¿Cómo seleccionar el servomotor adecuado para aplicaciones industriales?

Seleccionando unservomotorpara una máquina industrial no es simplemente una cuestión de elegir la potencia o el par más alto disponible.

Un servomotor es parte de un sistema completo de control de movimiento. Su rendimiento depende de qué tan bien se adapta el motor a la carga, velocidad, aceleración, inercia, requisitos de control y entorno de trabajo de la máquina.

Elija un motor que sea demasiado pequeño y puede sufrir sobrecalentamiento, alarmas de sobrecarga, mala aceleración o errores de posicionamiento.

Elija uno que sea innecesariamente grande y es posible que pague más por el motor y el variador, al tiempo que agrega inercia y espacio de instalación innecesarios.

El servomotor adecuado es aquel que se adapta a los requisitos de movimiento reales de su máquina.

Esta guía explica los factores clave que los ingenieros, los fabricantes OEM y los compradores industriales deben considerar al seleccionar un servomotor.

¿Qué es un servomotor?

Un servomotor es un motor diseñado para proporcionar un control preciso deposición, velocidad y par.

A diferencia de un motor convencional que puede funcionar simplemente recibiendo un comando de voltaje o frecuencia, un servomotor normalmente funciona como parte de un sistema de control de circuito cerrado-.

Un servosistema típico incluye:

• servomotor
• servoaccionamiento
• Codificador
• controlador de movimiento
• Fuente de alimentación
• Transmisión mecánica

El codificador monitorea continuamente el movimiento real del motor.

El controlador compara la posición o velocidad real con el valor objetivo y el servoaccionamiento ajusta el motor en consecuencia.

Este circuito de retroalimentación permite que el sistema corrija errores de movimiento mientras la máquina está en funcionamiento.

Es por eso que los servomotores se utilizan ampliamente cuando una aplicación requiere un movimiento repetible, preciso y dinámico.

¿Por qué es tan importante la selección del servomotor?

El motor es uno de los componentes clave que determinan el comportamiento de una máquina.

Un servomotor correctamente seleccionado puede proporcionar:

• Posicionamiento estable
• Aceleración rápida
• Control de velocidad preciso
• Salida de par confiable
• Menor consumo de energía
• Mayor vida útil del equipo

Un motor seleccionado incorrectamente puede crear problemas difíciles de resolver después de la instalación.

Por ejemplo, si el motor no tiene suficiente par máximo, la máquina puede funcionar normalmente a velocidad constante pero fallar cuando necesita acelerar rápidamente.

Si la inercia del motor no se adapta bien a la carga, la máquina puede vibrar o sobrepasar su posición objetivo.

Si el motor y el variador no coinciden correctamente, el sistema puede generar alarmas frecuentes aunque el motor esté funcionando normalmente.

Es por eso que la selección del servomotor debe comenzar con el perfil de movimiento de la máquina en lugar de un catálogo de motores.

Paso 1: determine el torque requerido

El par es una de las primeras especificaciones que debes calcular.

El par motor requerido generalmente proviene de varias fuentes:

• Par de carga
• Fricción
• Gravedad
• Aceleración
• Pérdidas de transmisión mecánica.

El punto importante es queEl par continuo y el par máximo no son lo mismo..

Torque continuo

El par continuo es el par que el motor puede proporcionar durante el funcionamiento normal sin exceder sus límites térmicos.

Esto es importante para aplicaciones como:

• Transportadores
• Zapatillas
• Maquinaria de procesamiento continuo
• Equipo rotativo

El par continuo del motor debe ser suficiente para la carga operativa normal.

Par máximo

Se requiere un par máximo durante períodos cortos durante el movimiento exigente.

Los ejemplos típicos incluyen:

• Aceleración rápida
• desaceleración rápida
• Arranque bajo carga
• Cambios repentinos de carga
• marcha atrás frecuente

Una máquina puede requerir un par continuo relativamente modesto pero un par máximo significativamente mayor.

Por lo tanto, seleccionar un servomotor basándose únicamente en la carga promedio puede resultar en un rendimiento dinámico deficiente.

