Accionamientos de CC como reemplazo de los servos de CA

Los servosistemas accionados por corriente alterna (CA) ya no son la única opción confiable para el control de movimiento industrial, con avances en servomotores y motores paso a paso de corriente continua (CC) que brindan alternativas sólidas. Si bien muchos variadores de CC de bajo voltaje tradicionales no pueden manejar el rigor de los entornos hostiles de la planta, los variadores modernos de alto rendimiento están cambiando esta situación para mejor.

Antes de comparar los sistemas de CA con los de CC, existen varias diferencias importantes entre los motores paso a paso y los servos. La brecha de aplicación se está cerrando rápidamente entre los motores paso a paso y los servomotores y los variadores, ya que los avances en la precisión de los variadores paso a paso están aumentando en gran medida su facilidad de uso. Sin embargo, las diferencias de rendimiento clave entre los dos aún descartan el uso de motores paso a paso en las aplicaciones más exigentes.

En particular, los motores paso a paso proporcionan un alto par a baja velocidad, pero esto disminuye sustancialmente a medida que aumenta la velocidad. Los servos, por otro lado, mantienen un par constante en todo el espectro de velocidad del motor, lo que los hace excelentes para ejecutar funciones de seguridad como par limitado por seguridad (SLT) y velocidad (SLS) con frenado activo.

Los motores paso a paso proporcionan medios para el control de seguridad de desconexión de par segura (STO) y, por lo general, se pueden ejecutar en bucle abierto, lo que significa que no se requiere codificador ni resolutor. Los servos brindan mayor velocidad, aceleración y precisión que los motores paso a paso, pero cuestan más y requieren un codificador para una retroalimentación de posicionamiento precisa.

Aunque técnicamente es discreto debido a sus movimientos incrementales con cada pulso constante, los 50 a 100 polos por revolución de los motores paso a paso modernos se acercan al rendimiento del posicionamiento y la velocidad continuos analógicos. Esto convierte a los motores paso a paso en una alternativa viable a los servos en muchas aplicaciones.

Si bien los variadores de frecuencia de CA de voltaje medio a alto y los servovariadores satisfacen muchas necesidades en una planta típica, la alimentación de CA a veces no está disponible o es inaceptable para ciertas aplicaciones. En particular, esto incluye aplicaciones impulsadas por baterías y de contacto humano, como imágenes por resonancia magnética (Figura 1), usando robots o cobots.

Además, los variadores de CC de bajo voltaje modernos (Figura 2) pueden mejorar otras aplicaciones porque son más compactos y eficientes que los sistemas de CA tradicionales, proporcionan una rápida aceleración y desaceleración del motor y, por lo general, son menos complicados de configurar. A diferencia de las unidades de consumo, están reforzadas industrialmente para soportar temperaturas extremas, vibraciones y ruido eléctrico.

Cuando se utilizan en sistemas de seguridad, los ingenieros pueden aprovechar la funcionalidad STO cableada de los variadores paso a paso de bajo voltaje para cortar directamente el suministro de energía que produce torsión o fuerza al motor. Los servoaccionamientos de CC están preparados para la seguridad con SLT y SLS configurables. Estos variadores proporcionan una interfaz de recopilación de datos del motor, lo que permite que los controladores compatibles procesen y actúen sobre el estado del motor según lo configurado en el entorno de programación. Un PLC que se comunica con el variador controla el movimiento del motor a través de objetos de tecnología integrados en el software para lograr una integración perfecta con el resto del sistema de automatización (Figura 3).

Los motores y motores paso a paso de CC contienen relativamente pocos componentes, mientras que los servomotores de CC conmutados electrónicamente tienen la ventaja de no tener piezas de desgaste como ventiladores o escobillas. Estos atributos ayudan a que los sistemas servo y paso a paso de CC se mantengan durante largos períodos de tiempo con un mantenimiento mínimo. Ambos tipos de accionamiento son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de velocidad variable, posicionamiento, eje síncrono y engranajes.

En muchos casos, los ingenieros y diseñadores buscan primero los variadores de frecuencia de CA tradicionales para aplicaciones industriales. Pero los servoaccionamientos y motores paso a paso de CC industriales de muy bajo voltaje brindan un control de motor confiable y altamente configurable y, cuando se seleccionan correctamente, satisfacen las necesidades de las aplicaciones industriales.

Este artículo fue escrito por Kevin Wu, gerente de marketing de productos del controlador de movimiento SIMATIC para Siemens Industry, Norcross, GA. Para obtener más información, visite aquí .