Servomotor
Los servomotores se utilizan, por ejemplo, en máquinas de producción, robots industriales y máquinas de herramientas. Todas estas aplicaciones se caracterizan por el hecho de que los movimientos se ejecutan de forma muy dinámica. De este modo, la pieza o el producto pueden fabricarse rápidamente. Los servomotores también se utilizan por su alta precisión de control, ya que la precisión de la posición y la velocidad tiene un impacto directo en la calidad de la pieza de trabajo.
Ventajas de los servomotores
Los servomotores son motores de CA, por lo que pueden ser motores de inducción, pero también motores síncronos, entre los que se incluyen, por supuesto, los motores BLDC. Normalmente se utilizan motores síncronos con imanes permanentes. Porque estos pueden generar un par mayor en el rango de velocidad más bajo en comparación con los motores de inducción, con el mismo tamaño y menor corriente de fase. Gracias a un par mayor, un robot, por ejemplo, puede mover un paquete de A a B más rápidamente. A menudo se habla también de servomotores de corriente continua, pero éstos suelen ser también sólo servomotores de corriente continua sin escobillas, es decir, básicamente motores BLDC. También hay servos RC para coches, barcos y aviones teledirigidos, pero éstos suelen contener sólo un simple motor DC.
Vídeo sobre servomotores
Sistema de accionamiento de servomotores
Un servomotor siempre forma parte de un sistema de servoaccionamiento eléctrico, que consta de un servomotor, un inversor y un sensor de posición. El inversor también suele denominarse electrónica de potencia, servocontrolador o simplemente controlador. Para poder controlar la posición y la velocidad con gran precisión, los sensores de posición tienen una gran exactitud. En comparación, los motores eléctricos para ventiladores o bombas de agua sólo tienen sensores Hall o incluso funcionan sin sensores. A menudo, el sistema de accionamiento también consta de una caja de cambios para aumentar el par o para convertir un movimiento de rotación en un movimiento de traslación.
Diseño de servomotor
¿Cuál es la diferencia entre un servomotor y un motor para una bomba de agua o un motor eléctrico para un coche eléctrico? Para controlar tanto la velocidad como la posición, se requiere una gran precisión de par, que se puede conseguir mejor con imanes externos en el rotor. Los motores eléctricos con imanes externos también se denominan SPMSM. Los imanes también suelen estar ligeramente sesgados entre sí para que la curva de par sea más suave y, por tanto, mejore el control de la velocidad. Para un buen control del par, se utilizan muchos polos magnéticos en el rotor, lo que proporciona a la FEM posterior más oscilaciones sinusoidales por revolución, reduciendo la ondulación del par. Más polos magnéticos tienen la ventaja adicional de aumentar la densidad de par del motor, lo que mejora su respuesta dinámica. Dado que los servomotores funcionan en modo alterno, sólo en muy pocos casos disponen de un ventilador o de refrigeración por agua. Una refrigeración adicional aumentaría la densidad de potencia, pero no la densidad de par, que es más importante para los servomotores. En cambio, los servomotores sólo tienen aletas de refrigeración. En la parte trasera se encuentra el sensor de posición, que puede ser óptico, magnético o inductivo. Como el sensor está montado en la parte trasera del servomotor, a menudo parece que el servomotor tiene dos conectores, pero el segundo conector suele ser sólo la toma de corriente para el sensor. También hay servomotores en los que el inversor está montado directamente sobre la carcasa del motor o detrás del sensor. Sin embargo, este tipo de servoaccionamientos suelen utilizarse para potencias inferiores.
Control de servomotores
Por tanto, un servomotor no es tan diferente de un motor eléctrico para una bomba de agua. Debido a los numerosos polos magnéticos, no sólo se necesita un sensor con una alta resolución, sino también un servocontrolador con un procesamiento muy rápido de las señales del sensor y un buen control. El control de un servomotor se realiza mediante un controlador en cascada. En la cascada exterior se controla la posición, que puede proceder de un control PLC a través de un sistema de bus o de una entrada analógica en el inversor o el servocontrolador. En la cascada intermedia se controla la velocidad, que debe ser más rápida que la posición de control. La velocidad real del servomotor se calcula a partir de la primera derivada de la señal de posición. En la cascada inferior se controla la corriente. Para ello se suele utilizar un FOC, que permite controlar las corrientes alternas con un simple controlador PID.
