01 curso dimensionamiento
TRANSCRIPT
MC PMCurso de dimensionamiento para sistema de control de movimiento
Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 2
Temas del curso
Dimensionamiento de Servomotores
- Tipos de servomotores y motores paso a paso
- Límites de Operación
- Cálculo de torques y velocidades
- Transmisiones Mecánicas
- Ejemplos
Dimensionamiento de Drives
- Conversores y Inversores
- Rectificadores y Resistencias de Frenado
Software de Dimensionamiento- Sizer
- Dimensionamiento unidades de control SINAMICS S120
- Dimensionamiento de controladores SIMOTION
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 3
Dimensionamiento
El objetivo ideal es obtener el accionamiento económicamente mas favorable que cumpla las especificaciones.
Dado que el peor escenario es el subdimensionamiento la
falta de conocimiento y/o información sobre el proceso y los accionamientos tienden al sobredimensionamiento.
Un dimensionamiento más preciso implicará mayor tiempo y por lo tanto mayor costo de ingeniería. Es la experiencia la que nos dirá cuando hemos profundizado suficiente.
Puntos a tener en cuenta para el dimensionamiento:
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 4
Partes a Dimensionar
Línea
Conversor
MotorCarga
Elementos de entrada
Elementos de salida
Rectificador
MotorCarga
Elementos de salida
Inversor
Línea
Elementos de entrada
Elementos de salida
Inversor
MotorCarga
El servo NO lleva filtros de
salida
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 5
DimensionamientoPasos a seguir
Analizar el movimiento de la
carga
Dimensionar el motor
max, IIRMSDimensionar el
inversor
Analizar reductorMediaRMSM ,
JM tt ,, )()(
Analizar el movimiento de la
carga
Dimensionar el motor
max, IIRMSDimensionar el
inversor
Analizar reductorMediaRMSM ,
+)(tP )(tP
JM tt ,, )()(
Dimensionar el rectificador
Dimensionar el regenerador y/o resistencia de
frenado
motóricomotóricomedia PP max, regeneraregenera
media PP max,
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 6
Dimensionamiento de motoresTipo de Motores
Motor sincrónico de imán permanente
Motor asincrónico jaula de ardilla
Motor de corriente continua
Motor paso a paso
Motor con núcleo de hierro
Motor canal U
Motor Tubular
Motor Slotless
RO
TA
TIV
OS
LIN
EA
LES
- Fácil de controlar- Gran mantenimiento
- Económicos- Lazo abierto
- Amplio rango de velocidad- Menor dinámica
- Máxima Dinámica- Costo
- Grandes Fuerza- Fuerza atractiva y cogg.
- Poca fuerza atractiva- Costo y poca fuerza
- Poca fuerza atractiva- Poco recorrido
- Punto medio
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 7
Dimensionamiento de motoresTipo de Motores
Motores asincrónicos
Motores Estandar
Servomotores (motor de husillo)
Motores sincrónicos
Servomotores
Servomotores Torque
-Operación directa
-Uso para propósitos Generales
- Aplicaciones de mediana o baja dinámica
-Operación con drives
- Aplicaciones de mediana o alta dinámica
- Amplio rango de velocidad
-Operación con servo drives
- Aplicaciones de alta dinámica
- Posicionamiento
-Operación con servo drives
- Gran torque a baja velocidad
- Aplicación directa en la carga
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 8
Dimensionamiento de motoresTipo de Motores
Motor asincrónicoMotor sincrónico
Servo Control
Vector Control
(más cálculos)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 9
Dimensionamiento de motoresLímites de Operación
Límite de velocidad mecánico
Límite de velocidad debido al control (límite de voltaje) Debilitamiento de campo en motores asincrónicos Característica de voltaje limitado en motores sincrónicos
Límite térmico Es afectado por: Temperatura ambiente, altura, clase de
aislación,…
Límite de torque dinámico Corriente máxima
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 10
Dimensionamiento de motoresMotores sincrónicos (curvas)
Depende del incremento de temperatura del motor respecto de la temperatura ambiente
Depende de la tensión máxima que entrega el drive
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 11
Dimensionamiento de motoresMotores sincrónicos (puntos de trabajo)
Toda la trayectoria debe estar debajo de la curva de límite dinámico
El punto “O” debe estar debajo de la curva de límite térmico
o
Constante térmica >15min
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 12
Dimensionamiento de motoresMotores asincrónicos (curvas)
Depende del incremento de temperatura del motor respecto de la temperatura ambiente
Depende de la tensión máxima que entrega el drive
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 13
Dimensionamiento de motoresMotores asincrónicos (puntos de trabajo)
Toda la trayectoria debe estar debajo de la curva de límite dinámico
El punto “O” debe estar debajo de la curva de límite térmico
o
O
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 14
Dimensionamiento de motoresDeterminación de torques y velocidades
Movimiento a velocidad constante:
Posición Velocidad Aceleración Pulso (jerk)
M =M
motor externosPesos
Rozamientos
Etc.
