATIVAR
REM MRV 038-046
@1 135 1000000 500000 8000000 -1 1
REM AVANCA LENTAMENTE ATE ENCONTRAR
REM INDEX DO ENCODER OU LIMIT+ ATUAR
REM MRV 047-055
@1 135 1000000 500000 8000000 -9 1
REM RETORNA AO INDEX DO ENCODER
REM RAV 056-064
@1 160 2 500000 8000000 0 0
REM DELAY 8000 TICKS (1 sec.)
REM DLY 065-067
@1 140 8000
REM ZERA TARGET E POSICAO
REM ZTP 068
@1 145
REM ZERA I/O#7
REM CIO 069-071
@1 188 7 0
REM FIM DO PROGRAMA
REM END 072
@1 128
REM GRAVA PROGRAMA
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X1 : Entradas / Saídas analógicas, Entradas / Saídas digitais
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SW1: Seletor de entrada analógica (on: corrente / off: tensão)
Esta Dip switch deve ser utilizada para definir o tipo de sinal que será
conectado às entradas analógicas (-10V a 10V ou -20mA a 20mA).
Como padrão de fabrica as entradas analógicas são selecionadas para -
10V e 10V.
Deve haver a parametrização
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Práticas Servoconversor/Servomotor
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Atividade 01
Especificação do servoacionamento
Material: Servoconversor e servomotor;
Efetuar a leitura das placas de identificação;
No catálogo identificar: Servomotor -> Torque e velocidade.
Servoconversor -> Corrente e Tensão nominal.
Identificar os cabos entre o servomotor e servoconversor e descreva a
função da cada um.
Como é possível conectar a IHM?
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Atividade 02
Acionamento básico via IHM
Material: Fusíveis 16A, servoconversor e servomotor
Procedimento
Montar o circuito como mostra a figura 1
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