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GUIA DE APLICAO DE SERVOACIONAMENTOS

WEG AUTOMAO www.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.

NDICE1 INTRODUO1.1 Servomotores de corrente contnua ____________ 13 1.2 Servomotores de corrente alternada ___________ 15

2 DESCRIO DO SERVOMOTOR2.1 Servomotor de corrente alternada sncrono _____ 2.2 Caractersticas construtivas __________________ 2.2.1 Sensores de posicionamento e velocidade ___________________________ Encoders ___________________________ Tacogeradores ______________________ Resolvers ___________________________ 2.2.2 Circuito magntico ____________________ ms _______________________________ Continuidade do fluxo magntico ______ Relutncia __________________________ 2.2.3 Aspectos trmicos _____________________ 19 21 21 21 22 22 23 23 26 27 30

3 DESCRIO DO SERVOCONVERSOR3.1 Constituio bsica do controlador eletrnico __ 3.1.1 Microcontrolador _____________________ 3.1.2 Memrias (Eprom - EEprom - RAM) ______ 3.1.3 Sistema de entrada e sada de dados ____ 3.2 Estgio de potncia do servoconversor _________ 3.2.1 Modulao por largura de pulsos - PWM _ Noes fundamentais ________________ Sobremodulao ____________________ PWM sncrono _______________________ PWM assncrono _____________________ Outras formas de PWM _______________ 3.2.2 Transistor IGTB (Insulated Gate Bipolar Transistor) ___________________________ 3.2.3 Servoacionamentos trifsicos ___________ 33 33 35 37 39 39 39 43 43 43 41 44 46

4 MODELAMENTO MATEMTICO E CONTROLE DO SERVOMOTOR4.1 Modelo vetorial do servomotor _______________ 49 4.2 Equao mecnica do rotor __________________ 53 4.3 Sistemas de controle ________________________ 53

5 NOES FUNDAMENTAIS E DIMENSIONAMENTO DO SERVOACIONAMENTO5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Definies _________________________________ Torque ____________________________________ Velocidade de rotao _______________________ Potncia ___________________________________ Inrcia ____________________________________ Acelerao / Desacelerao __________________ Dimensionamento de servoacionamentos ______ 5.7.1 Consideraes bsicas _________________ 5.7.2 Transmisses mecnicas _______________ 5.7.3 Dinmica das transmisses mecnicas ___ 5.7.3.1 Movimento uniforme ____________ Anlise da carga movida _____ Anlise do sistema de transmisso mecnica ________ Anlise do servomotor ________ 5.7.3.2 Movimento acelerado ___________ Anlise da carga movida _____ Anlise do sistema de transmisso mecnica ________ Anlise do servomotor ________ 5.7.3.3 Movimento de desacelerao ____ 57 57 58 59 59 60 62 62 63 67 68 68 69 71 71 72 73 77 78

6 APLICAES TPICAS PARA SERVOACIONAMENTO6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Torno de superfcie / laminador desfolhador _____ Sistemas de transporte ______________________ Trefilas ____________________________________ Misturadores _______________________________ Bobinadores / Desbobinadores ________________ Alimentao de tiras em prensas ______________ Fresagem __________________________________ Sistemas de dosagem _______________________ 83 84 86 87 87 89 90 92

7 LINHA DE SERVOACIONAMENTO WEG7.1 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 _______________________ 104 7.5 Weg Ladder Programmer - WLP ______________ 107 7.6 Servomotores SWA _________________________ 110 7.6.1 Freio eletromagntico (opcional) _______ 110 7.6.2 Encoder incremental _________________ 111 7.6.3 Protetor trmico _____________________ 111 7.6.4 Dimenses dos servomotores __________ 112 7.6.5 Servomotores SWA Padro ____________ 113

7.6.6 Servomotores SWA com freio eletromagntico _____________________ 7.6.7 Acessrios para servoacionamentos ____ Cabos padro: servomotores acionados com SCA-04 _____________ Cabos especiais: servomotores acionados com SCA-04 _____________ Cabos padro: servomotores acionados com SCA-05 _____________ Cabos especiais: servomotores acionados com SCA-05 _____________ 7.6.8 Curvas caractersticas dos servomotores SWA ___________________

115 117 117 118 119 120 122

8 INSTALAO DE SERVOACIONAMENTOS8.1 Instalao mecnica _______________________ 8.1.1 Ambiente ___________________________ 8.1.2 Posicionamento e fixao _____________ 8.2 Instalao eltrica _________________________ 8.2.1 Conexes de potncia _________________ 8.2.2 Conexes de sinal e controle ___________ 8.2.3 Reatncia de rede ____________________ 126 126 128 129 129 132 134