(velocidad)
Movimientos con aceleración: Newton
M =M +J
motor externos
Momento de inercia
Aceleración angular
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 15
Dimensionamiento de motoresMovimientos (1)
Movimientos punto a punto:M =M +J
motor externos
Posición Velocidad Aceleración Pulso
Trapezoidal: Baja velocidad
S, t, v , a
max max
Rectangular:
Posición Velocidad Aceleración Pulso
S
Posición Velocidad Aceleración Pulso
Triangular: Baja aceleración
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 16
Dimensionamiento de motoresMovimientos (2)
Movimientos punto a punto:
Posición Velocidad
Trapezoidal redondeada: Pulso finito
X, t, v , a , jmax max max
Aceleración Pulso
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 17
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1: Mesa giratoria (1)
La mesa debe moverse un ángulo de 90° en 0,1 segundos cada 0,2 segundos.
Momento de inercia de la mesa:2005,0 kgmJmesa
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 18
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1:Mesa giratoria (2)
2
1,090
snpicoo
Consideramos un perfil de velocidad triangular:
rpmsonpico 3001800
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (segundos)
Ace
lera
ció
n (
gra
do
s/s^
2)
motormesa
externosmotor
JJJ
JMM
2
2
3,628
3600005,0
sr
so
s
n
pico
picopico
NmM picomotor 14,3
npico
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4Tiempo (segundos)
Vel
oci
dad
(g
rad
os/
s)
90°
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 19
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1: Mesa giratoria (3)
0
900
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4Tiempo (segundos)
Ve
loc
ida
d (
gra
do
s/s
)
Cálculo de la velocidad media:
Período 0,2s
rpmso
sPerìodo
Arean
o
media 2,754502,0
90
Siempre positiva
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 20
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1: Mesa giratoria (4)
0
5
10
15
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e a
l c
ua
dra
do
(N
m^
2)
22 93,4 NmPeríodo
AreaM media
Cálculo del torque eficaz (RMS) aproximadamente:
RMS es la raíz cuadrada de la media del cuadrado
Elevar al cuadrado
Calcular la media
Hacer la raíz cuadrada
NmMM mediaRMS 2,22
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e (N
m)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 21
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1: Mesa giratoria (5)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 22
Dimensionamiento de motoresEjemplo 1: Mesa giratoria (6)
Una vez elegido el motor recalculo el torque:
NmM RMS 3,2 rpmnmedia 2,75NmM 33,3max
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 23
Dimensionamiento de motoresTransmisiones mecánicas (1)
Torque, Velocidad angular
Torque, Velocidad angular
i
Fuerza, Velocidad lineal
Torque, Velocidad angular
k
m
rad
pasok
2
Rk
1
Reflejo hacia la entrada:
2i
JJ
i
MM
iinni
refref
refrefref
2k
mJn
k
FM
kakvkx
refref
refrefref
Reducción
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 24
ia
i
II C
MC
MM
2 iaa CM
iia
i
II C
CC
MM
2ivv CM
MMM vP
CCCCCMCCM vIvaiIvaP 2
Motor Carga
i
Motor Carga
1) CCCCCMCCM vIvaIvaP 1)
Potencia para mover el motor
Potencia para mover la carga
Dimensionamiento de motoresTransmisiones mecánicas
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 25
Motor Carga
i
Motor Carga
1) CCCCCMCCM vIvaIvaP 1)
2)
CCCCCMCCM vIvaiIvaP 2
Juego
Motorv
2iI
Ia
CM
M
vk p
M
pM I
kva
2i
IC
2) Sin juegoCM
pM II
kva
Dimensionamiento de motoresTransmisiones mecánicas
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 26
Motor Carga
i
Motor Carga
1) CCCCCMCCM vIvaIvaP 1)
2)
CCCCCMCCM vIvaiIvaP 2
Juego
M
pM I
kva
2i
IC2) Sin juego
CM
pM II
kva
3) Mantenimiento y fallas 3) Menos componentes
4) Rendimiento 4) Menos pérdidas
Dimensionamiento de motoresTransmisiones mecánicas
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 27
Un motor torque es básicamente un motor sincrónico con una gran cantidad de polos.
