Controle de movimento e servoacionamentos

Servoacionamentos
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Confidential Property of Schneider Electric |
Conceituações Gerais
Conceitos básicos de servo acionamentos e controle de movimentos

Conceitos e Definições
✓ Velocidade (Rotação)
Quando nos referimos às máquinas elétricas convencionais estaremos falando de
rotações por minuto (rpm). Para cálculos em radianos por segundo, utilizaremos a seguinte relação:
2π = 1volta 2π/s = 1volta/s
2π/s = 60voltas/min
2π/60s = rpm
0,105ω = N
Onde
N = Velocidade (rpm)
ω = Velocidade (rad/s)

✓ Conjugado (Torque)
É a capacidade de torção, ou força, que o sistema exerce no eixo do motor, produzindo o
acionamento da carga. O torque pode ser expresso da seguinte forma:
C = F x R
Onde:
C = Conjugado (Nm)
F = Força (N)
R = Raio (m)

✓ Momento de Inércia
É a resistência que um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de rotação.
Depende do eixo em torno do qual ele está girando e, também, da forma do corpo e como sua massa
está distriuída. O momento de inércia da carga acionada é umas das características fundamentais
para se verificar, através do tempo de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro das
condições exigidas.
Rotação: 𝒏 𝟐 =
𝒏 𝟏
𝒊
T𝐨𝐫𝐪𝐮𝐞: 𝑪 𝟐 = 𝑪 𝟏 x i
Inércia: 𝑱𝒍𝒐𝒂𝒅𝟐 =
𝑱 𝒍𝒐𝒂𝒅𝟏
𝒊 𝟐
Inércia refletida
𝑱𝒍𝒐𝒂𝒅𝒓𝒆𝒇 =
𝑱𝒍𝒐𝒂𝒅𝟏
𝒊 𝟐
𝑱Σ = 𝑱 𝑴𝑶𝑻 + 𝑱𝒍𝒐𝒂𝒅𝒓𝒆𝒇i > 1 Reduz a velocidade e aumenta o torque
i < 1 aumenta a velocidade e diminui o torque

• Translação • Rotação
✓ Trabalho
Sempre que a força aplicada produz movimento, temos um trabalho realizado. Trabalho é
definido como sendo o produto da força pela distância percorrida
𝑾 = 𝑭 x d
Onde:
W = Trabalho (Nm)
F = Força (N)
d = deslocamento (m)
𝑾 = 𝑻 x φ
Onde:
W = Trabalho (Nm)
T = Torque (Nm)
φ = rotação (rad)

• Translação • Rotação
✓ Potência
É a relação entre o trabalho e o tempo. Mede a capacidade de trabalho no tempo.
𝑷 = 𝑭 x v
Onde:
P = Potência (W)
F = Força (N)
V = velocidade (m/s)
t = tempo (s)
Onde:
P = Potência (W)
T = Torque (Nm)
ω = velocidade (rad/s)
t = tempo (s)
𝑷 =
𝑾
𝒕
𝑷 = 𝑻 x ω 𝑷 =
𝑾
𝒕

✓ Potência
A unidade mais usual para a medida de potência é o cavalo vapor (cv).
Unidades de potência
P [kW] = 0,736 P [cv]
P [kW] = 0,746 P [hp]
Cavalo vapor (cv): Equivale à potência necessária para elevar verticalmente 75kg à 1m/s.
Horse power (hp): Equivale à potência necessária para elevar verticalmente 550 lb à 1ft/s.

Motor Carga
✓ Eficiência
A eficiência é a relãção entre a potência de saída e a de entrada.

Sistema de Acionamento
• Definição:
• Conjunto ou dispositivo capaz de colocar uma carga em movimento e mantê-lo de forma controlada.
• Dispositivos de um Sistema de Acionamento convencional:

Tipos de Motores Elétricos
Page 11

• O que são Servoacionamentos?
• Grupo de equipamentos que foram desenvolvidos para ter altas acelerações, dinamismo e precisão.
• Servoacionamentos são sistemas que apresentam:
• Dinâmica,
• Precisão
• Alta capacidade de velocidade e sobrecarga.
• Por que utilizar um servoacionamento?
• Devido seu baixo momento de inércia, estes acionamentos são essenciais para áreas de automação
que exijam tais características.
• Onde se utiliza?
• Normalmente em aplicações que não trabalhamos no regime S1
Page 12
Servoacionamento

Dispositivos de um Servoacionamento

Servomotores
• Composição básica

Servomotores
• Gráfico de Conjugado x Velocidade de um servo motor
100 %
200 %
300 %
Pico de conjugado
Pico de conjugado fixo pela
Limitação de corrente
Área de
operação
contínua
450
0
0 1000 2000
r.p.m.
Pico de
conjugado
limitado pela
tensão máx.
Área de
operação
intermitente
3000

