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CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA CNICONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA CNI
Robson Braga de Andrade 
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Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti 
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Robson Braga de Andrade 
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Esta publicação foi elaborada pela equipe da Unidade Estratégica de Desenvolvimento
Educacional – UEDE/Núcleo de Educação a Distância – NEAD, do SENAI do Rio Grande do
Sul, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os
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SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Unidade Estratégica de Desenvolvimento Educacional – UEDE/Núcleo de Educação a
Distância – NEAD
 
Lista de ilustraçõesLista de ilustrações
Figura 1 - Classificação dos motores por tipo ........................ ........................ ........................ ........................ ........16
Figura 2 - Partes de um motor elétrico de indução trifásico ........................ ........................ ........................ ....17
Figura 3 - Motor: vista explodida ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ........18
Figura 4 - Rotor bobinado assíncrono ...................... ........................ ........................ ........................ ........................20
Figura 5 - Motor de corrente contínua ..................... ........................ ........................ ........................ ........................21
Figura 6 - Funcionamento de um motor DC ...................... ........................ ........................ ........................ ............22
Figura 7 - Motor de passo ..................... ........................ ........................ ........................ ......................... .......................23
Figura 8 - Motor unipolar) ..................... ........................ ........................ ........................ ......................... .......................25
Figura 9 - Motor bipolar ..................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ....25
Figura 10 - Funcionamento de um motor de passo ........................ ........................ ........................ ....................26
Figura 11 - Circuito driver para controle de motor de passo ........................................... ........................ ........27
Figura 12 - Driver para motor de passo ........................ ........................ ........................ ........................ ....................27
Figura 13 - Driver industrial ...................... ........................ ........................ ........................ ......................... ...................28
Figura 14 - Controlador 3 eixos para motor de passo ..................... ........................ ........................ ....................28
Figura 15 - Controle de fases de um motor trifásico utilizando um soft-starter ....................... ................32
Figura 16 - Diagrama em blocos de um soft-starter ........................ ........................ ........................ ....................32
Figura 17 - Comparativo da corrente entre partidas direta, estrela-triângulo e soft-starter ................33
Figura 18 - Ligação direta com o soft-starter ..................... ........................ ........................ ........................ ............34
Figura 19 - Ligação com contator by-pass ...................... ........................ ........................ ........................ ................34
Figura 20 - Diagrama de comando do soft-starter ...................... ........................ ........................ ........................35
Figura 21 - Inversor de frequência ..................... ........................ ........................ ........................ ........................ ........36
Figura 22 - Estrutura básica de um inversor de frequência ...................... ........................ ........................ ........37
Figura 23 - Modulação por PWM ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ........38
Figura 24 - Diversos tipos de inversores conforme seu fabricante. ....................... ........................ ................40
Figura 25 - a) principais diferenças entre os Inversores Escalares e Vetoriais. - b) diferença entre
torque e RPM - c) diferença entre resposta dinâmica ..........................................................................................44
Figura 26 - Módulo de potência ..................... ........................ ........................ ........................ ........................ ............45
Figura 27 - Corrente elétrica de entrada ...................... ........................ ........................ ........................ ....................45
Figura 28 - Corrente no barramento DC ...................... ........................ ........................ ........................ ....................46
Figura 29 - Corrente no barramento DC após capacitor ........................ ........................ ........................ ............46
Figura 30 - Onda senoidal ..................... ........................ ........................ ........................ ......................... .......................46
Figura 31 - Modulação PWM ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ................47
Figura 32 - Chaveamento dos IGBTs ...................... ........................ ........................ ........................ ........................ ....48
Figura 33 - Corrente elétrica no sentido A-B nos IGBTs de um inversor monofásico ...................... ........48
Figura 34 - Corrente elétrica no sentido B-A nos IGBTs de um inversor monofásico ...................... ........48
Figura 35 - Tensão de saída de um inversor monofásico ....................... ........................ ........................ ............49
Figura 36 - Corrente elétrica no sentido B-A nos IGBTs de um inversor monofásico ...................... ........49
Figura 37 - Modulo de controle de um inversor de frequência.......................................................................50Figura 38 - Módulos do inversor ..................... ........................ ........................ ........................ ........................ ............51
Figura 39 - Interface do inversor.................................................................................................................................52
Figura 40 - Mesa rotativa ....................... ........................ ........................ ................................................. .......................53
Figura 41 - Arquitetura de automação para controle de uma mesa rotatória com inversor ................53
Figura 42 - Controlador ...................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ....54
Figura 43 - Set point .................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ............55
Figura 44 - Arquitetura de automação para controle de uma mesa rotatória com servodriver .........55
Figura 45 - Comparativo entre inversor e servodriver .................... ........................ ........................ ....................56
 