El control es idéntico a un servomotor sincrónico estandar
Desde 30 RPM y hasta 7000 Nm como tamaños estandar
Dimensionamiento de motoresMotores Torque
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 28
Dimensionamiento de motoresMontaje de motores Torque
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 29
c
mg E
E
Modo regeneración
Dimensionamiento de motoresTransmisiones mecánicas (2)
m
cm E
E
i/kEnergía motor
Energía carga
Energía perdida
Rendimiento:
¿Cómo atacar el problema?
1) Calcular los torques y velocidades de la carga, sin considerar el rendimiento, con las ecuaciones anteriores
2) Si el torque tiene el mismo sentido de la velocidad
Si el torque tiene opuesto sentido de la velocidad
3)
m
calac
MM
arg
gcalac MM arg
acmotormotortotal MJM arg
Modo motórico
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 30
La mesa debe moverse un ángulo de 90° en 0,1 segundos cada 0,2 segundos.
Momento de inercia de la mesa:
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (1)
2005,0 kgmJmesa
oo i 90090
222
2
5,000005,0005,0
kgcmkgmi
kgmJ ref
mesa
10i
Valores reflejados:
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 31
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2:Mesa giratoria con reductor (2)
2
1,0900
snpicoo
Consideramos un perfil de velocidad triangular:
rpmsonpico 300018000
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (segundos)
Ace
lera
ció
n (
gra
do
s/s^
2)
redmotorref
mesa
refexternosmotor
JJJJ
JMM
2
2
6283
36000005,0
sr
so
s
n
pico
picopico
NmM picomotor 314,0
npico
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4Tiempo (segundos)
Vel
oci
dad
(g
rad
os/
s)
900°
Es 10 veces menor
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 32
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (4)
0
9000
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4Tiempo (segundos)
Ve
loc
ida
d (
gra
do
s/s
)
Cálculo de la velocidad media:
Período 0,2s
rpmso
sPerìodo
Arean
o
media 75245002,0
900
10 veces mayor
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 33
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (3)
Technical Data: 1FK7042-5AF71-1AU5-ZB13 +G21 +H11
Output(S3 operation 60% according to EN60034-1)
P2 0,79 kW
Output torque(S3 operation 60% according to EN60034-1)
M2 25,6 Nm
Output speed n2 296 rpm
Nominal ratio inom 10
Exact ratio(converter input)
iexakt 507/50
Torsional backlash j2 12 arcmin
Max. permiss. acceleration torque M2max 92 Nm
Max. permiss. cantilever force on the gear shaft end (referred to the center of output shaft)
Frzul 2037 N
Max. permiss. input speed(S3 operation 60% according to EN60034-1)
n1max 4000 rpm
Moment of inertia(corresponding to motor shaft)
J 3,22 kgcm2
Weight(without oil)
m 14,4 kg
Quantity of oil(related to mounting position)
0,4 l
Max. permiss. gear case temperature 90 °C
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 34
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (5)
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (s)
Torq
ue (N
m)
0
10
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e a
l cu
ad
rad
o (
Nm
^2
)
Cálculo del torque eficaz (RMS):
Se calcula la media y luego la raíz cuadrada
NmM RMS 7,1
Rendimiento 90%
Se eleva al cuadrado
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e (N
m)
NmM picomotor 33,2
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 35
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (6)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 36
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (7)
Technical Data: 1FK7032-5AK71-1AU5-ZB13 +G21 +H11
Output(S3 operation 60% according to EN60034-1)
P2 0,3 kW
Output torque(S3 operation 60% according to EN60034-1)
M2 9,59 Nm
Output speed n2 296 rpm
Nominal ratio inom 10
Exact ratio(converter input)
iexakt 507/50
Torsional backlash j2 12 arcmin
Max. permiss. acceleration torque M2max 48 Nm
Max. permiss. cantilever force on the gear shaft end (referred to the center of output shaft)
Frzul 2037 N
Max. permiss. input speed(S3 operation 60% according to EN60034-1)
n1max 4000 rpm
Moment of inertia(corresponding to motor shaft)
J 0,816 kgcm2
Weight(without oil)
m 12,3 kg
Quantity of oil(related to mounting position)
0,4 l
Max. permiss. gear case temperature 90 °C
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 37
Dimensionamiento de motoresEjemplo 2: Mesa giratoria con reductor (8)
rpmmedia 752 NmM RMS 6,0
27032 816,0 kgcmJ
25,0 kgcmJ refmesa
27042 22,3 kgcmJ
