Embora encoders sejam os dispositivos de feedback mais amplamente aplicáveis para sistemas de servos que requerem precisão extrema, sensores de efeito Hall e resolvers também são escolhas adequadas para lidar com desafios específicos. Aqui, vamos explorar como eles funcionam, as opções disponíveis e as vantagens e limitações de cada um em relação a aplicações específicas.
Sensores de efeito Hall
Quando uma máquina não requer controle preciso de velocidade ou alta resolução do sistema de movimento, uma opção adequada são os sensores de feedback de baixo custo, como os dispositivos de efeito Hall. São sensores digitais do tipo liga/desliga, que medem a intensidade de um campo eletromagnético ou magnético permanente, gerando um pulso a cada passagem do campo.
Dispositivos de efeito Hall são oferecidos em pacotes independentes, que são montados dentro da carcaça do servomotor. Nos servomotores sem escovas, esses sensores às vezes são integrados nos enrolamentos do estator e comutados pelos ímãs do rotor. Esses dispositivos relatam a posição do eixo, que também pode ser convertida em dados de velocidade ou de aceleração.
Dispositivos de efeito Hall são comumente usados em sistemas de servo de comutação de seis passos, um tipo de comutação eletrônica que requer eletrônica de drive relativamente simples e é usada com frequência em sistemas CC sem escovas. Sensores de efeito Hall são melhores quando emparelhados com um encoder incremental, geralmente chamado de comcoder. A vantagem desse emparelhamento é conseguir maior resolução do que com um dispositivo de efeito Hall sozinho, e não precisar executar uma sequência de "wake and shake" para determinar o ângulo de comutação, já que isso é tratado pelo sensor de efeito Hall.
No entanto, o controle trapezoidal que sensores de efeito Hall suportam pode não ser adequado para algumas aplicações industriais de servos, porque pode ser menos eficiente na produção de torque do que outros métodos de comutação. E o que é pior, esse controle grosseiro pode gerar ripple de torque alto, devido a transições abruptas de corrente, que geralmente produzem variações de velocidade pequenas, mas detectáveis. Em alguns casos, o ripple de torque pode deteriorar seriamente o desempenho geral de um sistema de drive.
Com drives de corrente senoidal, sensores Hall podem ser usados em combinação com feedback de encoder incremental para fornecer uma comutação senoidal precisa. Em servodrives, sensores Hall também funcionam como sensores de corrente para fechar o circuito da corrente. Em outras aplicações industriais, podem ser usados para detectar a posição de virabrequins, câmeras ou outros dispositivos mecânicos.
Resolvers
Resolvers, juntamente com encoders, lidam com a maioria das tarefas de controle de movimento em malha fechada. Um resolver é um transformador rotativo com um primário e dois secundários. O primário é alimentado com uma tensão CA. Os secundários acoplam ratiometricamente a tensão de entrada, conforme a posição do eixo.
Os sinais senoidais resultantes, seno e cosseno, são convertidos em sinais digitais no controlador do drive por conversores resolver-para-digital (RDCs) ou por software de interpolação no drive. Um resolver de dois polos (velocidade única) fornece um sinal de posição absoluta em uma revolução do motor.
Por serem dispositivos analógicos, os resolvers fornecem sinais relativamente limpos. Sua ampla faixa de tensão também os torna menos suscetíveis a ruído. Geralmente, a resolução de saída convertida é determinada no drive e pode ser de até 16 bits. No entanto, a resolução pode ser limitada pela velocidade do motor devido à limitação de frequência máxima.
Resolvers podem ser de velocidade única ou múltipla, sendo que o número de "velocidades" indica o número de ciclos elétricos gerados por rotação mecânica (não confundir com velocidade física). Em outras palavras, as contagens por rotação aumentam por um fator da "velocidade" do resolver.
Os resolvers têm muitos atributos positivos: são dispositivos robustos, altamente resistentes a ruídos de EMI e são muito tolerantes ao calor, vibração e choque. Geralmente, são classificados a 155 ºC, com modelos especiais capazes de suportar 230 ºC, e podem até ser endurecidos por radiação.
No entanto, os resolvers requerem mais eletrônica para conversão de sinal do que os sistemas baseados em encoders. Além disso, costumam ser menos precisos que os encoders ópticos, embora algumas versões, conhecidas como unidades de enrolamento dente a dente, melhorem isso. As técnicas de fabricação usadas para essas unidades mantêm a variação entre as partes ao mínimo, o que aumenta a precisão de saída em cerca de 50%.
Os resolvers sem escovas e sem carcaça são comumente usados em servomotores devido à redução das necessidades de manutenção e a um grande orifício de passagem, que pode acomodar modificações no motor, como eixos ocos e opções adicionais de extensão de eixo.
Saiba mais
É muito importante que você leia os nossos três posts no blog sobre Dispositivos de Feedback, incluindo artigos sobre critérios de seleção de alto nível e encoders lineares, rotativos e senoidais, para dominar este tópico crucial de movimento. E sinta-se à vontade para contatar um engenheiro da Kollmorgen para tratar das especificidades da sua aplicação e obter recomendações para a melhor tecnologia de circuito de servo para atender às suas necessidades.