Figura 46 - Gráfico do parâmetro 5 do inversor – tempo de partida ..................................... .......................57
Figura 47 - Gráfico do parâmetro 5 do inversor – tempo de parada ...................... ........................ ...............58
Figura 48 - Função pulso de partida ...................... ........................ ........................ ........................ ........................ ...59
Figura 49 - Sobrecorrente imediata na saída ...................... ........................ ........................ ........................ ...........59
Figura 50 - Subcorrente imediata ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ .......60
Figura 51 - Conjunto de Servoacionamento ....................... ........................ ........................ ........................ ...........63
Figura 52 - Comunicação de dados ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ...67
Figura 53 - Servomotor ....................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ...68
Figura 54 - Partes de um servomotor ........................ ........................ ........................ ........................ .......................69
Figura 55 - Encoder ...................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ...........70
Figura 56 - Máquina que utiliza um encoder incremental ..................... ........................ ........................ ...........70
Figura 57 - Encoder ....................... ........................ ....................... ........................ ......................... ........................ ..........71
Figura 58 - Resolver ....................... ........................ ....................... ........................ ......................... ........................ ..........72
Figura 59 - Tacogerador ....................... ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ..73
Figura 60 - Exemplos de aplicações de servoacionamentos ...................... ........................ ....................... .......76
Quadro 1 - Métodos de partidas x motores .............................................................................................................32
Quadro 2 - WEG, 2012. .....................................................................................................................................................32
 
1 Introdução ...................... ........................ ........................ ........................ ........................ ........................ ........................13
2 Motores Elétricos ...................... ........................ ........................ ........................ ......................... ....................... ............15
2.1 Motores Assíncronos .................................................................................................................................16
2.1.1 Estrutura .......................................................................................................................................16
2.1.2 Funcionamento do motor .....................................................................................................18
2.1.3 Exemplos de aplicações ..........................................................................................................19
2.2 MOTORES SÍNCRONOS ..............................................................................................................................19
2.2.1 Estrutura .......................................................................................................................................19
2.2.2 Funcionamento do motor .....................................................................................................20
2.3 Motores de Corrente Contínua (DC) ....................................................................................................21
2.3.1 Estrutura .......................................................................................................................................21
2.3.2 Funcionamento do motor .....................................................................................................21
2.4 Motores de Passo ........................................................................................................................................23
2.4.1 Motores unipolares ..................................................................................................................24
2.4.2 Motores bipolares .....................................................................................................................25
2.4.3 Funcionamento .........................................................................................................................25
2.4.4 Drivers para motores de passo.............................................................................................26
3 Soft-Starters e Inversores ........................ ........................ ....................... ........................ ......................... ...................31
3.1 Chave Eletrônica (Soft-Starter) ...............................................................................................................31
3.1.1 Princípio de funcionamento .................................................................................................32
3.1.2 Formas de ligação do soft-starter .......................................................................................33
3.2 Inversor de Frequência .............................................................................................................................35
3.2.1 Principio de funcionamento ................................................................................................37
3.2.2 Funções dos inversores ...........................................................................................................38
3.2.3 Escolha do inversor .................................................................................................................39
3.2.4 Controle do Inversor de Frequência ....................... ........................ ........................ ............40
3.2.5 Módulos do Inversor ................................................................................................................44
3.2.6 Controle de posicionamento dos inversores .................................................................52
3.3 Parametrização de Drivers ......................................................................................................................57
4 Servoacionamentos ...................... ........................ ....................... ........................ ......................... ........................ .......63
4.1 Funcionamento do Servo ........................................................................................................................644.2 Servodrivers ..................................................................................................................................................65
4.3 Servomotores ...............................................................................................................................................68
4.3.1 Encoders .......................................................................................................................................70
4.3.2 Resolvers ......................................................................................................................................72
SumárioSumário
 
4.3.3 Tacogerador ................................................................................................................................73
4.4 Instalação dos Servos ................................................................................................................................74
Referências ...........................................................................................................................................................................79
Anexo .....................................................................................................................................................................................82
 
O Curso de Capacitação dos Docentes para o Curso Técnico de Automação tem o objetivo de
atualizar tecnologicamente os profissionais do SENAI nas capacidades mais relevantes e importantes
do Desenho Curricular Nacional do Curso Técnico de Nível Médio em Automação Profissional. Este
Curso é formado por três Unidades Curriculares: Instrumentação e Controle, Sistemas Lógicos
Programáveis e Técnicas de Controle.
O conteúdo deste livro refere-se à Unidade Curricular Técnicas de Controle e está dividido em
três capítulos: Motores Elétricos, Soft-Starters e Inversores e Servoacinamento.
No primeiro capítulo são abordados os diversos tipos de motores elétricos, passando
rapidamente pela estrutura, características, funcionamento e aplicações industriais. Em relação ao
motor de passo, veremos motores unipolares e bipolares e seus drivers.
No segundo capítulo são apresentados os equipamentos do Soft-Starter e dos Inversores de
Frequência, detalhando seu princípio de funcionamento, as características, funções, formas de
ligação, parametrização de drivers e aplicações industriais. Também são estudados em Inversores
de Frequência o controle por inversor escalar e vetorial, módulos de potência e controle e o controle
de posicionamento.
No capítulo final são estudados os Servoacionamentos, detalhando servo, servo drivers, servo
motores e suas aplicações, além da instalação dos servos nos processos industriais.
IntroduçãoIntrodução
11
 