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 38
Dimensionamiento de motoresComparación con y sin reductor
Sin reductor Con reductor
Velocidad del motor
Momento de Inercia
reflejado al motor
Aceleración del motor
Torque del motor
reductorac
motor Ji
JJJ
2
arg
externos
acacmotor
M
JJM
argarg
acmotor JJJ arg
i
M
ii
JJJM
externos
acac
reductormotor
arg2
arg
acarg iac arg
JMM externos
acnn arg inn ac arg
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 39
Dimensionamiento de motoresComparación con y sin reductor
i
Mi
i
JJJM externos
acac
reductormotor
arg2
arg
i
MJiJJM externosacac
acreductormotor
argarg
arg
RMSacreductormotor
RMSexternosacac
RMSpar JJ
MJi
_arg
argarg
_min_
acreductormotorJ arg externosacac MJ argarg i
Falta considerar la eficiencia del reductor
La reducción que minimiza el par es
cuando los dos términos tienen el mismo peso
reductormotor
acpar JJ
Ji
arg
min_
0externosM
reductormotorref
ac JJJ arg
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 40
Dimensionamiento de motoresServomotores reductores y reductores (1FK7)
Tipo Forma Código Observaciones
Servo
mo
tores red
ucto
res
Coaxiales Dxx- Alto rendimiento- Elevado par- Coaxial
Ejes paralelos
Cxx- Elevado par y fuerzas radiales- Espacio reducido- Alto rendimiento
Par Cónico Bxx
-Salida 90 grados-Espacios reducidos-Elevado par y fuerzas radiales-Alto rendimiento
Sin fin Corona
Exx
- Salida 90 grados- Grandes reducciones- Espacio reducido- Nada/poco reversible
Red
ucto
res
Planetarios
LP- Bajo juego- Coaxial- Alto rendimiento
SP- Muy bajo juego- Coaxial- Alto rendimiento
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 41
Dimensionamiento de drivesConversores/Inversores (1)
Línea
Conversor
MotorCarga
Elementos de entrada
Elementos de salida
Rectificador
MotorCarga
Elementos de salida
Inversor
Línea
Elementos de entrada
Elementos de salida
Inversor
MotorCarga
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 42
Dimensionamiento de motoresCálculo de corrientes (1)
Motores sincrónicos:
Constante de par
Par a rotor parado
Corriente a rotor parado
Par máximo
Corriente máxima
185,0 1 b
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 43
Dimensionamiento de motoresCálculo de corrientes (2)
Motores asincrónicos:
Zona de debilitamiento de campo
Para hay que incrementar la corriente que resulta de esta formula hasta llegar a un 10% de aumento cuando
nmotmot MM
nmotmot MM 2
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 44
Dimensionamiento de drivesConversores/Inversores (2)
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
Con el motor seleccionado se obtiene el gráfico de corriente:
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
modulo
Comparo con las curvas de los conversores/inversores:
Período
Sinamics S120: Masterdrive MC:
maxmax invmot II nominvRMSmot II
Tiempo de ciclo
(300s)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 45
Dimensionamiento de drivesConversores/Inversores (3)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
En general el período no coincide con el de la curva:
Se expande la curva de corriente
0 20 40 60 80 100
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
Período=100sEl período de la corriente es menor al de la curva
El período de la corriente es mayor al de la curva
Se ventanea la curva en el “peor” lugar
0 100 200 300 400 500 600
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 46
Dimensionamiento de drivesConversores/Inversores (3)
Depreciación (derating) :
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 47
Dimensionamiento de drivesEjemplo: Mesa giratoria (1)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
Cálculo de la corriente:
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e (N
m)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 48
Dimensionamiento de drivesEjemplo: Mesa giratoria (1)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Co
rrie
nte
(A
)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 49
Dimensionamiento de drivesRectificadores y resistencias de frenado (1)
Línea
Conversor
MotorCarga
Elementos de entrada
Elementos de salida
Rectificador
MotorCarga
Elementos de salida
Inversor
Línea
Elementos de entrada
Elementos de salida
Inversor
MotorCarga
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 50
Dimensionamiento de drivesRectificadores y resistencias de frenado (2)
Análogo al los inversores pero con la potencia o corriente:
inversormotor
motormotóricoorrectificad
PP
inversormotormotor
regeneraresisrect PP ./.
