servomotor

¿Qué es un servomotor? ¿Cómo funciona?

Un servomotor es un motor eléctrico que hace accionar partes de una maquina con alta eficiencia y precisión. El servomotor trabaja junto con un sensor, también llamado encoder, que lo retroalimenta, es decir que le manda constantemente una señal de velocidad y posición exacta al servo. Esto permite calcular o aplicar la corrección necesaria para que el motor quede en la posición deseada y poder tener un control exacto evitando posibles variaciones.  

Los servomotores se aplican en muchos sistemas y productos industriales como la robótica, la automatización, la manipulación de materiales, farmacéutica, ¡Incluso en los brazos robóticos! 

Una de sus ventajas es que siempre son constantes y trabajan al mismo ritmo, no paran. Pese a su efectividad que compensa, suelen tener un coste elevado en cuanto a mantenimiento.

Partes de un servomotor

Un servomotor es en realidad un conjunto de piezas que forman un servomecanismo. El servo es el elemento capaz de convertir la energía eléctrica en mecánica gracias a la acción de los campos magnéticos que se encuentran dentro del motor. Sus componentes principales son:

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  • Motor de corriente continua DC (parte eléctrica)es el principal componente del servo el cual proporcionara el movimiento.

  • Engranajes reductores (parte mecánica): se encarga de reducir la velocidad de giro del motor para incrementar su capacidad de torque.

  • Sistema de control (parte electrónica): es la encargada de enviar información y de alimentar al motor. Es una placa electrónica que ajusta una estrategia de control de la posición angular mediante la retroalimentación. Para ello, el circuito compara la señal de entrada de referencia o posición deseada con la posición actual medida por el potenciómetro. La diferencia entre la posición actual y la posición deseada se amplifica y se utiliza para mover el motor en la dirección necesaria para reducir el error de posición.
  • Encoder: le dice al variador (que le está dando potencia al servo) en qué posición está a cada momento el servomotor.
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Fuente: Electrónica Junior
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Fuente: Electrónica Junior

Tipos de servomotor

  • Servomotor DC (corriente continua). Funcionan con un pequeño motor de corriente continua. Convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético.
    Le llega la energía de un variador para poder funcionar. El variador modula la electricidad que recibe el motor, ya que las fuentes de alimentación tienen un flujo continuo de corriente, no se autorregulan. Por lo tanto, el motor rota o no rota. Sin el variador no podríamos hacer que el motor empezara poco a poco, ganara velocidad o que frene un poco o que bajara la velocidad.
  • Servomotor AC (corriente alterna). También suelen tener un variador. Este servomotor aporta una corriente más alta y por lo tanto se usan en aplicaciones industriales donde se requieren altas repeticiones de alta precisión. Por ejemplo, se pueden utilizar en robots o fabricación en línea.
  • Servomotore de imanes permanentes o Brushless. Es un motor eléctrico sin escobillas. La escobilla es el elemento que ejerce conexión eléctrica entre la parte fija y la giratoria dentro del motor eléctrico. Para que os hagáis una idea, lo podemos encontrar también en los Drons.

 

La fuente de alimentación es la diferencia clave entre los servomotores de AC y DC. Primero explicaremos los tipos de fuentes de alimentación para entender mejor que tipo de corriente va en cada motor. 

Existen 4 tipos de fuente de alimentación: 

  • AC/AC recibe corriente alterna y la convierte en alterna. Por ejemplo, recibe 400V y casa 24V/200V 
  • AC/DC: recibe corriente alterna y la convierte en corriente continua. 
  • DC/AC: recibe corriente continua y la convierte en alterna. 
  • DC/DC: recibe corriente continua y la convierte en continua. 

A cada tipo de motor le tenemos que dar la fuente de alimentación que necesita. Por lo tanto, un servo DC solo puede funcionar con una fuente de alimentación DC/DC o AC/DC. Y un servo AC solo puede funcionar con una fuente DC/AC o AC/AC. 

Los variadores (también llamados transformadores) “limpian” la energía “sucia” de su procedencia, ya que tenemos que suavizar los picos de tensión, que protegerá el motor de las irregularidades de la red, bajadas de tensión, etc. 

 

¿Cómo funcionan los servomotores?

Dependiendo de la aplicación donde este instalado el servomotor el sistema será más o menos complejo. Los servomotores son parte de un sistema de circuito cerrado. Se componen de varios elementos. Estos son: un circuito de control (servodrive o servocontrol) , un amplificador (servoamplificador), un codificador (servodriver), el servomotor y un eje.

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Fuente: Real Pars

El circuito de control es la parte más importante del sistema del servo-control. Ha sido diseñado específicamente para este propósito. No solo aporta la potencia necesaria al servomotor, además de alimentar a este, actúa de intérprete y ejecuta las órdenes de movimiento programadas o recibidas externamente.

El controlador envía señales de baja tensión referente a la posición y la velocidad que se necesita al servoamplificador, estos comandos son amplificados a una alta potencia para que el motor pueda usarla. Las señales eléctricas del sensor del servomotor se devuelven al amplificador, este amplificador utiliza información para controlar la velocidad y la posición del rotor. La función del servocontrolador es completar el bucle del sistema. Al intercambiar constantemente datos con el servoamplificador, los parámetros del motor, ya sea la velocidad, el par o el torque, se ajustan inmediatamente.

 

Conclusiones

En la actualidad los servomotores son imprescindibles en la industria, ya que realizan procesos productivos más eficientes y con un mayor rendimiento, reduciendo los costes en la producción. Aunque estén en constante funcionamiento, su vida es muy larga siempre y cuando se cumplan con las condiciones de temperatura del fabricante y un buen mantenimiento. Además, permiten el ahorro de energía eléctrica, ya que solo consumen energía cuando el sistema lo requiere.

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