9 PARMETROS DO SERVOCONVERSOR9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 Parmetros de leitura _______________________ Parmetros de regulao____________________ Parmetros de configurao _________________ Parmetros de servomotor __________________ Parmetros das funes especiais ____________ Exemplos de parametrizao ________________ 142 143 144 149 149 152

10 PARMETROS DA PLACA POSICIONADORA10.1 Parmetros de leitura _______________________ 10.2 Parmetros de regulao____________________ 10.3 Parmetros de configurao _________________ 10.4 Parmetros das funes especiais ____________ 10.5 Software WEG Ladder Programmer - WLP ______ 10.5.1 Contatos e bobinas __________________ 10.5.2 STS e RTS ___________________________ 10.5.3 NTS e PTS __________________________ 10.5.4 Contador ___________________________ 10.5.5 Seguidor ___________________________ 10.5.6 Busca do zero _______________________ 10.5.7 Em velocidade ______________________ 10.5.8 Em posicionamento __________________ 10.5.9 Trajetria trapezoidal ________________ 159 160 160 161 162 163 163 163 164 164 165 166 167 167

a) Bloco Tcurve varivel _______________ b) Seta velocidade ___________________ c) Curva T com duas velocidades _______ 10.5.10 Trajetria em curva S ________________ 10.5.11 Jog _______________________________ 10.5.12 Stop ______________________________ 10.5.13 Temporizador ______________________

168 169 170 171 171 172 173

ANEXO 1 CLCULO DO MOMENTO DE INRCIA DE MASSA1 2 3 4 5 6 Momento de inrcia de formas simples ________ Teorema dos eixos paralelos _________________ Momento de inrcia de formas compostas _____ Momento de inrcia de corpos que se movem linearmente _______________________________ Transmisso mecnica ______________________ Exemplos de clculos de momento de inrcia de massa _________________________________ Clculo do momento de inrcia de massa ____ Clculo do momento de inrcia total ________ 177 179 180 181 181 182 182 183

ANEXO 2 CHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DA APLICAOServoacionamentos Folha de dados para dimensionamento ___________ 187

Referncias bibiogrficas ________________________ 189

1INTRODUO 1.1 Servomotores de corrente contnua 1.2 Servomotores de corrente alternada

1

INTRODUO

Servoacionamentos so sistemas eletromecnicos de controle de preciso. Eles encontram aplicaes em diferentes campos da indstria 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 nos servoacionamentos. Os circuitos de alimentao dos servomotores encontram-se em uma unidade chamada servoconversor. Assim: Servoacionamento = servomotor + servoconversor. Uma primeira caracterstica necessria para a escolha de um motor para tal funo relaciona-se com a facilidade e simplicidade de atuao no torque da mquina. Neste ponto, vale ressaltar a importncia do torque nos acionamentos eletromecnicos. Ele a nica grandeza comum aos mundos eltricos e mecnicos e, portanto, a varivel de interface. Tenses e correntes, por exemplo, pertencem ao mundo eltrico. J velocidades e posies so grandezas mecnicas (figura 1.1).

11

1

INTRODUO

Figura 1.1 - A importncia do torque nos acionamentos eletromecnicos

Antes do advento dos dispositivos semicondutores de potncia com capacidade de conduo e bloqueio, como o IGBT, dos materiais magnticos de elevado magnetismo remanente e fora coercitiva, como o NdFe-B ou o Sm-Co, e dos microprocessadores de baixo custo, ocorridos nas ltimas dcadas do sculo XX, os motores de corrente contnua (CC) ocupavam o maior espao das aplicaes em servoacionamentos, pois eram os motores que permitiam o controle do torque com mais facilidade e preciso. Nesta apostila, ser visto que os Motores Sncronos de m Permanente (MSIP), acionados por circuitos de eletrnica de potncia e controlados por microprocessadores digitais, representam o estado da arte dos servoacionamentos. Sero apresentadas informaes sobre a construo dos motores, sobre ms e sensores, circuitos magnticos e de eletrnica de potncia, microprocessadores, tcnicas de controle e aplicaes tpicas. Os servomotores CC sero inicialmente apresentados apenas como ponto de referncia ou paradigma para o estudo dos modernos servomotores WEG.

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INTRODUO

1.1 SERVOMOTORES DE CORRENTE CONTNUA

O torque nas mquinas de corrente contnua dado pela relao: T = k1 . . ia onde: T k1 ia = torque; = constante que depende das caractersticas construtivas da mquina; = fluxo magntico; e = corrente de armadura. (1.1)

Mantendo-se constante, o torque pode ser diretamente modificado pela corrente. Por sua vez, a corrente dada por: va = Ra . ia + La . (d ia / dt) + ea onde: va Ra La = tenso de armadura