MPmotor Considerar las unidades!!1 Motor:
Rectificador Inversor
Línea
Unidad de frenadoResistencia
Carga
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 51
Dimensionamiento de drivesRectificadores y resistencias de frenado (3)
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
Potencia modo motórico Potencia regenerada
RectificadorRectificador
(Regenerador)
Resistencia
maxmax rectmotórico
rect PP
nomrecmotórico
mediarec PP
max/max/ resrectregenera
resrect PP nomresrecregenera
mediaresrec PP //
En el caso de tener que dimensionar por corriente:
continua
rectrect V
PI
max/
max II consreg nomconsreg
RMS II /
300s
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 52
Dimensionamiento de drivesRectificadores y resistencias de frenado (3)
Decalaje (derating) Rectificadores:
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 53
Dimensionamiento de drivesRectificadores y resistencias de frenado (2)
motororrectificad PP
Rectificador
Inversor
Línea
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W)
Inversor
Se debe considerar el peor caso para el consumo y la regeneración por separado
RMSRMSrect
rect
PP
PP maxmax
2
1
c
c
F
F
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 54
Dimensionamiento de drivesEjemplo: Mesa giratoria (1)
0
31,4
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Tiempo (segundos)
Vel
oci
dad
(r/
s)
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
To
rqu
e (N
m)
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W)
Cálculo de la potencia:
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
MPmotor
inversormotormotorregenera
resisrect PP ./.inversormotor
motorconsumeorrectificad
PP
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 55
Dimensionamiento de drivesEjemplo: Mesa giratoria (2)
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
Distintos casos para 2 sistemas iguales:
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tiempo (s)
Po
ten
cia
(W
)
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 56
DimensionamientoPasos a seguir
Analizar el movimiento de la
carga
Dimensionar el motor
max, IIRMS
Dimensionar el inversor
Analizar reductor
MediaRMSM ,
JM tt ,, )()(
Analizar el movimiento de la
carga
Dimensionar el motor
max, IIRMS
Dimensionar el inversor
Analizar reductor
MediaRMSM ,
+)(tP )(tP
JM tt ,, )()(
Dimensionar el rectificador
Dimensionar el regenerador y/o resistencia de
frenado
motóricomotóricomedia PP max, regeneraregenera
media PP max,
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 57
Encoders
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 58
Captadores de posiciónIntroducción
Funciones:
- Obtener la posición y la velocidad de los ejes de la maquina para visualizar y/o realimentar.
Captadors,v
MotorTransmisiones
mecánicasEje
juego y elasticidad
Controlador
Ubicación: Obtengo la posición real del eje pero la realimentación incluye las trasmisiones
El control del eje del motor es bueno pero no conozco la posición del eje real
Captadors´,v´
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 59
G
Currentcontroller
Powerunit
M
Actual-current-valuedetection
- Iact
Iset
Speedcontroller
- nact
nset
Positioncontroller
- xact
xset
G
Actual speed value
Actual position value
Captadores de posiciónIntroducción
Currentcontroller
Powerunit
Speedcontroller
Positioncontroller
M
Motor
EncoderActual-current-value
detection
- Iact
Iset
Encoderevaluation
Speed
- nact
nset
Position
- xact
xset
E
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 60
Captadores de posiciónTipos de captadores
Bloques funcionales:
Tipos de captadores:
Dispositivo mecánico eléctrico
Procesamiento electrónicoSeñal
eléctricaPos. vel.
