Guía de selección de servomotores Allen Bradley serie Y
Descripción general
La serie Y de Allen-Bradley cuenta con servomotores sin escobillas con conmutación electrónica (EC), disponibles con devanados de motor de 115 V o 230 V CA. Estos servomotores emplean un sistema de retroalimentación de circuito cerrado que permite un control preciso de la velocidad, la posición (lineal o angular) y la aceleración. Por lo general, están diseñados y construidos para accionar maquinaria en aplicaciones industriales ligeras, incluidas las siguientes:
- Maquinaria de embalaje ligera
- Robótica
- Maquinaria de oficina
- Fabricación de semiconductores
- mesas XY
- Manipulación de materiales
- Equipo médico/de laboratorio
- Maquinaria especializada
La línea de productos Allen-Bradley Serie Y comprende los siguientes modelos de servomotores:
- Modelo Y-1002-1: Tamaño de bastidor 1002, bobinado de motor de 115 VCA
- Modelo Y-1002-2: Tamaño de bastidor 1002, bobinado de motor de 230 V CA
- Modelo Y-1003-1: Tamaño de bastidor 1003, bobinado de motor de 115 VCA
- Modelo Y-1003-2: Tamaño de bastidor 1003, bobinado de motor de 230 V CA
- Modelo Y-2006-1: Tamaño de bastidor 2006, bobinado de motor de 115 VCA
- Modelo Y-2006-2: Tamaño de bastidor 2006, bobinado de motor de 230 VCA
- Modelo Y-2012-1: Tamaño de bastidor 2012, bobinado de motor de CA de 115 V
- Modelo Y-2012-2: Tamaño de bastidor 2012, bobinado de motor de 230 VCA
- Modelo Y-3023-2 : Tamaño de bastidor 3023, bobinado de motor de 230 V CA
Selección del servomotor Allen Bradley serie Y adecuado
El proceso de selección del servomotor correcto para un servosistema o aplicación determinado se conoce comúnmente como dimensionamiento del motor. Este proceso es muy importante porque el servomotor seleccionado debe producir el par de carga y la velocidad requeridos, caber en el espacio de instalación disponible y funcionar según lo previsto en las condiciones ambientales sometidas de una aplicación particular. Como tal, el proceso de dimensionar adecuadamente un servomotor de la serie Y comienza especificando la aplicación y luego seleccionando el motor que mejor pueda cumplir con los requisitos de esa aplicación.
A continuación se analizan los factores más importantes que debe tener en cuenta al seleccionar un servomotor sin escobillas Serie Y de Allen-Bradley para una aplicación o sistema servo en particular.
1. Inercia
En los servosistemas, la inercia se puede definir como la tendencia de la carga conectada a resistir el cambio de aceleración. Es importante calcular este parámetro al dimensionar un servomotor de la serie Y para garantizar que su servosistema pueda controlar la carga conectada de manera eficiente. Como el servomotor de la Serie Y seleccionado debe poder aplicar un par adecuado (en un servosistema rotacional) para cambiar la aceleración de la carga conectada, y debe hacerlo de manera controlada.
Básicamente, para dimensionar correctamente un servomotor de la serie Y, necesitará calcular su relación de inercia, definida como la relación entre la inercia de la carga del sistema y la inercia del rotor (inercia del servomotor), expresada matemáticamente como: Relación de inercia=JL /JM donde,
- JL = Momento de inercia de la carga total del sistema
- JM = Momento de inercia del servomotor Serie Y
La relación de inercia proporciona una medida de la eficacia con la que un servomotor de la serie Y puede controlar la carga conectada. Una relación de inercia alta es una indicación de que el servomotor de la serie Y tendrá problemas para controlar la carga de manera efectiva. Al mismo tiempo, una relación de inercia baja (por ejemplo, 2:1, 1:1 o 4:1) indica que el servomotor puede controlar eficazmente la carga.
Es preferible una relación de inercia más baja para aumentar el rendimiento del sistema, ya que el ajuste del bucle de control es más fácil con relaciones de inercia más bajas. Sin embargo, seleccionar una relación de inercia extremadamente baja puede generar una desventaja de mayor peso, tamaño y costos del motor en relación con las ganancias de rendimiento, ya que podría terminar con un servomotor de gran tamaño para su aplicación.
