acionamento guia de aplicacao de servoacionamentos

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  • GUIA DEAPLICAO DE

    SERVOACIONAMENTOS

    GUIA DEAPLICAO DE

    SERVOACIONAMENTOS

    WEG AUTOMAOwww.weg.com.br

  • AUTORIA

    AUTORIA

    AUTORIA

    AUTORIA

    AUTORIA

    AUTORIA:

    Este Guia de Servoacionamentos foi

    escrito pelos Dr. Richard M. Stephan

    (coordenao do trabalho e criao

    dos captulos 1, 2, 3, 4 e parte do 5), Dr.

    Vitor F. Romano (captulo 5 e parte do

    captulo 6) e Dr. Lus Guilherme B. Rolim

    (captulo 3.1), todos professores da

    Universidade Federal do Rio de Janeiro -

    UFRJ.

    Coube WEG a criao dos captulos

    7, 8, 9, 10 e anexos I e II como tambm a

    reviso tcnica do mesmo.

  • 1.1 Servomotores de corrente contnua ____________ 131.2 Servomotores de corrente alternada ___________ 15

    2.1 Servomotor de corrente alternada sncrono _____ 192.2 Caractersticas construtivas __________________ 21

    2.2.1 Sensores de posicionamento evelocidade ___________________________ 21 Encoders ___________________________ 21 Tacogeradores ______________________ 22 Resolvers ___________________________ 22

    2.2.2 Circuito magntico ____________________ 23 ms _______________________________ 23 Continuidade do fluxo magntico ______ 26 Relutncia __________________________ 27

    2.2.3 Aspectos trmicos _____________________ 30

    3.1 Constituio bsica do controlador eletrnico __ 333.1.1 Microcontrolador _____________________ 333.1.2 Memrias (Eprom - EEprom - RAM) ______ 353.1.3 Sistema de entrada e sada de dados ____ 37

    3.2 Estgio de potncia do servoconversor _________ 393.2.1 Modulao por largura de pulsos - PWM _ 39

    Noes fundamentais ________________ 39 Sobremodulao ____________________ 43 PWM sncrono _______________________ 43 PWM assncrono _____________________ 43 Outras formas de PWM _______________ 41

    3.2.2 Transistor IGTB (Insulated Gate BipolarTransistor) ___________________________ 44

    3.2.3 Servoacionamentos trifsicos ___________ 46

    4.1 Modelo vetorial do servomotor _______________ 494.2 Equao mecnica do rotor __________________ 534.3 Sistemas de controle ________________________ 53

    NDICENDICE1

    INTRODUO

    2

    DESCRIO DOSERVOMOTOR

    3

    DESCRIO DOSERVOCONVERSOR

    4

    MODELAMENTOMATEMTICO ECONTROLE DOSERVOMOTOR

  • 5NOESFUNDAMENTAIS EDIMENSIONAMENTO DOSERVOACIONAMENTO

    5.1 Definies _________________________________ 575.2 Torque ____________________________________ 575.3 Velocidade de rotao _______________________ 585.4 Potncia___________________________________ 595.5 Inrcia ____________________________________ 595.6 Acelerao / Desacelerao __________________ 605.7 Dimensionamento de servoacionamentos ______ 62

    5.7.1 Consideraes bsicas _________________ 625.7.2 Transmisses mecnicas _______________ 635.7.3 Dinmica das transmisses mecnicas ___ 67

    5.7.3.1 Movimento uniforme ____________ 68 Anlise da carga movida _____ 68 Anlise do sistema de

    transmisso mecnica ________ 69 Anlise do servomotor ________ 71

    5.7.3.2 Movimento acelerado ___________ 71 Anlise da carga movida _____ 72 Anlise do sistema de

    transmisso mecnica ________ 73 Anlise do servomotor ________ 77

    5.7.3.3 Movimento de desacelerao ____ 78

    6.1 Torno de superfcie / laminador desfolhador _____ 836.2 Sistemas de transporte ______________________ 846.3 Trefilas ____________________________________ 866.4 Misturadores _______________________________ 876.5 Bobinadores / Desbobinadores ________________ 876.6 Alimentao de tiras em prensas ______________ 896.7 Fresagem __________________________________ 906.8 Sistemas de dosagem _______________________ 92

    7.1 Caractersticas tcnicas do servoconversor _____ 95 Dimenses dos servoconversores_____________ 98 Autotransformador ________________________ 99

    7.2 Resistor de frenagem _______________________ 100 Dimenses de resistor de frenagem RF-200 ___ 100

    7.3 Interface Homem-Mquina remota ___________ 101 Interface remota para o servoconversor ______ 101

    7.4 Placa posicionadora _______________________ 1047.5 Weg Ladder Programmer - WLP ______________ 1077.6 Servomotores SWA _________________________ 110

    7.6.1 Freio eletromagntico (opcional) _______ 1107.6.2 Encoder incremental _________________ 1117.6.3 Protetor trmico _____________________ 1117.6.4 Dimenses dos servomotores __________ 1127.6.5 Servomotores SWA Padro ____________ 113