44
ServoacionamentosServoacionamentos
A palavra servo é utilizada quando queremos ter uma pessoa que realize todas as nossas
ordens. Se procurarmos a definição da palavra, encontraremos que remete a criado, servente
ou servo do dever. Assim, podemos definir que a função do servo, neste caso, é responder a um
comando externo.
O Servoacionamento é um conjunto formado por dois equipamentos principais: um
deles é o servomotor, e outro é o servodriver (também denominado servoconversor). Alguns
outros elementos, como o encoder, não serão citados neste momento. Estes elementos têm
a capacidade de seguir fielmente uma referência, que pode ser de velocidade, torque ou
posicionamento. Uma das grandes vantagens do servo, além das citadas anteriormente, é a
repetibilidade e sua precisão em se tratando de posicionamento. Em se tratando do controle
de velocidade, o importante não é apenas seguir a velocidade com erro zero, mas acompanhar
suas bruscas variações em questão de milésimos de segundo, devendo também suportar nesse
mesmo tempo uma excursão de zero até a máxima velocidade.
A Figura 51 ilustra bem um conjunto de servoacionamento, incluindo o servomotor e o
servodriver.
Figura 51 - Conjunto de Servoacionamento
Fonte: Omron, 2011.
Estas são algumas das características fundamentais para o acionamento das máquinas do
tipo operatrizes, dos tornos, CNC e outros tipos de máquinas, principalmente as embaladoras,
etiquetadoras e envasadoras, entre outras.
 
6464
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Cada vez mais na atualidade existe um incremento de produção em grande
parte dos segmentos (senão em todos). Este equipamento deve ser preciso, com
respostas rápidas, e deve suportar o ambiente agressivo da indústria.
Quando se fizer necessário aumentar a capacidade de
produção de uma empresa, agilizando o processo com
confiabilidad e e repetibilida de e o maquinário está
desatualizado, precisamos trocá-lo ou podemos utilizar orecurso do retrofitting, onde o servoacionamento é uma
das tecnologias mais utilizadas.
 VOCÊ VOCÊ
SABIA?SABIA?
4.1 FUNCIONAMENTO DO SERVO4.1 FUNCIONAMENTO DO SERVO
O servodriver é um amplificador eletrônico especial utilizado para energizar
servomecanismos. Ele monitora o sinal de retorno do servomecanismo e ajusta
continuamente os desvios esperados do sistema. Simplificadamente, o servodriver
recebe um sinal de comando de um sistema de controle, amplifica-o e transmite
uma corrente elétrica para o servomotor em ordem a produzir movimentos
proporcionais ao sinal de comando. Tipicamente, o sinal de comando representa
a velocidade desejada, porém pode representar também o torque ou a posição.
Com um sensor que pode ser do tipo encoder absoluto, encoder incremental ou
resolver acoplado ao servomotor, ele devolve o estado atual para o servodriver. O
driver então compara o estado atual do motor com o estado em que deveria estar,
e posteriormente altera a tensão ou a largura de pulsos do motor para corrigir o
desvio necessário do solicitado.
Para uma configuração de controle de velocidade, o motor gira a uma
velocidade muito próxima ao sinal recebido do servodriver. Muitos parâmetros
podem ser utilizados para melhorar o desempenho do motor. O grande problema
dos drivers é que, em 95% dos casos, o fabricante do servodriver amarra seu
equipamento com o servomotor.
A grande maioria dos sistemas de servoacionamento (servodriver +
servomotor) são utilizados nas máquinas CNC e na robótica, entre outros usos.
A maior vantagem deste sistema sobre os motores CA e CC é que existe a adição
dos sinais de retorno do motor. A grande funcionalidade deste retorno de campo
é a detecção do movimento indesejado, ou também para aumentar a precisão do
movimento desejado.
O retorno de campo é geralmente realizado através de um encoder. Os
servomotores que são utilizados com a tarefa de modulação de velocidade
constante possuem um ciclo de vida bem mais elevado do que os motores CA
comuns. Os servosmotores também podem atuar como freios, desligando a
energia transmitida pelo próprio motor.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
6565
4.2 SERVODRIVERS4.2 SERVODRIVERS
Com desempenho superior e resposta rápida, as séries de servodrivers e
servomotores CA possuem ampla gama de aplicações. Apresentamos algumas
características destes tipos de equipamentos:
• Estes equipamentos possuem respostas rápidas, trabalhando com
frequências de 400 Hz ou mais. Com altas velocidades de trabalho, os
servomotores aceitam velocidades de até 5000 rpm, com precisão no
posicionamento.
• Servomotores são equipamentos ótimos para trabalhar em altas velocidades
e também onde necessitamos de um alto torque. Outra vantagem é que os
servodrivers ocupam pouco espaço para atingir altas potências.
• A maioria dos servomotores utilizam classe de proteção IP67 (à prova de
água, exceto nas partes de transmissão), podendo ser instalados em locais
onde podem estar expostos à água, sendo necessário verificar se os cabos
utilizados também possuem esta proteção; caso contrário, o risco de danos
elétricos se aplica ao equipamento.
• Os modelos menores e mais novos já incorporam em sua própria construção
eletrônicaum processamento de energia regenerativa, ou seja, reutilizam a
energia gerada pelo próprio motor. Já os equipamentos de maiores potências
necessitam de uma resistência externa, dimensionada para o equipamento a
fim de se utilizar esta funcionalidade.
• Os equipamentos possuem conexão para filtros de reatância CC, para
controlar a emissão de correntes harmônicas, filtrando, assim, o sinal de
entrada.
Realizar o controle hoje em dia está mais simples, pois existem funcionalidades
que vão se desenvolvendo com o tempo, e uma delas é a função de autoajuste
(auto tuning), que pode ser realizada durante a operação normal do equipamento,
sem necessidade de seleção de modo.
Além disso, podemos alterar os ganhos do servoacionamento em dois tipos
de ajustes e o ganho pode ser alterado durante a mudança de cargas em plena
operação. Nos modos de controle, podemos citar algumas funcionalidades
disponíveis:
• Controle de velocidade (comandos através de entradas analógicas)
• Controle de posicionamento (comando através do trem de pulso)
• Controle de torque (comandos através de entradas analógicas)
• Ajuste para controle interno de velocidade (sem realimentação externa):
 - Controle de velocidade;
 
6666
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
 - Controle de posicionamento (trem de pulso);
 - Controle de torque;
• Controle de posicionamento com os seguintes intertravamentos:
 - Controle de velocidade (comandos através de entradas analógicas)
 - Controle de torque (comandos através de entradas analógicas)
• Controle de velocidade com os seguintes intertravamentos:
 - Controle de torque (comandos através de entradas analógicas)
 - Controle de velocidade com parada de travamento em posição
• Controle de posicionamento (comando através do trem de pulso), com pulso
proibido.
As funcionalidades citadas permitem que utilizemos o servodriver para muitas
aplicações.
O servodriver geralmente possui display, disponibilizando para o usuário as
informações de Velocidade do Campo, Comandos de Velocidade, Comandos de
Torque, Número de pulsos a partir da srcem, Ângulo elétrico, Sinais de Entradas e
Saídas (I/O), Comando de Pulsos de Velocidade, Desvio de Posição, Taxa de Carga
do Motor, Taxa da Carga Regenerativa, Taxa da Carga Resistiva Dinâmica, Pulsos
do Encoder de Entrada, e Retorno de Campo da Contagem de Pulsos.
Todos os equipamentos possuem comando manual, para rotação no sentido
horário e anti-horário, bem como para a velocidade de rotação. Possuem também
função para localização do ponto de srcem, que pode ser utilizada para encontrar
a srcem do servodriver (fase “Z”).
O ajuste de velocidade e torque pode utilizar sinais para controlar o valor
inicial dos parâmetros, e os mesmos valores podem ser monitorados através de
uma saída. O ajuste dos limites para o encoder absoluto pode ser alterado, e o
servomotor pode obter o número de pulsos através do recurso de engrenagem
eletrônica, que realiza o cálculo através da relação do número de engrenagens
virtuais pelo número de pulsos do encoder. Este recurso pode ser utilizado em
uma das seguintes situações:
• quando for necessário ajustar o posicionamento e a velocidade enquanto
realizamos a sincronização de duas linhas;
• quando utilizamos um controlador com a frequência dos pulsos de comando,
com limitação eletrônica para alcançar certas frequências;
• quando o movimento mecânico por pulso for menor que 0,01mm.
O valor da engrenagem eletrônica pode ser definido através de parâmetros no
servodriver.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
6767
Ao encoder, independentemente do valor de pulsos, pode ser atribuída
nova quantidades de pulsos. Também podemos utilizar a rampa de aceleração e
desaceleração, realizando as funcionalidades de uma soft-start, sem controle de
posicionamento.
A informação de posicionamento completo também pode ser encontrada em
grande parte dos servodrivers para reduzir o tempo de ação dos equipamentos
periféricos interligados ao sistema ou à máquina. O sentido de giro do motor
também pode ser controlado através de uma entrada para a escolha dele, não
sendo necessário alterar a fiação do equipamento.
A sinalização dos temporizadores realiza intertravamento com os freios
dos servomotores para manter o motor na posição desejada, mesmo com
comandos indevidos.
Existem alguns métodos de desaceleração que podem ser programados,
entre eles o Freio de Desaceleração Dinâmica, a Desaceleração livre e a Parada de
Emergência para Desaceleração de Torque.
Podemos também realizar a programação através de um Computador Pessoal
(PC), utilizando um canal de comunicação serial ou USB. Através de software
proprietário do fabricante, é possível acessar todos os parâmetros e alterá-los em
tempo real. Durante a operação do equipamento é possível monitorar seus valores.
 JOG JOG
LO CLO C
REMREM
OO
PRO GPRO G
 
 JOG JOG
LO CLO C
REMREM
OO
PRO GPRO G
*** ***
 
*** ***
A A BB
Figura 52 - Comunicação de dados
Fonte: WEG, 2012
Finalmente, é possível ainda utilizar placas de comunicação de dados para
protocolos de comunicação específicos, bem como Profibus-DP, DeviceNet e
Mechatrolink, entre outros.
Encontramos uma lista de todos os protocolos de
rede, classificados mediante as camadas do Modelo
OSI em que operam. Os documentos de protocolos
OSI estão disponíveis da ITU-T como a X.200-series of
recommendations. Algumas especificações de protocolos
da serie ITU-T X. O equivalente ISO e ISO/IEC para o modelo
OSI estão disponíveis na ISO, mas só algumas sem custos.
VOCÊVOCÊ
SABIA?SABIA?
 