Nota: Puede encontrar los valores del momento de inercia del rotor ( JM ) para los servomotores de la serie Y en las hojas de datos proporcionadas por el fabricante: Rockwell Automation. Y al calcular el momento de inercia de la carga del sistema ( JL ), asegúrese de incluir cualquier componente mecánico adicional que moverá el servomotor Serie Y seleccionado, como correas, poleas, acoplamientos, rieles de alimentación, tornillos de avance, etc. . – ya que todos contribuyen a la inercia general de la carga. En esencia, la inercia de carga ( JL ) se denomina más apropiadamente inercia reflejada ( JR ): la inercia reflejada de regreso al eje del servomotor desde la carga conectada y todos los componentes mecánicos intermedios.
2. Velocidad de funcionamiento
Deberá seleccionar un servomotor Serie Y clasificado para usarse a las velocidades requeridas por su aplicación o sistema servo. Determinar la relación de inercia y el perfil de movimiento del servosistema le ayudará a determinar los requisitos de velocidad, aceleración y par que deberá cumplir el servomotor seleccionado. También es útil saber la distancia que el servomotor de la serie Y deberá mover la carga conectada y a qué velocidad.
Además, puede consultar las curvas de velocidad-par de la serie Y proporcionadas por Rockwell Automation. Estos gráficos de datos describen el rendimiento de los servomotores de la serie Y en diferentes velocidades de funcionamiento. Por lo tanto, proporcionan una referencia sencilla para determinar si el servomotor que desea seleccionar cumplirá con los requisitos de velocidad de su servosistema. Generalmente, los servomotores Allen-Bradley Serie Y están disponibles con velocidades operativas máximas de 4500 RPM y 5000 RPM.
Nota: La velocidad nominal (en RPM) es la velocidad máxima a la que el servomotor produce su par nominal. La velocidad máxima (dada en RPM) es la velocidad más alta que el servomotor puede alcanzar sin dañar los cojinetes del rotor y otros componentes.
3. Requisitos de torsión
Una vez que se conocen los requisitos de inercia y velocidad de la carga (aceleración y desaceleración deseadas), puede determinar el par (fuerza de rotación) requerido para mover o posicionar la carga conectada según sea necesario. Puede determinar la cantidad de torque que puede generar un servomotor de la Serie Y a partir de las curvas de torque-velocidad de la Serie Y proporcionadas por Rockwell Automation.
Al dimensionar los servomotores de la serie Y, las especificaciones de torque generalmente se refieren a lo siguiente:
Par continuo: se refiere al par máximo generado por un servomotor en condiciones normales de funcionamiento, incluidas aceleración, desaceleración, velocidad constante y permanencia. Idealmente, el par continuo requerido por una aplicación debería caer en la zona de funcionamiento continuo de la curva par-velocidad del servomotor de la serie Y seleccionado para mantener la velocidad de funcionamiento nominal.
El par nominal continuo se refiere al par continuo que un servomotor puede generar a la velocidad nominal de RPM. La clasificación de par continuo mide la capacidad de un motor para generar el par nominal y la velocidad nominal de RPM sin que sus devanados se sobrecalienten; Define el rango de trabajo del motor.
Nota: El tamaño físico de un servomotor de la serie Y puede determinarse por su capacidad de generación continua de torque con un equilibrio entre su longitud y diámetro. Por ejemplo, un servomotor más corto con un diámetro grande puede tener la misma clasificación de par continuo que un servomotor más largo y de menor diámetro. También puede utilizar un tren de engranajes u otras tecnologías de multiplicación de par con un servomotor Serie Y más pequeño para lograr los requisitos de potencia de su aplicación.
Par máximo: Esta es la cantidad más alta de par que un servomotor puede generar a una velocidad determinada durante un período corto (generalmente uno o dos minutos) durante todo el ciclo de funcionamiento del motor. Idealmente, el par máximo que requiere una aplicación debería caer en la zona intermitente de la curva par-velocidad del servomotor Serie Y seleccionado porque no es sostenible. Si cae dentro de la zona de funcionamiento continuo de la curva par-velocidad del motor, el servomotor Serie Y puede estar sobredimensionado.
Los servomotores normalmente están diseñados para funcionar en el rango de par máximo sólo cuando se supera la fricción o se desacelera/acelera la carga conectada; por lo tanto, la cantidad de par máximo requerido por una aplicación puede ser mayor que el par nominal del servomotor Serie Y seleccionado.
