Servomotor

Servomotor

Actuador mecánico en cualquier sistema de servomecanismo que tiene por objeto llevar al sistema a una lectura cero reduciendo a cero la señal de error.

Servomotores de CD

Los servomotores de cd son motores impulsados por una corriente que procede de amplificadores eléctricos de cd o ca con demoduladores internos o externos, reactores saturables, tiratrones o amplificadores rectificadores controlados de silicio.

Los servomotores de cd son de muchos tamaños, desde .05 hp hasta 1000 hp.

Las características fundamentales que se deben buscar en cualquier servomotor de cd o ca, son las siguientes:

• Que el par de salida del motor sea aproximadamente proporcional a su voltaje de control aplicado (desarrollado por el amplificador).

• Que la dirección del par éste determinada por la polaridad instantánea del voltaje de control.

Se usan cuatro tipos de servomotores de cd, que son los más importantes, los cuales son:

• Motor de derivación de campo controlado

• Motor derivación de armadura controlada

• Motor serie

• Motor derivación de imán permanente o de excitación de campo fijo

a) Servomotor de cd de campo controlado

El par que produce este motor es cero cuando el amplificador de error de cd no le suministra excitación de campo.

Como la corriente de armadura es constante, el par varía directamente de acuerdo con el flujo del campo y también de acuerdo con la corriente de campo hasta la saturación.

Si se invierte la polaridad del campo, se invierte la dirección del motor. El control de la corriente del campo mediante este método se usa solo en servomotores muy pequeños, debido a que no es deseable suministrar una corriente de armadura grande y fija como la que se necesitaría para los servomotores de cd.

Otra de las razones de su uso en servomotores pequeños es el hecho de que su respuesta dinámica es más lenta que la del motor de armadura controlada, debido a la mayor constante de tiempo del circuito altamente inductivo del campo.

b) Servomotor de cd de armadura controlada

Este servomotor emplea una excitación de campo de cd fija que suministra una fuente de corriente constante.

Este tipo de control, posee determinadas ventajas dinámicas que no tienen el método de control de campo.

Un cambio súbito en el voltaje de armadura que ocasiones una señal de error provocara una respuesta casi instantánea en el par debido a que el circuito de armadura es esencialmente resistivo en comparación con el circuito de campo altamente inductivo.

El campo de este motor se trabaja en forma normal bastante más allá del punto máximo de la curva de saturación, para mantener el par menos sensible a pequeños cambios en el voltaje de la fuente de corriente constante.

Además, un alto flujo en el campo aumenta la sensibilidad del motor al par para el mismo cambio pequeño de la corriente de armadura, representado de forma algebraica como:

Los motores de cd hasta de 1000 hp se impulsan de este modo mediante control de voltaje de armadura. Si la señal de error y la polaridad del voltaje de armadura se invierten, el motor invierte su dirección.

c) Servomotor de cd de imán permanente de armadura controlada

Este tipo de servomotor, mucho muy difundido, emplea imanes permanentes (ya sea de Alnico o de cerámica) para tener excitación constante del campo, en oposición a una fuente constante de corriente de campo.

Se fabrica en general para 6v y 28v en tamaños fraccionarios y en 150v para caballajes integrales hasta de 2 hp.

La estructura del campo para este tipo de motor consiste en general de aleación Alnico VI, vaciada o colada en forma de anillo circular que rodea completamente a la armadura y da un flujo fuerte y constante.

Los motores de imán permanente están bien compensados mediante devanados de conmutación para evitar la desmagnetización de los imanes de campo siempre que se invierte súbitamente el voltaje de corriente directa de armadura.

En estos motores, las corrientes parásitas y los efectos de la histéresis, en general son desdeñables y las zapatas polares son comúnmente laminadas para reducir el arqueo en las escobillas siempre que se tiene un cambio rápido del voltaje a la señal.

Estos dispositivos también se controlan mediante la regulación del voltaje de armadura de igual manera que el motor derivación de armadura controlada mencionado anteriormente.

En este motor se usan dos modos de funcionamiento: de control de posición y de control de velocidad. Los que se usan para control de posición a veces se llaman “motores de par” debido a que se desarrollan para extremadamente altos en reposo o a bajas velocidades.

A la inversa, a altas velocidades, ya que el par varia inversamente con la velocidad, dada en el sistema SI por:

El par desarrollado es extremadamente pequeño. El par se desarrolla también en función del voltaje aplicado a la armadura.

La siguiente figura muestra las curvas características de par (inverso)-velocidad para tres voltajes, bajo, medio y alto.

Las curvas son muy lineales y el par varía en forma inversa con la velocidad. También se muestra la familia de corrientes que se toma del suministro de cd a voltajes aplicados bajos, medios y altos.

La línea de carga que se produce en las intersecciones de las curvas par-velocidad con las curvas corriente-par es una indicación de la velocidad del par y la corriente que se produce a voltajes bajos (l), medianos (m) y altos (h).

+Curvas características de un servomotor de cd

Cuando los servomotores de cd de imán permanente se usan en control de velocidad, trabajan en forma continua para mantener determinada velocidad predeterminada o deseada.

Puesto que P = kTS, siempre que sean relativamente pequeños las velocidades y los pares, la potencia que se desarrolla y la que se disipa son pequeñas.

La figura anterior muestra las curvas par-velocidad para tres voltajes (bajo, medio y alto), así como las zonas de funcionamiento seguro

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