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PMR2450 - Projeto de Máquinas
Mecatrônica - EPUSP
Acionamentos e Sensores para Máquinas CNC
Julio Cezar Adamowski
setembro/2005
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Acionamentos Motores elétricos
Principais tipos de motor elétrico:motor CA de induçãomotor Brushless (CA e CC) mais utilizadomotor CCmotor de passo
Características: linearidadetorquevelocidadegeração de calor massa
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Motor de passo
Imã permanenteRelutância variávelHíbrido
Passo completo: 200 p/volta
Meio passo: 400 p/volta
Curva de torque x velocidade
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torque
velocidade
pull-out
pull-in J2
J1 inércia da carga J2 < J1
Curva torque x velocidade: motor de passo
Acoplamento motor - carga
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Núcleo de ferro � aumenta o fluxo magnético
(elevada permeabilidade magnética)
Enrolamentos no rotor � comutação através de escovas
Motor CC
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-Vs
+Vs
M M
+Vs
Amplificador chaveado - PWM
duas fontes uma fonte
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Torque, velocidade e potência
Torque x velocidade
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Potência
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Motor de corrente contínua sem escovas (brushless)
Enrolamentos no estator e imãs permanentes no rotor
� sensores de posição no rotor para comutação no estator
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geração de calor
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Características de torque x velocidade angular
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Motor brushless
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Motor de passo
Imã permanenteRelutância variávelHíbrido
Passo completo: 200 p/volta
Meio passo: 400 p/volta
Curva de torque x velocidade
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torque
velocidade
pull-out
pull-in J2
J1 inércia da carga J2 < J1
Curva torque x velocidade: motor de passo
Acoplamento motor - carga
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Principais problemas nos 3 tipos de motores
Motor de passo
Tem operação limitada a baixas rotações: limitação na velocidadede chaveamento das fases
Não suporta picos de torque: perde sincronismo
Motor CC
Uso de escovas: desgaste, produção de detritos e centelhamento
Enrolamento no rotor: aquecimento devido a perdas nos condutoreselétricos e conseqüente aquecimento dos componentes mecânicos ligados ao eixo do motor
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Motor Brushless
Imãs permanentes no rotor: passível de desmagnetização quando submetido a correntes elétricas ou temperaturas elevadas
Torque de retenção devido aos imãs permanentes, quando acionado com formas de ondas quadradas ou trapezoidais. Desaparece quando acionado com forma de onda senoidal (difícil de implementar)
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Dimensionamento
Torque, rotação, inércia do rotor, potência, rigidez
Constante de tempo: inércia de massa do sistema mecânico e rigidez do atuador
Constante de tempo do controlador: pelo menos a metade da constante de tempo mecânica (na prática, 10 a 20 vezes menor)
Casamento de inércias: inércia da carga = inércia do motor � potência do motor pelo menos 2 vezes a potência da carga
Taxa de potência: PR =T2/J (W/s)
Significa: quão rápido o motor consegue acelerar sua própria inércia
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Constante mecânica de tempo:te
efam kk
JR=τ
Ra resistência do enrolamento (�)
Jef inércia efetiva (kg.m2)
kt constante de torque (Nm/A)
ke constante da força contra-eletromotriz (Vs/rad)
Ha indutância do enrolamento (H)
a
ae R
H=τConstante elétrica de tempo:
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Controlador CNC
motor
encoder
Amplificador PWM
Leitor de encoder
Controle potência
Controlador
PID
fonte de alimentação
LM 629
Acionamento eletrônico motor CC
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l
L
X
Y
Relação L/l < 1: acionamento em ambos os lados do eixo X
controlador: estratégia mestre - escravo
eliminação de folgas!
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SensoresChaves de fim de curso:
mecânico
bouncing!
óptico
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Encoder óptico
Incremental
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Encoder óptico incremental
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Sinal elétrico
•Sentido de movimento
•vibração limitação: 125 fendas/mm
Encoder óptico incremental
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Encoder óptico
Absoluto
código gray código binário
Por que código gray?
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Encoder óptico absoluto
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Encoder absoluto multi-voltas
4096 (12 bits) posições/volta
Contagem de 4096 (12 bits) voltas
Transmissão por engrenagens
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Detector de quadratura e contador
Componente eletrônico: HCTL 2016
contador de 16 bits
Sentido de movimento
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Leitura de encoder - HCTL 2016
fCLK > 6.fCHA