¿Qué es un servoaccionamiento y cómo funciona?
El hombre moderno no piensa su vida sin la automatización de los procesos de producción. Los robots y manipuladores están haciendo más y más trabajo, reemplazando a los humanos. En todos estos mecanismos, se utiliza ampliamente un servoaccionamiento. En la vida cotidiana, se encuentran en sistemas de aire acondicionado, automóviles, radiadores, etc. En este artículo consideraremos el dispositivo, el principio de funcionamiento y el alcance del servo, para que los lectores del sitio Elecroexpert quedó claro qué constituye este mecanismo.
Propósito y dispositivo
El servoaccionamiento ha encontrado una amplia aplicación en robótica, ingeniería mecánica, automotriz y automatización de procesos en producción. Con su ayuda, se operan manipuladores, se realiza la apertura (completa o incompleta) o el cierre (cubierta) de las persianas, en la construcción de máquinas herramienta para alimentar la herramienta de corte y otros actuadores.
Es un dispositivo que consiste en un motor eléctrico, caja de cambios, sensor de posición (codificador) o resistencia y controlador (dispositivo de control).
En palabras simples, es un accionamiento electromecánico que, a través de la retroalimentación interna, establece la posición exacta del eje del mecanismo, dependiendo de las señales de control externas.
La figura muestra una sección del dispositivo:
Los servovariadores están disponibles en varias capacidades y propósitos: baja potencia de 0.05 kW, utilizada en automoción y robótica, por ejemplo, sg90 y potencia significativa de 15 kW. Estos últimos están montados en manipuladores industriales, máquinas CNC, para controlar válvulas en la industria del petróleo y el gas, etc.
Un motor eléctrico no siempre está montado como motor en un servoaccionamiento. Como accionamiento, se puede utilizar un cilindro con una varilla, accionado por aire comprimido o líquido.
Tipos de servo
Los servovariadores se dividen en electromecánicos. En ellos, el mecanismo consiste en un motor eléctrico y caja de cambios. Difieren en velocidad relativamente baja.
Distinguido por el tipo de motor utilizado:
- síncrono, tiene una alta precisión de rotación del eje de salida, ganando impulso rápidamente;
- asíncrono, caracterizado por una rotación estable del eje;
- con un motor colector de corriente continua o alterna (universal).
Los servoaccionamientos, donde el mecanismo de accionamiento es un pistón con un cilindro, tienen alta velocidad. Se utiliza en el automóvil para cambiar de marcha en la transmisión automática. Montado en robots que mueven cargas de más de cien kilogramos. En plantas industriales, para cambiar persianas en máquinas de embalaje, donde el aire comprimido se utiliza como portador de energía.
Características principales del servoaccionamiento:
- El parámetro principal es el par o la fuerza sobre el eje. En los datos del pasaporte, se indican dos cantidades, en relación con diferentes voltajes de suministro.
- Velocidad, muestra cuánto tiempo girará el eje de salida en 600. Se indican valores para diferentes voltajes.
- Qué señal de control se utiliza, analógica o digital.
- Tensión de alimentación. La mayoría de las unidades pequeñas funcionan con 4.8 a 7.2 voltios. Se utiliza, por ejemplo, en modelos controlados por radio. Se completa con tres cables y tiene un pinout estándar. Se envía una señal de control a blanco, marrón o amarillo, se suministra un voltaje rojo y el negro es un cable común.
- Ángulo de rotación de trabajo, generalmente 1800 o 3600. Se encuentran disponibles unidades mejoradas con rotación constante del eje;
- Material de fabricación de engranajes. Están hechos de latón, fibra de carbono, plástico o se pueden combinar.
En un servoaccionamiento electromecánico, se utilizan motores eléctricos con núcleo, durante cuya operación se produce una vibración cuando el péndulo gira. Esto reduce la precisión de rotación del eje de salida. Los motores con energía cinética mínima del rotor se ven privados de este inconveniente. Dichos accionamientos son necesarios para que la máquina CNC establezca con precisión el actuador. Sin embargo, son más caros que los motores centrales.
La caja de cambios más común es un engranaje, que está diseñado para reducir la velocidad y aumentar el par en el eje de salida. Menos utilizado es un accionamiento con un engranaje helicoidal, que tiene una gran relación de transmisión, pero es más costoso y más difícil de fabricar.