Paso 2: determine la velocidad requerida

Después de calcular el par, determine qué tan rápido debe funcionar el motor.

Considere tres valores:

• Velocidad mínima de funcionamiento
• Velocidad de funcionamiento normal
• Velocidad máxima de funcionamiento

No asuma que un motor con altas RPM máximas será automáticamente adecuado.

La pregunta más importante es:

¿Cuánto torque puede proporcionar el motor a la velocidad que su máquina realmente necesita?

Las características de velocidad de par-de un servomotor siempre deben revisarse antes de comprarlo.

Para aplicaciones que requieren alta velocidad y alto torque, el motor y el variador deben seleccionarse como un sistema combinado.

Paso 3: Calcular la inercia de carga

La inercia de la carga a menudo se pasa por alto durante la selección del servomotor.

La inercia representa la resistencia de un objeto a los cambios en el movimiento de rotación.

Una máquina con una gran masa giratoria puede requerir un par significativo sólo para acelerar, incluso cuando la velocidad operativa final es relativamente baja.

Ejemplos de cargas de alta-inercia incluyen:

• Rodillos grandes
• Mesas giratorias
• Volantes
• Engranajes grandes
• Husillos
• Brazos robóticos pesados

Si la inercia de la carga no coincide con la del motor, puede experimentar:

Aceleración lenta

• Excederse
• Vibración
• Errores de posicionamiento
• inestabilidad del servo

Para un control de movimiento de alto-rendimiento, la adaptación de la inercia puede ser tan importante como la potencia nominal del motor.

Paso 4: comprenda su perfil de movimiento

Se debe seleccionar un servomotor en función del ciclo de movimiento completo.

Por ejemplo, imagine una máquina que:

• Acelera de cero a 2.000 RPM.
• Corre a velocidad constante.
• Desacelera rápidamente.
• Se detiene en una posición precisa.
• Invierte la dirección.
• Repite el ciclo cada pocos segundos.

Esta aplicación impone exigencias muy diferentes al motor en comparación con una máquina que simplemente funciona continuamente a 2000 RPM.

Al seleccionar un servomotor, considere:

• tiempo de aceleración
• tiempo de desaceleración
• tiempo de ciclo
• Velocidad de funcionamiento
• Frecuencia de parada
• Frecuencia de inversión
• Variación de carga

El perfil de movimiento completo ofrece una imagen mucho más precisa de la capacidad del motor requerida.

Paso 5: elija el voltaje del motor adecuado

Los servomotores están disponibles en diferentes clases de voltaje.

Las opciones comunes incluyen:

• 12V
• 24V
• 48V
• 60V
• 90V
• 220V
• 380V

El voltaje correcto depende de la arquitectura eléctrica de la máquina.

Servomotores de bajo-voltaje

Los servomotores de 24V y 48V son comunes en:

• AGV
• AMR
• Robots móviles
• Equipo-que funciona con batería
• Sistemas de automatización compactos

Su principal ventaja es la compatibilidad con sistemas de alimentación de CC de bajo-voltaje.

Servomotores de mayor-voltaje

Los servosistemas de 220 V y 380 V son más comunes en maquinaria industrial que requiere mayor potencia.

Pueden reducir los requisitos actuales para una potencia de salida determinada y son adecuados para sistemas de automatización más grandes.

El punto importante es no seleccionar el voltaje basándose únicamente en las preferencias del motor.

El voltaje del motor debe coincidir con la fuente de alimentación disponible y el sistema de servoaccionamiento completo.

Paso 6: seleccione el codificador correcto

El codificador proporciona retroalimentación al servosistema.

Diferentes aplicaciones requieren diferentes resoluciones de retroalimentación.

Las opciones de codificador comunes incluyen:

Codificador incremental

Proporciona información de posición relativa.

Es adecuado para muchas aplicaciones industriales generales donde el costo y la simplicidad son importantes.

Codificador absoluto

Proporciona la posición absoluta del motor.

Esto es útil cuando la máquina necesita conocer su posición inmediatamente después del arranque o de la recuperación de energía.