    7

    LINHA DESERVOACIONAMENTOWEG

    6

    APLICAES TPICASPARASERVOACIONAMENTO

  • 7.6.6 Servomotores SWA com freioeletromagntico _____________________ 115

    7.6.7 Acessrios para servoacionamentos ____ 117 Cabos padro: servomotores

    acionados com SCA-04 _____________ 117 Cabos especiais: servomotores

    acionados com SCA-04 _____________ 118 Cabos padro: servomotores

    acionados com SCA-05 _____________ 119 Cabos especiais: servomotores

    acionados com SCA-05 _____________ 1207.6.8 Curvas caractersticas dos

    servomotores SWA ___________________ 122

    8.1 Instalao mecnica _______________________ 1268.1.1 Ambiente ___________________________ 1268.1.2 Posicionamento e fixao _____________ 128

    8.2 Instalao eltrica _________________________ 1298.2.1 Conexes de potncia_________________ 1298.2.2 Conexes de sinal e controle ___________ 1328.2.3 Reatncia de rede ____________________ 134

    9.1 Parmetros de leitura_______________________ 1429.2 Parmetros de regulao____________________ 1439.3 Parmetros de configurao _________________ 1449.4 Parmetros de servomotor __________________ 1499.5 Parmetros das funes especiais ____________ 1499.6 Exemplos de parametrizao ________________ 152

    10.1 Parmetros de leitura_______________________ 15910.2 Parmetros de regulao____________________ 16010.3 Parmetros de configurao _________________ 16010.4 Parmetros das funes especiais ____________ 16110.5 Software WEG Ladder Programmer - WLP ______ 162

    10.5.1 Contatos e bobinas __________________ 16310.5.2 STS e RTS ___________________________ 16310.5.3 NTS e PTS __________________________ 16310.5.4 Contador ___________________________ 16410.5.5 Seguidor ___________________________ 16410.5.6 Busca do zero _______________________ 16510.5.7 Em velocidade ______________________ 16610.5.8 Em posicionamento __________________ 16710.5.9 Trajetria trapezoidal ________________ 167

    9

    PARMETROS DOSERVOCONVERSOR

    10

    PARMETROS DA PLACAPOSICIONADORA

    8

    INSTALAO DESERVOACIONAMENTOS

  • a) Bloco Tcurve varivel _______________ 168b) Seta velocidade ___________________ 169c) Curva T com duas velocidades _______ 170

    10.5.10 Trajetria em curva S________________ 17110.5.11 Jog _______________________________ 17110.5.12 Stop ______________________________ 17210.5.13 Temporizador ______________________ 173

    1 Momento de inrcia de formas simples ________ 1772 Teorema dos eixos paralelos _________________ 1793 Momento de inrcia de formas compostas _____ 1804 Momento de inrcia de corpos que se movem

    linearmente _______________________________ 1815 Transmisso mecnica______________________ 1816 Exemplos de clculos de momento de inrcia

    de massa _________________________________ 182 Clculo do momento de inrcia de massa ____ 182 Clculo do momento de inrcia total ________ 183

    ServoacionamentosFolha de dados para dimensionamento ___________ 187

    Referncias bibiogrficas________________________ 189

    ANEXO 2

    CHECK-LIST PARADETALHAMENTO DAAPLICAO

    ANEXO 1

    CLCULO DO MOMENTODE INRCIA DE MASSA

  • 1INTRODUO

    1.1 Servomotores de corrente contnua

    1.2 Servomotores de corrente alternada

  • 11

    INTRODUO1Servoacionamentos so sistemas eletromecnicos decontrole de preciso.

    Eles encontram aplicaes em diferentes campos daindstria como, por exemplo:

    Mquinas-ferramenta a comando numrico

    Sistemas de posicionamento

    Linhas de transporte

    Robs industriais

    Sistemas flexveis de manufatura.

    Servomotores so os motores utilizados nosservoacionamentos.

    Os circuitos de alimentao dos servomotoresencontram-se em uma unidade chamadaservoconversor.

    Assim:

    Servoacionamento = servomotor + servoconversor.

    Uma primeira caracterstica necessria para a escolhade um motor para tal funo relaciona-se com afacilidade e simplicidade de atuao no torque damquina.

    Neste ponto, vale ressaltar a importncia do torque nosacionamentos eletromecnicos. Ele a nica grandezacomum aos mundos eltricos e mecnicos e, portanto, avarivel de interface. Tenses e correntes, por exemplo,pertencem ao mundo eltrico. J velocidades eposies so grandezas mecnicas (figura 1.1).

  • 12

    INTRODUO1

    Figura 1.1 - A importncia do torque nos acionamentos eletromecnicos

    Antes do advento dos dispositivos semicondutores depotncia com capacidade de conduo e bloqueio,como o IGBT, dos materiais magnticos de elevadomagnetismo remanente e fora coercitiva, como o Nd-Fe-B ou o Sm-Co, e dos microprocessadores de baixocusto, ocorridos nas ltimas dcadas do sculo XX, osmotores de corrente contnua (CC) ocupavam o maiorespao das aplicaes em servoacionamentos, poiseram os motores que permitiam o controle do torquecom mais facilidade e preciso.

    Nesta apostila, ser visto que os Motores Sncronos dem Permanente (MSIP), acionados por circuitos deeletrnica de potncia e controlados pormicroprocessadores digitais, representam o estado daarte dos servoacionamentos. Sero apresentadasinformaes sobre a construo dos motores, sobrems e sensores, circuitos magnticos e de eletrnica depotncia, microprocessadores, tcnicas de controle eaplicaes tpicas.

    Os servomotores CC sero inicialmente apresentadosapenas como ponto de referncia ou paradigma para oestudo dos modernos servomotores WEG.

  • 13

    O torque nas mquinas de corrente contnua dadopela relao: