A servomotor actúa como un actuador giratorio que se utiliza principalmente para cambiar la entrada eléctrica en aceleración mecánica. Este motor funciona en base a un servomecanismo donde se utiliza la retroalimentación de posición para controlar la velocidad y la ubicación final del motor. Los servomotores giran y obtienen un cierto ángulo en función de la entrada aplicada. Los servomotores son de tamaño pequeño pero son muy eficientes energéticamente. Estos motores se clasifican en dos tipos, como servomotor de CA y servomotor de CC, pero la principal diferencia entre estos dos motores es la fuente de energía utilizada. El desempeño de un servomotor de CC depende principalmente solo del voltaje, mientras que un servomotor de CA depende tanto del voltaje como de la frecuencia. Este artículo analiza uno de los tipos de servomotores: un servomotor de CA – trabajar con aplicaciones.
¿Qué es un servomotor de CA?
Un tipo de servomotor que genera una salida mecánica mediante el uso de una entrada eléctrica de CA en la forma de velocidad angular precisa se denomina servomotor de CA. La potencia de salida obtenida de este servomotor oscila principalmente entre los vatios y unos 100 vatios. La frecuencia de funcionamiento del servomotor de CA oscila entre 50 y 400 Hz. El diagrama del servomotor de CA se muestra a continuación.
Las principales características de los servomotores de CA incluyen principalmente; estos son dispositivos de menor peso, que brindan estabilidad y confiabilidad dentro de la operación, no se genera ruido durante la operación, brindan características lineales de par-velocidad y reducen los costos de mantenimiento cuando los anillos deslizantes y las escobillas no están presentes.
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Construcción de servomotor de CA
En general, un servomotor de CA es un motor de inducción de dos fases. Este motor está construido usando un estator y un rotor como un motor de inducción normal. Generalmente, el estator de este servomotor tiene una estructura laminada. Este estator incluye dos devanados que se colocan a 90 grados de distancia en el espacio. Debido a esta variación de fase, se genera un campo magnético rotatorio.
El primer devanado se conoce como devanado principal o también conocido como devanado de fase fija o de referencia. Aquí, el devanado principal se activa desde la fuente de suministro de voltaje constante, mientras que el otro devanado, como el devanado de control o la fase de control, se activa mediante el voltaje de control variable. Esta tensión de control se suministra simplemente desde un servoamplificador.
Generalmente, el rotor está disponible en dos tipos, tipo jaula de ardilla y tipo copa de arrastre. El rotor utilizado en este motor es un rotor tipo jaula normal que incluye barras de aluminio fijadas en ranuras y cortocircuitadas a través de los anillos de los extremos. El entrehierro se mantiene mínimo para un enlace de flujo máximo. El otro tipo de rotor, como una copa de arrastre, se usa principalmente donde la inercia del sistema giratorio se vuelve baja. Así que esto ayuda a disminuir el consumo de energía.
Principio de funcionamiento del servomotor de CA
El principio de funcionamiento del servomotor de CA es; En primer lugar, se proporciona un voltaje de CA constante en el devanado principal del servomotor del arrancador y otro terminal del estator se conecta simplemente al transformador de control en todo el devanado de control. Debido al voltaje de referencia aplicado, el eje del generador síncrono girará a una velocidad específica y obtendrá una cierta posición angular.
Además, el eje del transformador de control tiene una posición angular específica que se compara con el punto angular del eje del generador sincronizado. Entonces, la comparación de dos posiciones angulares proporcionará la señal de error. Más particularmente, se evalúan los niveles de voltaje para las posiciones equivalentes del eje, lo que produce la señal de error. Entonces, esta señal de error se comunica con el nivel de voltaje actual en el transformador de control. Después de eso, esta señal se envía al servoamplificador para que genere un voltaje de control desigual.
Mediante este voltaje aplicado, nuevamente el rotor alcanza una velocidad específica, inicia la revolución y se mantiene hasta que el valor de la señal de error llega a cero, alcanzando así la posición preferida del motor dentro de los servomotores de CA.
Función de transferencia del servomotor de CA
La función de transferencia del servomotor de CA se puede definir como la relación entre la L.T (transformada de Laplace) de la variable de salida y la L.T (transformada de Laplace) de la variable de entrada. Por lo que es el modelo matemático que expresa la ecuación diferencial que dice el o/pa i/p del sistema.
Si el T. F. (función de transferencia) de cualquier sistema, entonces la respuesta de salida se puede calcular para diferentes tipos de entradas para reconocer la naturaleza del sistema. De manera similar, si no se conoce la función de transferencia (T.F), entonces se puede encontrar experimentalmente simplemente aplicando entradas conocidas al dispositivo y estudiando la salida del sistema.
El servomotor de CA es un motor de inducción de dos fases, lo que significa que tiene dos devanados como el devanado de control (devanado de campo principal) y el devanado de referencia (devanado estimulante).
Entonces, necesitamos averiguar la función de transferencia del servomotor de CA, es decir, θ(s)/ec(s). Aquí 'θ(s)/' es la salida del sistema mientras que ex(s) es la entrada del sistema.