Codificador de alta-resolución

Se utiliza cuando se requiere un posicionamiento extremadamente preciso o una operación suave y a baja velocidad-.

Para aplicaciones como maquinaria de precisión, robótica y equipos CNC, la resolución del codificador debe evaluarse cuidadosamente en lugar de tratarse como una especificación menor.

Paso 7: decida si necesita un freno

No se requiere un freno para cada servomotor.

Sin embargo, se vuelve importante cuando el motor debe sostener una carga de manera segura después de que se corta la energía.

Las aplicaciones típicas incluyen:

• Sistemas de elevación vertical
• Polipastos
• brazos robóticos
• Ascensores
• Maquinaria del eje Z-

Por ejemplo, si un servomotor controla una carga vertical, la gravedad puede hacer que la carga se mueva hacia abajo cuando el motor está apagado.

Un freno de parada puede ayudar a evitar movimientos no deseados.

Sin embargo, un freno de motor no debe considerarse automáticamente como el principal dispositivo de seguridad. Los requisitos de seguridad deben evaluarse de acuerdo con el diseño completo de la máquina y las regulaciones aplicables.

Paso 8: considere si es necesaria una caja de cambios

Una caja de cambios puede resultar útil cuando la aplicación requiere un par de salida elevado a una velocidad relativamente baja.

Por ejemplo:

• Velocidad del motor: alta
• Velocidad de salida requerida: baja
• Par de salida requerido: alto

Una caja de cambios puede convertir la velocidad del motor en un par de salida más alto.

Las cajas de cambios se utilizan comúnmente en:

• Robótica
• Mesas giratorias
• Sistemas de posicionamiento-de alta resistencia
• Equipos de manipulación de materiales
• Automatización industrial

Sin embargo, agregar una caja de cambios también introduce:

• Pérdidas mecánicas
• Reacción
• Costo adicional
• Mantenimiento adicional

Para aplicaciones de precisión, se debe considerar cuidadosamente el juego de la caja de cambios.

Paso 9: Verifique el entorno operativo

Un servomotor instalado en una fábrica limpia no enfrenta las mismas condiciones que uno instalado cerca de polvo, humedad, aceite o vibraciones.

Antes de elegir un motor, evalúe:

Temperatura ambiente

• Humedad
• Polvo
• Exposición al agua
• Exposición a aceites o sustancias químicas
• Vibración
• Orientación de instalación

El nivel de protección, el diseño de refrigeración y la carcasa del motor deben ser apropiados para el entorno real.

Para aplicaciones exigentes, se deben proporcionar las condiciones ambientales al proveedor antes de seleccionar el motor.

Paso 10: considere el ciclo de trabajo y el rendimiento térmico

Un servomotor puede ser capaz de producir un par máximo alto, pero normalmente el par máximo no se puede mantener indefinidamente.

El rendimiento térmico del motor depende de:

• Par continuo
• par RMS
• Velocidad de funcionamiento
• Frecuencia de aceleración
• Temperatura ambiente
• Método de enfriamiento
• tiempo de ciclo

Una máquina que acelera y se detiene cientos de veces por hora puede generar considerablemente más calor que una máquina que funciona a velocidad constante.

Es por eso que el ciclo de trabajo debe ser parte del proceso de selección del motor.

¿Cuánto margen de seguridad debería dejar?

Agregar algo de margen es sensato, pero simplemente elegir un motor varias veces mayor que la carga calculada no es necesariamente una buena decisión de ingeniería.

Un margen muy pequeño puede causar:

• Sobrecarga
• Temperatura excesiva
• Mala aceleración
• Vida útil reducida

Demasiado margen puede causar:

• Mayor costo de compra
• Tamaño de motor más grande
• Servoaccionamiento más grande
• Mayor inercia
• Menor eficiencia del sistema

Un enfoque práctico es calcular primero los requisitos operativos reales y luego seleccionar un motor con suficiente capacidad continua y máxima para las peores condiciones esperadas de la aplicación.

El margen exacto depende de las características de carga y del ciclo de trabajo.

Dimensionamiento del servomotor: un ejemplo sencillo

Supongamos que un sistema transportador requiere:

• Par continuo: 4 N·m
• Par máximo de aceleración: 8 N·m
• Velocidad de funcionamiento: 1.500 RPM
• Velocidad máxima: 2.500 RPM

Elegir un motor basándose únicamente en el requisito continuo de 4 N·m podría resultar arriesgado.

El motor también debe proporcionar suficiente par máximo para soportar el requisito de aceleración de 8 N·m.

Luego comprobarías:

• Clasificación de par continuo
• Clasificación de par máximo
• Par disponible a 1.500 RPM
• Torque disponible a 2500 RPM
• Inercia de carga
• tiempo de aceleración
• ciclo de trabajo
• Capacidad del servoaccionamiento

Sólo después de que se confirmen estos factores se debe finalizar el modelo del motor.

Esta es la razón por la que un simple cálculo de "caballos de potencia necesarios" suele ser insuficiente para aplicaciones de servo.

Errores comunes en la selección de servomotores

Error 1: Seleccionar solo por poder

Dos motores con la misma potencia pueden tener diferentes características de par y velocidad.

Evalúe siempre la curva completa de torsión-velocidad.

Error 2: ignorar el par máximo

Una máquina puede funcionar perfectamente a velocidad constante pero fallar durante la aceleración.

El par máximo debe incluirse en el proceso de selección.

Error 3: ignorar la inercia de la carga

Las cargas de alta-inercia pueden crear graves problemas de control incluso cuando el motor tiene suficiente potencia nominal.

Error 4: elegir el codificador demasiado tarde

El codificador afecta tanto el rendimiento del control como la compatibilidad del sistema.

Debe considerarse durante la etapa de diseño inicial.

Error 5: tratar el motor y la transmisión como productos separados

Elservomotor, el variador, el codificador y el controlador deben trabajar juntos.

Un motor técnicamente excelente aún puede funcionar mal con un accionamiento mal adaptado.

Error 6: Comprar sólo por precio

Es posible que el motor más barato no proporcione el costo total más bajo.

Considerar:

• Vida útil
• Consumo de energía
• Mantenimiento
• Piezas de repuesto
• Apoyo técnico
• tiempo de integración

En ocasiones, una inversión inicial ligeramente superior puede reducir significativamente el coste total de propiedad.

Selección de servomotor por aplicación

Diferentes aplicaciones tienen diferentes prioridades.

No existe un "mejor" servomotor universal.

El mejor motor es aquel que se adapta a los requisitos de movimiento reales de la aplicación.

Cómo elegir un proveedor de servomotores

El proveedor que elijas puede ser tan importante como el propio motor.

Antes de realizar un pedido, evalúe si el proveedor puede proporcionar:

• Soporte de selección de motor.
• Datos de velocidad de par-
• Opciones de codificador
• Coincidencia de servoaccionamiento
• Personalización OEM
• Documentación técnica
• Piezas de repuesto
• Soporte postventa-

Para los fabricantes de equipos OEM, el soporte técnico durante la etapa de diseño puede evitar cambios costosos una vez que la producción ya ha comenzado.

Un proveedor debería poder hablar sobre su máquina en lugar de simplemente enviarle un catálogo.

¿Por qué elegir Auric para soluciones de servomotores industriales?

Áuricoproporciona soluciones de servomotores para automatización industrial, equipos OEM, robótica, manipulación de materiales y otras aplicaciones de control de movimiento.

En lugar de seleccionar un motor basándose únicamente en el voltaje o la potencia nominal, Auric puede evaluar la aplicación desde múltiples ángulos, que incluyen:

• Par requerido
• par máximo
• Velocidad de funcionamiento
• Aceleración
• Inercia de carga
• ciclo de trabajo
• Requisitos del codificador
• Dimensiones de instalación
• Requisitos de freno
• Compatibilidad con servoaccionamiento

Este enfoque-basado en aplicaciones es particularmente útil para los clientes OEM que necesitan un servomotor para adaptarse a una máquina existente en lugar de simplemente comprar un motor estándar.