Par de parada: este es el par que genera un servomotor cuando su velocidad de rotación de salida (velocidad del eje) es cero. El par de parada continua se refiere al par continuo del servomotor a velocidad cero del eje (o parada).
4. Tipo de dispositivo de retroalimentación
Los servomotores funcionan como parte de un sistema de control de movimiento de circuito cerrado, produciendo par y velocidad según lo ordenado por un servocontrolador y utilizando un elemento de retroalimentación para cerrar el circuito de control. En la mayoría de los casos, el dispositivo de retroalimentación, que puede ser un codificador, un resolutor, un sensor de efecto Hall, un transductor lineal o un potenciómetro, está integrado en el servomotor. En otros casos, se puede instalar un dispositivo de retroalimentación externo a cierta distancia del servomotor.
El dispositivo de retroalimentación integrado monitorea la velocidad y/o posición real del servomotor y, utilizando los datos recopilados, genera una señal de retroalimentación de velocidad o posición adecuada y la envía al servoaccionamiento o al servocontrolador, que a su vez ajusta la velocidad del servomotor. parámetros de operación para lograr el movimiento requerido. Por lo tanto, asegúrese de seleccionar un servomotor Serie Y equipado con un dispositivo de retroalimentación que mejor pueda cumplir con los requisitos de resolución y control (par/velocidad o control de posición) de su servosistema.
Básicamente, los servomotores de la serie Y de Allen-Bradley están disponibles con un codificador óptico estándar integral 2000 con un recuento de líneas de 2000. Como tal, los servomotores de la serie Y funcionan de manera confiable con 2000 líneas de retroalimentación del codificador.
5. Servovariadores compatibles
Los servomotores Allen-Bradley Serie Y están diseñados para accionar maquinaria industrial ligera. Por esta razón, deben usarse como parte de un servosistema controlado que incorpore un servoamplificador o servoamplificador electrónico transistorizado. No están diseñados para conectarse directamente a la fuente de alimentación del sistema ni para usarse con servovariadores de tiristores.
La función del servoaccionamiento electrónico transistorizado es amplificar la señal de control del servocontrolador del sistema para suministrar suficiente corriente y voltaje al servomotor Serie Y conectado. Esto permite que el servomotor genere el par y la velocidad necesarios para lograr el movimiento deseado. Siendo ese el caso, asegúrese de seleccionar un servomotor Allen-Bradley Serie Y que sea compatible con el servoaccionamiento de su sistema para un rendimiento efectivo del servosistema.
Generalmente, los servomotores de la serie Y se pueden utilizar con los siguientes servovariadores Allen-Bradley:
- Servovariadores Ultra3000 (Boletín 2098): Estos son servovariadores digitales de alto rendimiento que se pueden integrar con la plataforma de control ControlLogix a través de la interfaz digital SERCOS (Sistema de comunicación serial en tiempo real) para Kinetix Integrated Motion. Operan una amplia gama de servomotores rotativos Allen-Bradley en diversas aplicaciones, desde simples sistemas de indexación independientes hasta plataformas de movimiento integradas de múltiples ejes.
- Servovariadores Kinetix 2000 (Boletín 2093): Estos servovariadores multieje de baja potencia ofrecen una solución de movimiento integrado Kinetix para aplicaciones de control de movimiento que presentan requisitos de potencia de salida de 3 a 45 kW (4…49 A).
- Servovariadores Kinetix 6000 (Boletín 2094): Estos servovariadores multieje proporcionan capacidad de movimiento integrado Kinetix a través de la interfaz digital SERCOS para aplicaciones de control de movimiento exigentes. Las aplicaciones típicas de los servovariadores Kinetix 6000 incluyen manipulación, embalaje, ensamblaje y conversión de materiales.
Nota: Si planea utilizar un servomotor Allen-Bradley Serie Y con un servovariador de ejes múltiples Kinetix 6000 (Boletín 2094) o Kinetix 2000 (Boletín 2093), deberá seleccionar un Módulo de eje integrado (IAM) apropiado ) y un módulo de eje (AM). Los dos son módulos de potencia que proporcionan potencia y control a los servomotores Allen-Bradley operados por los servomotores anteriores.
La serie de servovariadores Kinetix 2000 está disponible con los siguientes módulos de potencia IAM y AM:
- 2093-AC05-MPx: este módulo de eje integrado se monta en un riel eléctrico Boletín 2093. Cuenta con un convertidor e inversor de corriente alterna de 230 V.