6868
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
4.3 SERVOMOTORES4.3 SERVOMOTORES
O servomotor é um equipamento mecânico ou eletromecânico que apresenta
movimentação proporcional referente a certo comando. Em vez de girar
livremente, sem controle de posicionamento, assim como a maioria dos motores,
é um dispositivo que utiliza uma malha fechada através de um sinal de controle
para verificar a posição atual e atuar no motor para posicioná-lo. Veja a Figura 53.
Figura 53 - Servomotor
Fonte: MS Mega Service, 2012
Em comparação com os motores de corrente contínua (CC), o eixo dos
servomotores possui liberdade de aproximadamente 180°, sendo muito precisos
quanto ao posicionamento.
Os servomotores possuem três componentes básicos, que são:
a) Sistema atuador: pode ser um motor elétrico com corrente alternada (CA),
corrente contínua (CC) ou até mesmo um cilindro hidráulico. Além do motor,
utilizamos acoplado a ele um conjunto de engrenagens com relação bem longa,
conhecido como redução. A redução tem o objetivo de amplificar o torque e,
assim, reduzir a potência do motor a ser utilizado, reduzindo os custos envolvidos.
Para dimensionar corretamente um servomotor, é necessário conhecer o
torque a ser aplicado, a velocidade necessária para o motor, o material das
engrenagens da redução, a liberdade de giro do eixo e a potência do motor.
b) Sensor: o segundo componente básico é o sensor acoplado diretamente no
eixo do servomotor. Este sensor pode ser de três tipos: encoder absoluto, encoder
incremental ou resolver. A qualidade e a precisão do sensor a ser utilizado
interferem diretamente no valor de retorno para o servodriver.
c) Servodriver: este componente é conhecido também como circuito de
controle e é formado por componentes eletrônicos ou circuitos integrados,
responsáveis por executar as lógicas de controle internamente, através da
recepção do sinal de retorno do campo, atuando diretamente no servomotor e
mandando-o para a posição desejada.
Os servomotores possuem uma interface que inclui a alimentação e os sinais
de controle. O controle utiliza a metodologia do PWM (modulação por largura de
pulso), que possui três características básicas:
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
6969
• largura mínima do pulso;
• largura máxima do pulso;
• taxa de repetição (frequência).
A largura do pulso determina o posicionamento do eixo.
O servomotor é do tipo síncrono, compostopelo estator (parte fixa) e pelo
rotor (parte móvel).
O estator é bobinado exatamente como nos motores elétricos de corrente
alternada (CA) comuns. Apesar de suas semelhanças e de utilizar a mesma
alimentação trifásica, não podemos ligá-lo diretamente na rede, pois sua
bobinagem é especialmente construída para proporcionar alta dinâmica e
durabilidade ao sistema.
O rotor é confeccionado através de imãs dispostos em linha, e também um
encoder/resolver, acoplados para fornecer sinais de posicionamento e velocidade.
De um servomotor são exigidos o torque constante e a rotação em altas
velocidades (faixa de 4500 rpm).
Além dos motores elétricos, podemos citar como sevomotor o leme do navio,
que obedece ao comando da roda do leme, e também o aeromodelismo, no qual
o movimento é realizado através de comando do transmissor de controle remoto.
Rolamento
Rolamento
Alimentação Elétrica e volto
de informação do sensor
Sensor tacômetro
Motor sem escovas
Corpo do motor
Figura 54 - Partes de um servomotor
Fonte: David, 2010
Os servoconversores necessitam de informações de posição e/ou velocidade
para o controle dos servomotores. Estas informações podem ser estimadas ou
medidas. Nas aplicações de maior precisão impõe-se o emprego de medição por
meio de sensores. Os principais tipos são: encoders, resolvers e tacogerador.
 
7070
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
4.3.1 ENCODERS4.3.1 ENCODERS
O encoder é um dispositivo (sensor) que transforma o movimento rotacional
de seu próprio eixo em um trem de pulsos elétricos. Estes pulsos representam o
giro do eixo do encoder. Os encoders mais comuns no mercado são o encoder
incremental e o encoder absoluto, que estão disponíveis em várias resoluções:
512, 1024, 2048 pulsos por revolução etc.
Figura 55 - Encoder
Fonte: Intereng, 2012
Quando ligamos uma máquina que utiliza um encoder incremental ou
quando houver perda de energia, é sempre necessário referenciar a máquina.
Referenciar significa movimentar seu eixo em uma velocidade bem lenta até que
o eixo chegue a um sensor que informa que aquele ponto do eixo é o ponto Zero.
A partir desse ponto, uma memória começa a incrementar ou decrementar um
valor, conforme o giro do encoder.
CT150
0 - 10V
Cutting Length
Cutting
drive
12345
Encoder
Encoder
 
CT150
0 - 10V
12345
Encoder
Encoder
+/- 10V
Carriage drive
Carriage
encoder
Line
encoder
Length present
 
12345
FS150
Figura 56 - Máquina que utiliza um encoder incremental
Fonte: Choice Group, 2011.
Considerando que um encoder incremental de 1024 pulsos por revolução
esteja em sua posição zero e que, em seguida, seja girado em 10º, durante essa
movimentação terão ocorridos 28 pulsos, ou seja, 1024 pulsos/360º x 10º = 28 pulsos.
 FIQUE FIQUE
ALERTAALERTA
Os encoders devem ser protegidos contra sobrecarga
mecânica, tal como deslocamento entre o driver estava
drive e o eixo do encoder para evitar danos ao eixo e aos
rolamentos ou erros de medidas. Por isso, um acoplamento
flexível deve ser sempre montado entre o driver e o eixo do
encoder. O eixo do encoder não deve ser atingido quando
montamos o acoplamento, pois isso poderia destruir o
disco codificado.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
7171
O encoder do tipo absoluto é composto por um conjunto de engrenagens e
uma eletrônica um pouco diferenciada. Ao contrário do encoder incremental, o
encoder absoluto não gera um trem de pulso, mas um código binário que informa
seu ângulo exato. Isto é, pode ocorrer uma queda de energia e a máquina poderá
ser desligada sem que ele perca sua referência. A Figura 57 mostra os dois tipos
de encoders encontrados no mercado.
Z
B
A
a) Incremental
A6
A5
A4
A3
A2
A1
b) Absoluto
Figura 57 - Encoder
Fonte: WEG, 2012
O encoder incremental, Figura 57a, apresenta uma construção bem mais
simples e, por sua vez, com melhor cus to. São gerados pulsos nos pontos “A”e “B”, que são srcinados em duas marcações radiais, igualmente espaçadas,
que permitem a detecção da posição, através da contagem de pulsos e do
sentido de rotação, pelo defasamento dos pontos “A” e “B”. Uma marca de
zero (ponto “Z”) localizada em uma terceira circunferência indica uma volta
completa e o término da mesma.
No encoder absoluto, Figura 57b, cada posição do disco corresponderá a uma
combinação de sinais (A1, A2, ... A6), em geral fornecidos por sensores óticos ou
magnéticos que percebem a passagem pelas marcas do disco.
É preferível empregar uma codificação tal que só ocorra a mudança de um “bit”
a cada alteração de posicionamento, como o código Gray. Isto evita ambiguidades,
facilitando a detecção de erros.
Em caso de uma perda de energia ou desligamento, o sensor incremental
necessitará da passagem pela marca de zero para reiniciar sua contagem
após o religamento; já o sensor absoluto pode disponibilizar a informação
da posição logo que energizado. Há dispositivos comercializados que
chegam a ter resolução superior a 10 “bits”. A informação da velocidade
pode facilmente ser obtida a partir da derivada da informação da posição,
programada digitalmente.
 
7272
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Os encoderes são utilizados para fechar a malha de
controle de algum sistema eletromecânico, como
controle de velocidade e/ou posição de um eixo, controle
de posicionamento de uma mesa rotativa e de braços
robóticos.
 VOCÊ VOCÊ
SABIA?SABIA?
4.3.2 RESOLVERS4.3.2 RESOLVERS
O resolver é um transformador de alta frequência (5 a 10kHz) onde
o primário está situado no rotor e existem outros dois secundários em
quadratura no estator. As amplitudes e fases das tensões induzidas nos
secundários são função da posição do rotor. Um circuito condicionador
processa as tensões induzidas nos secundários fornecendo uma tensão
proporcional à posição. Veja a Figura 58.
enrolamentos
secundários
enrolamentos
primário
transformador
rotativo auxiliar
alta frequência
excitação
αu
αu uu β
β
0
 
condic.
de
sinal
Figura 58 - Resolver
Fonte: WEG, 2012
O resolver é usado em Comutação de motor com ímã permanente (PM)
e controle de velocidade, Comutação de Servomotor CC/AC e Controle de
Velocidade.
Os sincrotransformadores, empregados em tradicionais malhas de controle,
podem ser vistos como “resolvers” alimentados em 60Hz.
Um resolver tem um enrolamento primário, o enrolamento de referência, e
dois enrolamentos secundários, comumente chamados de enrolamentos seno
e cosseno. O enrolamento de referência está localizado no rotor do resolver,
enquanto os enrolamentos secundários se encontram no estator. Os enrolamentos
seno e cosseno são mecanicamente deslocados 90° um do outro. Em um resolver
sem escovas, a energia é fornecida ao enrolamento de referência (rotor) através
de um transformador rotativo. Isso elimina escovas e anéis coletores e problemas
de confiabilidade que lhes estão associados.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
7373
Em geral, o enrolamento de referência é excitado por uma tensão alternada
chamada de tensão de referência (Vr). As tensões induzidas nos enrolamentos
seno e cosseno são iguais ao valor da tensão de referência multiplicada pelo seno
ou cosseno de ângulo referente a um ponto fixo do eixo. Assim, o resolver gera
duas tensões cuja proporção representa a posição absoluta do eixo de entrada.
Pelo fato de a razão entre as tensões seno e cosseno ser considerada, são ignoradas
quaisquer alterações nas características dos resolvers, tais como aquelas causadas
pelo envelhecimento ou mudança de temperatura. Uma vantagem adicional da
relação seno-cosseno é que o ângulo do eixo é absoluto. Mesmo que o eixo seja
girado sem energia, o resolver informará o valor de sua nova posição quando a
energia for restabelecida.
Tipicamente são montados sistemas com fonte de alimentação e a placa de
interface do resolver perto do dispositivo de entrada. O resolver exige que sejam
usados mais dispositivos, porém resiste aos ambientes de alta temperatura.
4.3.3 TACOGERADOR4.3.3 TACOGERADORO tacogerador é um gerador DC de ímã permanente acoplado mecanicamente
no eixo em que desejamos medir a velocidade.
Figura 59 - Tacogerador
Fonte: WEG, 2012
Embora seja mais utilizado para medir a velocidade angular em máquinas
rotativas, podemos utilizá-lo para medir a velocidade linear de máquinas como
automóveis e locomotivas, entre outras, sendo que para esse tipo de aplicação
é necessário saber o diâmetro da roda em questão. É comumente utilizado em
servocontrole de máquinas operatrizes de controle numérico, de acionamento de
máquinas têxteis, aceleradores, freio de elevadores, comando e regulagem para
ajustes finos que dependem da variação da velocidade e outras aplicações que
requerem velocidade contínua e extremamente controlada.
 
7474
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Algumas exigências são necessárias para que um motor DC funcione como um
tacogerador. São elas: Tensão de saída deve ser estabilizada na faixa operacional e
a saída deve ser estável a variações de temperatura. Os tacogeradores industriais
geralmente incorporam compensação de temperatura através de termistores
e fazem uso de comutador e escovas de prata para melhorar a confiabilidade
de comutação a baixas velocidades e a baixas correntes que são típicos desta
aplicação. Para combinar alto desempenho e baixo custo, alguns motores são
frequentemente desenvolvidos para incorporar um tacogerador montado no
eixo do motor e dentro de uma única carcaça.
O controle de velocidade em motores pode ser feito
de diversas formas, dependendo de sua aplicação. O
tacogerador é utilizado em aplicações que requerem
velocidade contínua e extremamente controlada, o
encoder é utilizado em motores AC e DC no controle
de posição e velocidade e o resolver em controle de
comutação e velocidade de motores.
 VOCÊ VOCÊ
SABIA?SABIA?
4.4 INSTALAÇÃO DOS SERVOS4.4 INSTALAÇÃO DOS SERVOS
A instalação é básica para todos os tipos de servos e é muito importante
que seja realizada com bastante atenção para que o equipamento
funcione corretamente. O anexo A apresenta um esquema da instalação do
Servoacionamento e de seus acessórios.
 FIQUE FIQUE
ALERTAALERTA
Uma vez que o servodriver utiliza em sua constituição
elementos de comutação de alta velocidade, ele pode
produzir ruídos, enviando distúrbios através dele e da rede
de alimentação. Por isso, é importante que as providências
citadas a seguir sejam seguidas.
Para assegurar uma operação segura e estável, sempre observe as seguintes
precauções de conexão:
I. Utilize cabos próprios, por mais similar que eles se pareçam, e utilize cabos
para a entrada de referência e cabeamento de encoder. Corte a parte excedente
dos cabos para minimizar seu tamanho e evitar o efeito de “antena”. Em uma
instalação que utiliza cabos multivias, aterre os cabos reservas.
II. Para o cabeamento de terra, utilize a fiação mais grossa possível, por exemplo
AWG14 (2,00mm ) ou mais. O dimensionamento de cabos deve ser realizado por
profissionais capacitados, obedecendo às normas vigentes. O Aterramento de
classe 3 pelo menos é recomendado (100 W no máximo). Aterre em apenas um dos
lados do cabeamento. Se o motor for isolado da máquina, aterre-o diretamente.
III. Não torça ou aplique tensão ao cabo, a não ser que ele possua as
características técnicas para isso. Utilize cabo de condução de sinal muito fino
(0,2 a 0,3 mm) e manuseie os cabos como muito cuidado.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
7575
IV. Utilize filtro de ruído para prevenir interferências. A maioria dos
problemas apresentados por este tipo de equipamento é incidente dos ruídos
eletromagnéticos. Se o equipamento for utilizado próximo de casas particulares,
ou se puder receber interferência de ruídos, instale um filtro de ruído no lado
de entrada da linha de alimentação. Este filtro é também conhecido como
transformador de reatância e deve ser dimensionado corretamente para a
aplicação. Quando o servo é designado como um dispositivo industrial, ele não
contém um mecanismo de prevenção de interferência de ruído.
V. Para prevenir problemas no funcionamento por motivo de ruído, posicione
o dispositivo de referência de entrada e também o filtro de ruído o mais próximo
possível do servo. Sempre instale um circuito de absorção de sobretensão nos
relés, solenóides e contactores eletromagnéticos. A distância para a passagem de
cabos da linha de alimentação (entenda como linha de alimentação a fiação de
energia do painel e a linha de alimentação do motor) e da linha de sinal (entenda
linha de sinal as informações vindas de um controlador externo) deve ser de no
mínimo 30 cm, observando a colocação da alimentação e das linhas de sinal em
dutos separados. Nunca enrole os dois tipos de sinais, evitando, assim, a geração
de campo magnético e a geração de ruídos no equipamento.
Não compartilhe em hipótese alguma a linha de alimentação do servodriver
com equipamento de solda ou com máquinas que possam realizar descargas
elétricas. Quando o servoacionamento for colocado próximo à osciladora de alta
frequência, devemos instalar filtros de ruído na entrada da linha de alimentação.
Para maiores detalhamentos sobre aterramento e filtros
de ruído, consulte as normas vigentes, a NBR 14039 e a
NBR-5419.
 VOCÊ VOCÊ
SABIA?SABIA?
Sempre utilize disjuntores de caixa moldada, padrão UL (MCCB), pois eles
realizam uma boa proteção em todo o circuito dos equipamentos eletrônicos, ou
também fusíveis de acordo com as normas vigentes no país para a proteção da
linha de alimentação de alta tensão.
Lembre-se de dimensionar o disjuntor ou o fusível apropriado para a aplicação,
de acordo com a capacidade do servodriver e a capacidade de ruptura da proteção.
 CASOS E RELATOS CASOS E RELATOS
Nas indústrias temos diversas aplicações para os servoacionamentos. Como
exemplo temos esteiras, mesas transportadoras e monovias, conforme a Figura 60.
 