Para proyectos personalizados, las especificaciones del motor, como la configuración del eje, las dimensiones de montaje, la selección del codificador, el voltaje, la velocidad, el par y otras interfaces, se pueden evaluar de acuerdo con los requisitos del equipo.

Lista de verificación de selección de servomotor

Antes de solicitar una cotización, prepare la siguiente información:

Requisitos del motor

• Par continuo requerido
• Par máximo requerido
• velocidad nominal
• Velocidad máxima
• Tensión nominal
• potencia requerida

Requisitos mecánicos

• Tipo de carga
• Inercia de carga
• Tamaño del eje
• Dimensiones de montaje
• Requisitos de la caja de cambios

Requisitos de control

• Precisión de posición
• Tipo de codificador
• modo de control
• Protocolo de comunicación
• Requisitos de freno

Condiciones de funcionamiento

• ciclo de trabajo
• Temperatura ambiente
• Polvo
• Humedad
• Vibración

Operación continua o intermitente

Proporcionar esta información permite al proveedor recomendar una solución de servomotor mucho más precisa.

Preguntas frecuentes

¿Cómo sé qué tamaño de servomotor necesito?

Comience con la carga real en lugar del tamaño del motor. Calcule el par continuo, el par máximo, la velocidad de funcionamiento, la aceleración, la inercia de la carga y el ciclo de trabajo. Luego haga coincidir estos requisitos con las características de velocidad de torsión-del motor.

¿Es siempre mejor un servomotor de mayor potencia?

No. Un motor sobredimensionado puede aumentar el costo, el tamaño físico, la inercia y los requisitos de accionamiento. El objetivo es encontrar el motor más pequeño que satisfaga de forma fiable el perfil de movimiento completo con un margen de ingeniería adecuado.

¿Qué es más importante, el par o la velocidad?

Ninguno de los dos puede considerarse de forma independiente. El motor debe proporcionar suficiente par a la velocidad de funcionamiento requerida. Para aplicaciones de servo, la curva completa de velocidad de par-es más útil que observar cualquiera de las especificaciones por separado.

¿Todos los servomotores necesitan codificadores?

Un servosistema convencional normalmente requiere retroalimentación, comúnmente de un codificador. Sin embargo, la tecnología de retroalimentación exacta depende del motor y de la arquitectura de control.

¿Debo elegir un servomotor de 24 V, 48 V o 220 V?

La respuesta depende de la arquitectura y la aplicación de energía.. 24Los sistemas de V y 48 V son comunes en equipos de automatización compactos y que funcionan con baterías-, mientras que los servosistemas de mayor-voltaje se usan ampliamente para maquinaria industrial más grande.

¿Cuándo necesito un freno?

Un freno es particularmente útil cuando el motor necesita mantener un eje vertical o cargado por gravedad-después de retirar la energía. El diseño completo de seguridad de la máquina debe determinar si se requiere un freno.

Pensamientos finales: seleccione el motor según la máquina, no el catálogo

Elegir el servomotor adecuado es, en última instancia, una decisión de ingeniería de sistemas.

El motor debe funcionar junto con la carga, la transmisión, el codificador, el servoaccionamiento, el controlador y la estructura mecánica.

Las especificaciones más importantes a evaluar no son simplemente los caballos de fuerza o el par nominal, sino también:

• Par continuo
• par máximo
• Torque a velocidad de operación
• Velocidad máxima
• Inercia de carga
• Requisitos de aceleración
• ciclo de trabajo
• Resolución del codificador
• Condiciones ambientales
• Compatibilidad de unidades

Si comprende estos requisitos antes de contactar a un proveedor, puede evitar uno de los problemas más comunes en la automatización industrial: comprar un motor que luce bien en el papel pero que no funciona como se esperaba una vez instalado.

Para los fabricantes OEM y los fabricantes de equipos industriales, el mejor enfoque es proporcionar al proveedor los requisitos reales de la máquina y dejar que el motor se seleccione según la aplicación.

Una combinación adecuadaservomotorpuede ofrecer un mejor posicionamiento, una respuesta más rápida, un menor mantenimiento y un rendimiento más confiable de la máquina a largo plazo.