Sistema
Absolutos
Incrementales (relativos)
Una vuelta
Multivuelta
Resolvers
Encoders sin/cos
Encoders absolutos
Encoders HTL/ TTL (generador de pulsos)
Encoders incrementales sin/cos
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 61
Captadores de posiciónFuncionamiento y señales de salida
Resolver:
Atan2 ( , )dt
dPos VelA/D
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 62
Captadores de posiciónFuncionamiento y señales de salida
Encoder TTL/HTL:
Contador Up/Dw
Pos
Vel
Frecuencimetro
Detector signo velocidad
Problemas para funcionar en un amplio rango de velocidades
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 63
Captadores de posiciónFuncionamiento y señales de salida
Encoder incremental sin/cos:
Atan2 ( , )dt
dPos
A/D
Vel
Idem TTL
Vel’
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 64
Signal sequence of the optical sin/cos encoder
A+
A-
B+
B-
R+
R-
C+
C-
D+
D-
Incremental signals
for speed control
Absolute signals
(per revolution)
for electroniccommutation
Referencemark
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 65
Captadores de posiciónFuncionamiento y señales de salida
Encoder incremental sin/cos:
Atan2 ( , )dt
dPos
A/D
Vel
Idem TTL
Vel’
Atan2 ( , )A/D Pos. absoluta
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 66
Captadores de posiciónFuncionamiento y señales de salida
Encoder absoluto:
VelocidadIdem. Incr.
sin/cos
Escala absoluta
Posicióndt
dVelocidad
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 67
Absolute encoder
Singleturn absolute encoder
Hall-effect element
Rotary encoder
16:1 16:1
Resolution:256 rev-olutions
Resolution:4,096 rev-olutions
Multiturn absolute encoder
Motorspeed
16:1
Resolution:16 rev-olutions
&
Gearbox
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 68
Simple absolute encoder
Principle: 2-pole resolver
16:1 16:1
Resolution:256 rev-olutions
Resolution:4,096 rev-olutions
Simple absolute encoder
Motorspeed
16:1
Resolution:16 rev-olutions
Hall-effect element
Rotary encoder
&
Resolver Gearbox
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 69
Encoder systems for actual speed value and/or actual position value
Rotary encoder systems
Absolute encodersIncremental encoders
ResolverOptical
sin/cos encoderSquare-wave
encoder
2-pole
Multi-pole
HTL
TTL
= Suitable as motor encoder forsynchronous servo motors (1FT, 1FK, 1FE...)
• Absolute encoder based on opt. sin/cos encoder + gearbox
• Simple absolute encoder based on 32-pole resolver + gearbox
Singleturn Multiturn Singleturn Multiturn
Without incremental signals
With incremental signals
• EnDat• SSI• PROFIBUS
• EnDat• SSI• PROFIBUS
• EnDat• SSI
• EnDat• SSI
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 70
Motor encoders - The Siemens product range
Good value
Highresolution
Incr
emen
tal
Ab
solu
te v
alu
e
Optical sin/cos encoder
Absoluteencoder
Simple absoluteencoder
Resolver• 2-pole• Multi-pole
Wherever the motion of the motor leaves behindtracks in the material (e.g. machine tools, printing machines, etc.)
Wherever extremely fast start/stop motions are concerned (e.g. packaging machines, etc.)
Wherever motions
from A to B are concerned
(e.g. loader axes, high-bay racking,
handling, etc.)
Rule of
thumb
Rule of
thumb
Typical application:
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 71
Dimensionamiento de motoresMovimientos (4)
¿Por que limitar el pulso?
Como veremos en el siguiente ejemplo en general los movimientos con pulso limitado reducen las vibraciones en el sistema
Mk
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 72
Dimensionamiento de motoresMovimientos (5)
Mk
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 73
Dimensionamiento de motoresMovimientos (6)
k=1000
Posición masa Zoom
Con Jerk LimitadoSin Jerk Limitado
Posición masa Zoom
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 74
Dimensionamiento de motoresMovimientos (7)
k=1500
Posición masa Zoom
Con Jerk LimitadoSin Jerk Limitado
Posición masa Zoom
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 75
Dimensionamiento de motoresMovimientos (8)
k=200
Posición masa Zoom
Con Jerk LimitadoSin Jerk Limitado
Posición masa Zoom
Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector IndustriaSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados
Página 76
Dimensionamiento de motoresMovimientos (9)
Con Jerk LimitadoSin Jerk Limitado