Área de aplicación
El servodrive es ampliamente utilizado en robótica y manipuladores. Al crear mecanismos pequeños, se utilizan el servodrive mg995 y similares.
Para controlar las unidades modernas en productos de aficionados, a menudo se utilizan representantes de la familia Arduino. Representa un conjunto de dispositivos electrónicos diseñados para controlar robots y dispositivos de automatización donde se utiliza un servoaccionamiento. La señal de control puede ser analógica o digital.
El diagrama de conexión del variador al dispositivo de control se muestra en la figura. El dispositivo puede controlar múltiples unidades.
Para calefacción por suelo radiante, use automatización que mantenga una temperatura determinada. Y el flujo de refrigerante, que es agua caliente de la caldera, está controlado por un servoaccionamiento.
Está conectado a un dispositivo de control que monitorea la temperatura mediante un sensor de temperatura y emite un comando al servoaccionamiento electrotérmico RBM de 24V. También se puede utilizar un servoaccionamiento AC230V con un regulador.
El control de temperatura en calefacción se realiza automáticamente, para lo cual se utiliza un servoaccionamiento tipo ICMA NC230V o NC24V. Los dispositivos están disponibles para varios voltajes de suministro.
El servo unificado utilizado en el automóvil tiene pequeñas dimensiones. Diseñado para trabajar con voltaje a bordo de 12 voltios. Está integrado con una cerradura central y se instala en todas las puertas del automóvil, incluida la quinta puerta (puerta del maletero).
El mecanismo también controla el flujo de líquido caliente a la estufa. Funciona junto con un sensor termoeléctrico, cuya señal se alimenta al dispositivo de control. Después del análisis, el sensor envía un comando al servoaccionamiento, que aumenta o disminuye el flujo de fluido.
Por ejemplo, para los automóviles VAZ, se utiliza un accionamiento eléctrico con una caja de cambios SL-5.
Esta no es una lista completa del uso de tales dispositivos.
Ventajas y desventajas
El servoaccionamiento tiene ventajas sobre dispositivos similares, como motores paso a paso. Debido a la retroalimentación, el mecanismo puede corregir la posición del eje, independientemente de la carga en el eje, lo que le permite configurar el mecanismo de trabajo con alta precisión.
Las principales ventajas son:
- alta precisión de posicionamiento;
- Con la ayuda de una caja de cambios, la velocidad se reduce y el momento aumenta;
- el posicionamiento del cuerpo de trabajo se puede ajustar fácilmente haciendo un cambio en el programa de control;
- la capacidad de lograr una mayor aceleración durante la operación, lo que hace que el servo sea más adecuado para su uso en dispositivos de alta velocidad, en comparación con los motores paso a paso;
- momento uniforme en casi todo el rango de velocidad;
- tolera bien la sobrecarga.
Las desventajas incluyen:
- la presencia de una caja de cambios (especialmente crítica si tiene engranajes plásticos o metales blandos);
- desgaste de pistas resistivas (si se usa un potenciómetro para retroalimentación durante el posicionamiento);
- configuración compleja del programa de control para obtener resultados de alta precisión;
- alto costo del equipo (en comparación con motores paso a paso, por ejemplo);
- la precisión es a menudo menor que con los motores paso a paso.
Pero tenga en cuenta que todas las ventajas y desventajas se promedian, pueden ser como motores paso a paso, que en cierta aplicación se mostrarán mejor que un servoaccionamiento, y viceversa.
Conclusión
El control automático de los sistemas domésticos e industriales está firmemente arraigado en nuestras vidas. Recientemente, una unidad bajo el control de bloques programables para diversos fines, como arduino, se ha utilizado ampliamente.
Esto hizo posible la creación de dispositivos, robots y juguetes infantiles controlados por radioaficionados fundamentalmente nuevos. En la industria, el servoaccionamiento se usa en máquinas herramientas, en una excavadora, en un ATV, etc. Hoy es imposible imaginar nuestra vida sin servos.
El video muestra el funcionamiento de los servos analógicos sg90 en un modelo de robot araña:
Ahora ya sabe qué es un servo, cómo está diseñado y para qué sirve. Esperamos que la información proporcionada le haya ayudado a dominar este tema y comprender los puntos principales. Si tiene preguntas, ¡hágalas en los comentarios debajo del artículo!
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