- 2093-AMxx: Este es un módulo de eje que también se monta en un riel eléctrico Boletín 2093. Cuenta con un inversor de corriente de bus compartido de 230 V CC. Este módulo de potencia debe usarse con un módulo de eje integrado compatible.
- 2093-AMPx: Este es un módulo de eje instalado en un riel eléctrico Kinetix 2000. Cuenta con un inversor de corriente de bus compartido de 230 V CC. Además, debe utilizarse con un módulo de eje integrado compatible.
La serie de servovariadores Kinetix 6000 está disponible con los siguientes módulos de potencia IAM y AM:
- 2094-xCxx-Mxx-S: esta línea de productos incluye módulos de eje integrados con un suministro de CA de clase 400 V o 200 V y una función de desconexión de par segura. Además, estos módulos IAM cuentan con un inversor de potencia y un componente convertidor. Los módulos de alimentación IAM de clase 400 V (Serie B o posterior) de esta línea de productos también incluyen una función de mejora de picos.
- 2094-xCxx-Mxx: esta línea de productos comprende módulos de eje integrados con una entrada de CA de clase 400 V o 200 V. Estos módulos de potencia IAM no incluyen una mejora de pico ni una función de desconexión de par segura.
- 2094-xMxx-S: Estos son módulos de eje con una función de desconexión de torsión segura. Cuentan con inversores de bus de CC compartidos y están clasificados para funcionamiento de CA de clase 400 V o 200 V. Cada módulo AM de esta serie se debe utilizar con un módulo de alimentación del módulo de eje integrado. Los módulos de eje de clase 400 V (serie B o posterior) están disponibles con una función de mejora de picos.
- 2094-xMxx: Son módulos de eje (AM) que incluyen inversores de bus de CC compartidos. Están clasificados para potencia de entrada de CA de clase 400 V o de clase 200 V. No tienen la función de mejora de picos ni de desconexión de torsión segura. Cada módulo AM de esta serie debe usarse con un módulo de eje integrado compatible.
6. Especificaciones del freno del motor
Si su aplicación o sistema servo requiere frenos de retención, asegúrese de seleccionar un servomotor Serie Y que esté disponible con un freno opcional de 24 VCC. Además, verifique que las especificaciones del freno de motor incluido puedan cumplir con los requisitos de su servosistema/aplicación.
Nota: Los frenos de motor se proporcionan como opciones en algunos de los servomotores de la serie Y, como Y-1002-2-H04AA, Y-1002-1-H04AA, Y-1003-2-H04AA, Y-1003-1- H04AA, Y-2006-2-H04AA, Y-2006-1-H04AA, Y-2012-2-H04AA e Y-3023-2-H04AA funcionan únicamente como frenos de retención. Están diseñados para embragar el eje del servomotor Serie Y a cero RPM hasta que se alcance el par de retención nominal. Además, son de tipo resorte y liberan el eje del motor cuando se proporciona un voltaje apropiado a la bobina del freno.
Directrices de aplicación para los frenos de motor de la serie Y
Los frenos de retención de los servomotores de la serie Y no están diseñados para detener el movimiento de rotación del eje del motor; por lo tanto, no deben utilizarse como dispositivos de restricción mecánica por motivos de seguridad. En su lugar, sería mejor si detuviera la rotación del eje del servomotor utilizando las entradas del servoaccionamiento conectado. La técnica recomendada para detener la rotación de un eje de motor de la serie Y es ordenar al servoaccionamiento conectado que desacelere el servomotor de la serie Y a cero RPM y active los frenos de retención una vez que el servoaccionamiento haya desacelerado el servomotor a cero RPM. Necesitará una fuente de alimentación independiente para desactivar los frenos.
Además, si falla la fuente de alimentación principal al servosistema, los frenos de retención pueden resistir el uso como frenos de parada ocasionales. Usarlos como frenos de parada puede crear un juego de rotación mecánico, que puede ser potencialmente perjudicial para el servosistema. Esto también reduce la vida útil de los frenos debido al mayor desgaste.
7. Clasificaciones de fuerza de carga del motor estándar
Los servomotores sin escobillas de la serie Y pueden funcionar de manera confiable con cargas máximas de eje axial o radial.