7676
AUTOMAÇÃO INDUSTRIALAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Figura 60 - Exemplos de aplicações de servoacionamentos
Fonte: WEG, 2012.
Estas aplicações podem ser agrupadas, pois possuem as mesmas
características quanto ao seu acionamento, tendo o torque resistente constante
para toda a faixa de velocidade. A programação de operação do servoconversor
pode ser m modo velocidade ou posicionamento, dependendo da aplicação. No
modo velocidade geralmente utilizamos uma entrada analógica configurada
em velocidade de referência, onde o servoconversor mantém a velocidade
constante no valor determinado pela referência. A operação do loop de
velocidade é sobreposta ao loop de corrente. A corrente varia em função da
carga. Já em modo de posicionamento o controle está baseado no sentido de
giro e passo de deslocamento. O servoconversor mantém a posição constante
no valor determinado pela referência de posição. Enquanto o servoconversor
estiver habilitado, seu eixo ficará travado na posição dada pela referência de
velocidade; já quando estiver desabilitado, a referência de posição é setada
automaticamente para a posição do servomotor.
A condição de partida do sistema é geralmente com carga, ou seja, torque
resistente elevado. Nesta condição deve-se levar em consideração a sobrecarga
inicial do sistema, onde o servoconversor tende a operar com a corrente
dinâmica. Para os sistemas de transportes inclinados em elevação devemos
ter especial atenção em sua partida, pois surge a condição de sobrecarga do
servomotor, cuja intensidade está diretamente relacionada com seu grau de
inclinação. Quando o sistema de transporte apresentar inclinação em declive,
a frenagem reostática será mais solicitada, principalmente onde desejamos
tempos muito curtos de desaceleração ou no caso de cargas de elevada inércia.
Nos sistemas com inclinação e verticais devemos utilizar servomotores com
freio eletromagnético, para que não haja movimentação do sistema quando
falte energia.
 
4 4 SERVOACIONSERVOACIONAMENTOSAMENTOS
7777
 
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vel em: http://pt.scribd.com/doc/94933279/Dshow-Basico-Vetorial. Publicado por: Gabriel Mathis.
Acesso em set, 2012.
 
ANEXOANEXO
Anexo A
Operador DigitalOperador Digital
*** ***
Alimentado por 100Vac or 200Vac
Alimentado po 24VDC para
servomotor com freio 24VDC.
DisjuntorDisjuntor
Alimentação do FreioAlimentação do Freio
Protege a linha de
alimentação,
desligando
à alimentação
do circuito quando
sobrecorrente é
detectada.
JUSP-OPO2A-1
and
JZSP-CMS00-1(cabo)
Permite ao usuário setar
parâmetros ou
referências de operação
e para mostrar alarmes
de operação.
Comunicação e controle também
são possíveis com um PC
(Computador.)
ComputadorComputador
Cabo modelo: YS-12
Cabo do Encoder
Controle PeriféricoControle Periférico
Conecta o servo packSGDH ao
controlador externo
Yaskawa ou à
um fabricado por outra
empresa.
MEMOCON GL120, GL130 com módulo de motion.
Filtro de RuídoFiltro de Ruído
Usado para
eliminar ruído
externo na linha
de alimentação.
Contator MagnéticoContator Magnético
Série HI
Liga e desliga o
Servo.
Instale um
pressor de pico
no contator
magnético.
Alimentação de FreioAlimentação de Freio
Usado para
servomotor com
freio.
Resistor RegenerativoResistor Regenerativo
Conecte um resistor
regenerativo externo nos
terminais B1 e B2 se
a potência regenerativa
for insuficiente.
Para 6Kw ou mais, é necessário
resistor externo.
RSRS TT
L1 L2 L3
U V W
24V 0V
Alimentação
do Freio
Alimentação
24VDC
Resistor
Regenerativo
(opcional)
Alimentação
 Trifásico 200VAC
MCCB
Filtro de
Ruído
Contator
Magnético
Linha de
 Terra da
Alimentação
B1 B2
Fonte: Yaskawa, 2002
 
SENAI DEPARTAMENTO NACIONALSENAI DEPARTAMENTO NACIONAL
UNIDADE DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL UNIDADE DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA UNIEPE TECNOLÓGICA UNIEP
RolandoVargas Vallejos 
Gerente Executivo
Felipe Esteves Morgado 
Gerente Executivo Adjunto
Diana Neri 
Coordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros
SENAI DEPARTSENAI DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE D O SULO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenação do Desenvolvimento dos Livros no Depar tamento Regional
Júlio Damian
Elaboração
Giancarllo Josias Soares 
Marcelo Luiz de Quadros 
Revisão Técnica
Enrique S. Blanco 
Fernando R. G. Schirmbeck 
Luciene Gralha da Silva
Maria de Fátima R.de Lemos 
Design Educacional
Regina M. Recktenwald 
Revisão Ortográfica e Gramatical
Camila J. S. Machado 
Rafael Andrade 
Ilustrações
Bárbara V. Polidori Backes 
 Tratamento de imagens e Diagramação
i-Comunicação 
Projeto Gráfico