¿Cuáles son los requisitos eléctricos para los Harmonic Drives?

Los accionamientos armónicos son dispositivos mecánicos de precisión que ofrecen una alta transmisión de par, un tamaño compacto y una excelente precisión posicional. Como proveedor líder de variadores de armónicos, entendemos la importancia de los requisitos eléctricos para garantizar el rendimiento óptimo de estos variadores. En esta publicación de blog, profundizaremos en los aspectos eléctricos de los variadores armónicos, explorando los requisitos clave y sus implicaciones.

Requisitos de fuente de alimentación

La fuente de alimentación es el alma de cualquier sistema eléctrico y los accionamientos armónicos no son una excepción. La energía eléctrica requerida para un variador armónico depende de varios factores, incluido el tamaño del variador, la carga que se espera que maneje y la velocidad de operación.

La mayoría de los variadores de armónicos funcionan con una fuente de alimentación de corriente continua (CC). Los requisitos de voltaje pueden variar ampliamente, generalmente entre 12 V y 48 V, aunque algunas aplicaciones especializadas pueden requerir voltajes más altos. Es crucial hacer coincidir el voltaje de la fuente de alimentación con las especificaciones del variador de armónicos. El uso de un voltaje incorrecto puede provocar un funcionamiento ineficiente, sobrecalentamiento e incluso daños permanentes al variador.

Además del voltaje, también es importante la corriente nominal de la fuente de alimentación. El consumo de corriente de un variador armónico está determinado por el par de carga y la eficiencia del variador. Un par de carga más alto requerirá más corriente para mantener la velocidad deseada. Al seleccionar una fuente de alimentación, es necesario asegurarse de que pueda proporcionar suficiente corriente para satisfacer las demandas máximas del variador de armónicos durante el funcionamiento.

Compatibilidad del motor y del controlador

Los accionamientos armónicos a menudo se combinan con controladores y motores eléctricos. La compatibilidad entre estos componentes es esencial para lograr el mejor rendimiento.

1. Selección de motores: Se pueden utilizar diferentes tipos de motores con variadores armónicos, como motores de CC con escobillas, motores de CC sin escobillas y motores paso a paso. Cada tipo de motor tiene sus propias características eléctricas, como curvas par - velocidad y requisitos de control. Por ejemplo, los motores de CC sin escobillas son conocidos por su alta eficiencia y larga vida útil, pero requieren una electrónica de control más compleja en comparación con los motores de CC con escobillas. El motor debe tener suficiente capacidad de par para impulsar la carga a través del accionamiento armónico.
2. Requisitos del controlador: El controlador del motor es responsable de regular la potencia suministrada al motor para lograr el control de velocidad y posición deseado. El controlador debe poder comunicarse eficazmente con el motor y el sistema de accionamiento armónico. Debe proporcionar las señales de accionamiento adecuadas, teniendo en cuenta las propiedades eléctricas del motor y las características mecánicas del accionamiento armónico. Algunos controladores avanzados también pueden ajustar los parámetros del variador en tiempo real basándose en la retroalimentación de sensores, como codificadores.

Ruido eléctrico e interferencias

El ruido eléctrico y las interferencias pueden tener un impacto significativo en el rendimiento de los variadores armónicos, especialmente en aplicaciones donde la precisión es crucial.

1. Fuentes de ruido: Las principales fuentes de ruido eléctrico en los sistemas de accionamiento armónicos incluyen la acción de conmutación de la electrónica de potencia en el controlador del motor, la interferencia electromagnética (EMI) de otros equipos eléctricos cercanos y las vibraciones mecánicas que pueden inducir señales eléctricas. Por ejemplo, la conmutación de alta frecuencia de MOSFET en un controlador de motor de CC sin escobillas puede generar picos y armónicos en la señal eléctrica, que pueden interferir con el funcionamiento normal del variador.
2. Medidas de mitigación: Para reducir el ruido eléctrico y las interferencias, se pueden tomar varias medidas. Un enfoque común es utilizar filtros, como filtros de paso bajo, para eliminar componentes de alta frecuencia de las señales eléctricas. Proteger los cables que conectan el motor, el controlador y el variador de armónicos también puede ayudar a bloquear la EMI externa. Además, una conexión a tierra adecuada del sistema eléctrico es esencial para evitar la acumulación de cargas estáticas y proporcionar un camino de baja impedancia para las corrientes eléctricas.

Sistemas de retroalimentación

Los sistemas de retroalimentación desempeñan un papel vital en el funcionamiento de accionamientos armónicos, especialmente en aplicaciones donde se requiere un posicionamiento preciso o control de velocidad.

1. Requisitos del codificador: Los codificadores se utilizan comúnmente como dispositivos de retroalimentación en sistemas de accionamiento armónicos. Proporcionan información sobre la posición y velocidad del eje del motor o del eje de salida del accionamiento armónico. El codificador debe tener una resolución suficiente para cumplir con los requisitos de precisión de la aplicación. Por ejemplo, en una aplicación robótica de alta precisión, es posible que se necesite un codificador con una gran cantidad de pulsos por revolución para lograr el nivel deseado de precisión posicional.
2. Interfaz eléctrica: El codificador tiene una interfaz eléctrica con el controlador del motor. La interfaz debe ser compatible en términos de niveles de señal, protocolos de comunicación y requisitos de energía. Por ejemplo, algunos codificadores utilizan una salida de señal diferencial para mejorar la inmunidad al ruido y el controlador debe poder recibir y procesar estas señales correctamente.

Consideraciones térmicas y disipación eléctrica

El calor excesivo puede degradar el rendimiento y reducir la vida útil de los variadores armónicos y sus componentes eléctricos asociados.

1. Generación de calor: Las pérdidas eléctricas en el motor, el controlador y otros componentes eléctricos del sistema de accionamiento armónico generan calor. Estas pérdidas se producen debido a factores como la resistencia en los devanados del motor, las pérdidas por conmutación en la electrónica de potencia y la fricción en las piezas mecánicas.
2. Requisitos de refrigeración: Es necesaria una refrigeración adecuada para mantener la temperatura de los componentes eléctricos dentro de su rango de funcionamiento seguro. En algunos casos, el enfriamiento por convección natural puede ser suficiente, especialmente para aplicaciones de pequeña escala o de baja potencia. Sin embargo, para aplicaciones de alta potencia o de funcionamiento continuo, es posible que se requiera refrigeración por aire forzado o refrigeración líquida. El diseño eléctrico debe tener en cuenta los requisitos de refrigeración y garantizar que la fuente de alimentación y los componentes puedan soportar la carga térmica adicional.

Conclusión

Comprender los requisitos eléctricos de los variadores armónicos es esencial para garantizar su funcionamiento confiable y eficiente. Desde la fuente de alimentación y la compatibilidad entre el motor y el controlador hasta los sistemas de retroalimentación y mitigación del ruido eléctrico, cada aspecto desempeña un papel crucial en el rendimiento general del variador.

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Referencias

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• Marrón, AR (2019). Gestión térmica en sistemas de accionamiento armónicos de alto rendimiento. Actas de la Conferencia Internacional sobre Aplicaciones y Electrónica de Potencia, 156 - 162.