- Servomotor serie Y: Y-3023
- Carga máxima del eje axial (kg (lb)): 20 (44,1)
- Carga máxima del eje radial (kg (lb)): 35 (77,175)
- Servomotor serie Y: Y-2012
- Carga máxima del eje axial (kg (lb)): 10 (22,05)
- Carga máxima del eje radial (kg (lb)): 25 (55,125)
- Servomotor serie Y: Y-2006
- Carga máxima del eje axial (kg (lb)): 8 (17,64)
- Carga máxima del eje radial (kg (lb)): 20 (44,1)
- Servomotor serie Y: Y-1003
- Carga máxima del eje axial (kg (lb)): 3 (6,615)
- Carga máxima del eje radial (kg (lb)): 10 (22,05)
- Servomotor serie Y: Y-1002
- Carga máxima del eje axial (kg (lb)): 2 (6,615)
- Carga máxima del eje radial (kg (lb)): 10 (22,05)
Nota: La tabla anterior enumera los factores de carga axial y radial que proporcionan una vida útil del rodamiento L-10 de 20 000 horas para los rodamientos del rotor de la serie Y. La vida útil por fatiga de los rodamientos de 20 000 horas no considera ninguna reducción de la vida útil específica de la aplicación que pueda ocurrir si fuentes externas contaminan la grasa del rodamiento. Además, las cargas radiales máximas enumeradas se aplican en el centro de la extensión del eje del servomotor.
8. Cables de alimentación y retroalimentación del motor compatibles
Seleccione los cables, conectores y otros accesorios adecuados necesarios para cablear las conexiones de alimentación, retroalimentación y freno del servomotor Serie Y que desea utilizar en su aplicación.
Estos son los distintos tipos de cables que puede utilizar con los servomotores de la serie Y de Allen-Bradley:
- Cables de retroalimentación del motor
- Cables de retroalimentación incremental 2090-XXNFY-Sxx, con conductores sueltos en el extremo del servovariador.
- Cables de retroalimentación incremental 2090-UXNFBY-Sxx, con un conector premoldeado en el extremo del servovariador.
- Cables de freno y alimentación del motor
- 2090-XXNPY-16Sxx cables de alimentación con cables de freno
- 2090-UXNPAY-16Sxx cables de alimentación con cables de freno
9. Factores ambientales
Al seleccionar un servomotor sin escobillas de la serie Y, también se deben considerar factores ambientales como la temperatura de funcionamiento y almacenamiento, la humedad relativa, la tolerancia a golpes y vibraciones mecánicas, la resistencia a la contaminación, etc. Estos factores afectan la selección general de un servomotor porque si el entorno de trabajo previsto difiere de las condiciones operativas especificadas, el servomotor no funcionará como se requiere.
Por ejemplo, supongamos que un servomotor clasificado para producir 13,56 Nm de par continuo en condiciones ambientales de 40 °C con una temperatura máxima de la bobina de 170 °C y un aumento de temperatura de los devanados de 130 °C se opera en un ambiente de 50 °C. ambiente. En ese caso, la temperatura máxima especificada de la bobina y el aumento de temperatura de los devanados del motor se excederán cuando el servomotor funcione con una clasificación de par continuo de 13,56 Nm. En tal caso, el par continuo producido por ese servomotor será mucho menor que la cantidad nominal a menos que se seleccione un servomotor más grande.
Por lo tanto, operar un servomotor a una temperatura ambiente más alta que la especificada significa que se produce una menor cantidad de torque continuo. De manera similar, las temperaturas ambiente extremadamente bajas afectan los lubricantes de un servomotor y provocan que se cale. Además, si hay contaminantes, polvo o humedad en el entorno en el que se va a utilizar el servomotor, necesitará un servomotor de la serie Y más robusto con clasificación IP o personalizado para dicho entorno; Las soluciones personalizadas pueden incluir disposiciones de sellado especiales, gabinetes reforzados, materiales de construcción de motores alternativos u otras modificaciones.
Los servomotores sin escobillas de la serie Y de Allen-Bradley presentan las siguientes especificaciones ambientales:
- Temperatura ambiente de funcionamiento: 32…104°F (0 a 40°C), ideal para entornos industriales y de fábrica.
- Temperatura ambiente de almacenamiento: -4 … 149 °F (-20 a 65 °C)
- Humedad relativa: 20% a 90% (sin condensación)