• São dispositivos de medição que, a
partir do ângulo de rotação do motor,
conseguem gerar informações do tipo:
velocidade angular (rotação), posição
e sentido de rotação.
• Os dispositivos de medição fornecidos
no mercado são:
• Encoder Incremental
• Encoder Absoluto
• Resolver
Dispositivos de realimentação
Page 16

Sistemas de encoder - Vantagens e desvantagens
Sistema de
encoder
Vantagens
+
Desvantagens
-
Encoder
incremental
•Possibilidade de projeto robusto
•Amplamente difundido em equipamentos,
boa resolução, diversas posições de
montagem
•Informação de posição é
perdida em caso de falha
de energia
Encoder
Absoluto
•Informação de posição mantida sem
energia
•Posição absoluta é enviada para a saída
•Possibilidade de resoluções muito altas
•Custo
Resolver •Projeto robusto
•Não afetado por variações de vibração ou
temperatura
•Necessária forte avaliação
•Instalação relativamente
difícil no eixo do motor

Aplicações para Servoacionamentos
• Facas e serras rotativas
• Máquinas de processamento para plástico
• Usinagem de metais
• Processamento de papel
• Processamento de chapas de metal
• Sistemas de empacotamento
• Processamento de madeira
• Tecnologia de matérias para construção
• Robótica
• Tecidos

Vantagens e Desvantagens
Por que usar servo?
Page 19
Larga escala de ajuste
de velocidade
Grande precisão
de velocidade
Alta precisão de
posicionamento
Torque estático
Alta dinâmica
Alta capacidade
de sobrecarga
Não há necessidade de
refrigeração externa Custo relativamente alto
Baixas potências

Controle de Movimento
O que é Motion?
Page 20Confidential Property of Schneider Electric |

• Motion é uma mudança de posição ou localização de um objeto, em um
determinado momento
• São dois tipos de movimentos
O que é MOTION?
Movimento Circular ou RotativoMovimento Linear
Xa Xb

• E duas formas de controlá-los
O que é MOTION?
Independentemente Sincronizado
O importante é o ponto final O ponto final e a trajetória são importantes

Funções de motion
• Eixo simples
• Multi-eixos coordenados (Eixos Independentes)
• Multi –eixos como Mestre/Escravo simples (Eixos Sincronizados)
• Multi –eixos como Mestre/Escravo complexo (Eixos Sincronizados)
• Multi-eixos Interpolado (eixos Sincronizados)
EixoSimples
Complexom
estre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado
1 eixo = 1 Servo Aciomento + 1 Servo Motor

Eixo Simples
Movimento
absoluto
ou relativo
Clamping:
Movimento
absoluto
+controle
de torque
Velocidade
mais
movimento
relativo
Velocidade
Eixo
Controle de movimento não é necessário
EixoSimples
Complexo
mestre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado

Multi-eixos Coordenados
• Controle de multiplos motores
• Cada motor se move independentemente (própria
posição alvo e perfil de velocidade)
Controlador de movimentos não necessário , mas PLC sim
EixoSimples
Complexo
mestre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado

Multi-eixo Mestre/Escravo
• O Escravo segue a posição ou velocidade do mestre
• Um coeficiente ou offset pode ser configurado
• Frequentemente utilizado para trocar eixos mecânicos
antigos
• Maix flexibilidade
• Fácil manutenção
• Melhor performance
• Baixo Ruido audível
Controlador de movimento necessário
Engrenagem
simples em
posição ou
velocidade
EixoSimples
Complexo
mestre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado

Multi-eixo Mestre/ Escravo
• O Escravo é ligado ao mestre através de um complexo perfil de posicionamento
• Geralmente utilizados para substituir movimentos mecânicos antigos
Movimento
absoluto
ou relativo
Clamping:
movimento
absoluto +
controle de
torque
EixoSimples
Complexo
mestre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado

• Necessário para seguir uma trajetória (múltiplos motores)
• Linear
• Não Linear (Cubico, Polinomial, Circular, Desenho específico…)
• O controlador deteremina o movimento de cada eixo
Multi-eixos Sincronizados (interpolados)
Linear Não linear
EixoSimples
Complexo
mestre /
escravo
Interpolado
Simples
mestre /
escravo
Coordenado

_
Frenagem
Nas aplicações em que o motor é empregado em processos que exijam paradas rápidas ou inversão de
rotação, o recurso de frenagem é necessário. É o caso das pontes rolantes. Esta frenagem pode ser de
natureza elétrica ou mecânica.
Tipos de frenagem elétrica mais comuns
• Frenagem por injeção de corrente contínua
• Frenagem por fluxo
• Frenagem reostática
• Frenagem regenerativa

Frenagem Dinâmica
Operação em quatro quadrantes

Apoio:

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