Para averiguar la función de transferencia del motor, necesitamos averiguar cuál es el par desarrollado por el motor 'Tm' y el par desarrollado por la carga 'Tl'. Si igualamos la condición de equilibrio como
Tm = Tl, entonces podemos obtener la función de transferencia.
Sea, Tm = par desarrollado por el motor.
Tl = par desarrollado por la carga o par de carga.
‘θ’ = desplazamiento angular.
'ω' = d θ/dt = velocidad angular.
‘J’ = momento de inercia de la carga.
'B' es el amortiguador de la carga.
Aquí, las dos constantes a considerar son K1 y K2.
'K1' es la pendiente de la tensión de fase de control frente a las características de par.
'K2' es la pendiente de las características del par de velocidad.
Aquí, el par desarrollado por el motor se denota simplemente por
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
El par de carga (TL) se puede modelar considerando la ecuación de balance de par.
Par aplicado = par opuesto debido a J,B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
Sabemos que la condición de equilibrio Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Aplique la ecuación de transformada de Laplace a la ecuación anterior
K1Ec(s) – K2 S θ(S) = J S^2θ (S) + B S θ(S)
K1Ec(s) = JS^2θ (S) + BSθ(S)+ K2S θ(S)
K1Ec(s) = θ (S)[J S^2 + BS + K2S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/ J S^2 + BS + K2S
= K1/ S [B + JS + K2]
= K1/ S [B + K2 + JS]
= K1/ S (B + K2) [1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/(B + K2) / S[1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = Km / S[1 + (J/ B + K2) *S] => Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
T.F = Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
Donde, Km = K1/ B + K2 = constante de ganancia del motor.
Tm = J/ B + K2 = constante de tiempo del motor.
Métodos de control de velocidad del servomotor de CA
Por lo general, servo motores tiene tres métodos de control como control de posición, control de par y control de velocidad.
El método de control de posición se utiliza para determinar el tamaño de la velocidad de rotación a través de señales de frecuencia de entrada externas. El ángulo de revolución está determinado por el no. de pulsos La posición y la velocidad de un servomotor se pueden asignar directamente a través de la comunicación. Como la posición del método puede tener un control extremadamente estricto sobre la posición y la velocidad, normalmente se usa dentro de la aplicación de posicionamiento.
En el método de control de par, el par de salida del servomotor se establece mediante una entrada analógica en la dirección. Puede cambiar el par simplemente cambiando el análogo en tiempo real. Además, también puede cambiar el valor en la dirección relativa a través de la comunicación.
En el modo de control de velocidad, la velocidad del motor se puede controlar mediante entrada analógica y pulso. Si hay requisitos de precisión y no hay preocupación por tanto par, entonces el modo de velocidad es mejor.
Características del servomotor de CA
A continuación se muestran las características de velocidad de par de un servomotor de CA. En las siguientes características, el par cambia con la velocidad pero no linealmente porque depende principalmente de la relación de la reactancia (X) a resistencia (R). El valor bajo de esta relación implica que el motor tiene alta resistencia y baja reactancia, en tales casos, las características del motor son más lineales que el valor alto de la relación entre la reactancia (X) y la resistencia (R).
Ventajas
Las ventajas de los servomotores de CA incluyen lo siguiente.
- Las características de control de velocidad de este motor son buenas.
- Generan menos cantidad de calor.
- Ofrecen alta eficiencia, más par por peso, confiabilidad y ruido RF reducido.
- Necesitan menos mantenimiento.
- Tienen una esperanza de vida más larga en la inexistencia de un conmutador.
- Estos motores son capaces de manejar picos de corriente más altos en maquinaria industrial.
- A altas velocidades, ofrecen un par más constante.
- Estos son altamente confiables.
- Proporcionan un rendimiento de alta velocidad.
- Estos son muy adecuados para aplicaciones de carga inestable.
Las desventajas de los servomotores de CA incluyen lo siguiente.
- El control del servomotor de CA es más difícil.
- Estos motores pueden romperse por sobrecarga constante.
- Las cajas de cambios son frecuentemente necesarias para transmitir potencia a altas velocidades.
Aplicaciones
Las aplicaciones de los servomotores de CA incluyen las siguientes.
- Los servomotores de CA son aplicables donde la regulación de posición es significativa y generalmente se encuentran en dispositivos semiconductores, robots, aeronaves y máquinas herramienta.
- Estos motores se utilizan en instrumentos que funcionan con servomecanismos, como computadoras y dispositivos de control de posición.
- El servomotor de CA se utiliza en máquinas herramienta, maquinaria robótica y sistemas de seguimiento.
- Estos servomotores se utilizan en una variedad de industrias debido a su eficiencia y versatilidad.
- El servomotor de CA se utiliza en la mayoría de las máquinas y electrodomésticos comunes, como calentadores de agua, hornos, bombas, vehículos todoterreno, equipos de jardinería, etc.
- Muchos de los electrodomésticos y herramientas que se usan todos los días en la casa funcionan con servomotores de CA.
Por lo tanto, esta es una descripción general de ac servomotores - trabajando con aplicaciones. Estos motores se utilizan en muchas aplicaciones, como instrumentos que funcionan con servomecanismos y también máquinas herramienta, sistemas de seguimiento y robótica. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es un motor de inducción?
