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Emparejando microaccionamientos CC y controladores de movimiento

Emparejando microaccionamientos CC y controladores de movimiento
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lunes 06 de septiembre de 2021, 13:05h
Perfectamente combinados en tamaño y rendimiento. Los motores CC pequeños y potentes son cruciales para el desarrollo de sistemas con una integración cada vez mayor. Estos motores impulsan la tecnología en muchos sectores diferentes, desde la tecnología médica y de laboratorio hasta la aeroespacial, robótica, óptica y fotónica, además de la maquinaria y el equipamiento industrial en general. id:75559

Pero los motores pequeños solo se convierten en un accionamiento o un sistema de posicionamiento relevante para la aplicación cuando se combinan con otros componentes como, por ejemplo, reductores, codificadores y controladores de movimiento. Es fundamental realizar la elección correcta para un funcionamiento fiable. Todos los componentes deben ser compatibles con el motor y cumplir sus requisitos. En el peor de los casos, seleccionar el controlador equivocado puede destruir un motor en un santiamén. Cuando se tiene que seleccionar un controlador de movimiento adecuado para un sistema de accionamiento, es importante responder antes unas cuantas preguntas. Por ejemplo, deben establecerse antes los movimientos que se deben realizar y debe definirse lo que esto significa respecto a los requisitos de control del motor. ¿El accionamiento funciona continuamente o en modo start-stop? ¿Es necesario un posicionamiento preciso? ¿Qué tipo de carga moverá el accionamiento? ¿Cuáles son los ciclos de carga? ¿Es necesario un reductor? ¿Cuál es el motor que mejor se adapta a la aplicación? El controlador de movimiento se selecciona entonces basándose en las respuestas. Y puede que la decisión se torne interesante porque no todos los controladores de movimiento se adaptan a todos los motores. En concreto, los micromotores CC tienen unos requisitos exclusivos debido a su diseño.

Riesgo de sobrecalentamiento
En el corazón de los micromotores y motores en miniatura CC de FAULHABER se encuentra el patentado rotor bobinado, autoportante, sin núcleo y con bobinado oblicuo y conmutación de escobillas que gira en un imán fijo. Este motor se conoce generalmente como motor con armadura tipo campana debido a su aspecto. Su diseño tiene muchas ventajas prácticas y, además, influye también en la selección del controlador de movimiento.

No se crea par de retención gracias al espacio de aire simétrico, lo cual facilita un posicionamiento preciso y un control excelente de velocidad. La relación entre carga y velocidad, corriente y par, y voltaje y velocidad es lineal. Y dado que prácticamente todo el diámetro del motor se puede utilizar para el bobinado, los motores alcanzan mayor potencia y pares para su tamaño y peso en comparación con diseños convencionales. La baja inercia del rotor garantiza, también, una constante eléctrica de tiempo extremadamente baja que hace que los motores pueden funcionar con sobrecargas muy dinámicas y pesadas. Es bastante común el triple de par continuo en modo sobrecarga y perfectamente posible en aplicaciones servo, siempre y cuando la temperatura del bobinado del motor se controle. No obstante, los motores con un diámetro de solo 22 mm o menos no tienen un sensor integrado de temperatura. Sencillamente no hay suficiente espacio. Así que, si se conecta cualquier controlador a un microaccionamiento, en el peor de los casos la bobina se quemará completamente antes de que en el exterior se note el más mínimo calor.

Problemas como estos pueden evitarse con los controladores de movimiento de FAULHABER, que han sido desarrollados para satisfacer los requisitos de los mini y microaccionamientos, y han sido probados en condiciones de funcionamiento reales. Se "calcula" la temperatura del bobinado para el correspondiente tipo de motor mediante modelos de diferente complejidad. Esto quiere decir que se puede aprovechar toda la gama dinámica para, por ejemplo, procesos rápidos de posicionamiento. La corriente también está limitada antes de que el bobinado se sobrecaliente. Los parámetros necesarios se transmiten oportunamente al controlador de accionamiento mediante el "diálogo de selección de motor" del Motion Manager de FAULHABER.

Se puede utilizar la información adicional que hay en la aplicación sobre la integración térmica en los modelos guardados en los controladores para una mayor mejora. ¿Está bien refrigerado el motor? ¿Es necesario limitar la potencia porque hay temperaturas ambiente más altas? ¿Se utiliza un reductor y codificador? Con información adicional como esta se puede utilizar también la potencia máxima del motor; por ejemplo, en un accionamiento que funciona cíclicamente en una cámara climática donde el controlador del motor registra los parámetros de temperatura ambiente del control de la cámara climática dentro de los modelos guardados. Se puede aplicar lo mismo si se conocen los ciclos de carga. El motor puede, generalmente, tener un diseño menor, lo cual es una ventaja sobre todo si se utiliza en dispositivos móviles.

Debido a la baja constante eléctrica de tiempo, lo cual beneficia a los procesos dinámicos, pueden producirse pérdidas adicionales debido a la modulación por ancho de pulsos (PWM) que es común en los controladores de accionamiento. Las constantes eléctricas de tiempo típicas de los motores de armadura tipo campana de FAULHABER son de unos 10 µs. Para frecuencias PWM por debajo de 50 kHz, el par continuo especificado en la hoja de características ya no se alcanza en muchos casos o el motor puede sobrecalentarse. Por este motivo es importante que la frecuencia PWM sea lo suficientemente alta cuando se selecciona un controlador de motor. En los controladores de movimiento de FAULHABER esta está entre 78 y 100 kHz, dependiendo del modelo. Debido al tipo de modulación, en el motor actúan hasta 200 kHz, lo cual cumple los requisitos de los motores pequeños.

Potentes y extremadamente miniaturizados
Los controladores de movimiento de la familia MC V3.0, que han sido probados durante años, tienen un uso limitado con los micromotores de FAULHABER debido a su tamaño y la resolución de la medida de corriente integrada en el motor. Aquí es donde el nuevo MC 3001 B/P entra en acción: el primer controlador de movimiento que se adapta perfectamente a servoaccionamientos más pequeños, tanto en términos de tamaño como de resolución de la medida de corriente. Con un voltaje máximo de suministro de 30 V, el controlador de movimiento tiene un tamaño de 16 x 27 x 2,6 mm (ancho x largo x alto) y alcanza una corriente continua de 1A y una corriente pico de 5 A. Con voltajes menores de suministro como, por ejemplo, en sistemas de 12 V, se pueden alcanzar fácilmente corrientes continuas de hasta 2 A. Al mismo tiempo, no comprometen el funcionamiento en comparación con los grandes miembros de su familia. Las opciones E/S y la interfaz del codificador son iguales que en el resto de la familia de producto. Están disponibles interfaces de comunicación USB, RS232 y CANopen. También se puede suministrar una interfaz compacta EtherCAT mediante una placa base (placa madre) personalizada del cliente.

Hay dos variantes disponibles de controladores: el modelo con conectores planos placa a placa (MC 3001 B) es ideal cuando se combinan varios controladores de accionamiento en una placa base. El modelo MC 3001 P tiene un conector con un hueco de 2,54 mm en los tres lados. Es fácil de integrar en su propia configuración. Por ejemplo, en aplicaciones multieje en la automatización del laboratorio. Ahora ya hay por fin controladores potentes de movimiento incluso para los accionamientos CC más pequeños de FAULHABER, que se emparejan perfectamente con los motores tanto en términos de tamaño como de funcionamiento.

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