Atuadores elétricos

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Automação Industrial Profa. Ma. Gabriela Schenkel
Atuadores elétricos lineares
Um atuador linear elétrico é um dispositivo que converte o
movimento de rotação de um motor de baixa voltagem de
corrente contínua em um movimento linear, ou seja,
movimento de empurrar e puxar.
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Atuadores elétricos lineares
A instalação de um atuador linear elétrico é muito fácil, em
comparação, por exemplo, com a de sistemas hidráulicos e
ocupa muito menos espaço, uma vez que não tem bombas ou
mangueiras.
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Atuadores elétricos rotativos
Um atuador elétrico rotativo é um
dispositivo que é alimentado com tensão
elétrica e é capaz de gerar um movimento
giratório, podendo ser utilizado para as
mais variadas aplicações. A figura ao lado
o atuador está sendo utilizado para abrir e
fechar a válvula.
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Atuadores elétricos rotativos
Os motores elétricos em geral são atuadores rotativos.
Vamos estudar 3 tipos de atuadores rotativos mais comuns:
Motor de indução de gaiola
Servomotor
Motor de passo
Motor de passoServomotor
Motor de indução 
gaiola
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O motor de indução
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O motor de indução
Princípio de funcionamento
Uma corrente circulando por um condutor produz um campo
magnético, representado na figura pelas linhas circulares
chamadas de linhas de indução magnética. No centro da figura
se encontra o condutor e as linhas circulares em volta são uma
representação gráfica do campo magnético gerado pela
corrente.
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O motor de indução
Se um condutor é movimentado dentro de um campo
magnético, aparecerá uma tensão induzida entre os terminais
do condutor, proporcional ao número de linhas de indução
cortadas. Se o dito condutor forma um circuito fechado,
circulará por ele uma corrente elétrica.
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Dois condutores adjacentes (a e b)
pelos quais está circulando uma
corrente elétrica (ia e ib ) produzem
a b cada um deles um campo
magnético.
A interação entre estes dois campos
magnéticos produzirá uma força (F)
de atração ou repulsão entre os
condutores proporcional à corrente
que circula por ambos condutores e
à distância (d) entre eles.
O motor de indução
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Um bobinado trifásico, igual ao mostrado na figura a,
alimentado por um sistema de tensões trifásico c produzirá
um campo magnético girante d. Este princípio é similar ao
visto na figura, com a diferença que neste o campo magnético
é estático.
O motor de indução
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Na figura d, os pontos identificados
com os números 1...7
correspondem aos momentos em
que a tensão de uma das três fases
é igual a zero.
Desta maneira é mais fácil fazer a
composição dos vetores de
indução magnética para cada
instante. Na figura pode-se ver que
a resultante destes vetores está
girando (campo girante) com uma
velocidade proporcional a
frequência e ao número de pólos do
motor.
O motor de indução
https://www.youtube.com/watch?v=OlTDyL6ZPOY
Vídeo
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O motor de indução
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Servomotor
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Servomotor
Servomotores são os motores utilizados nos
servoacionamentos. Os circuitos de alimentação dos
servomotores encontram-se em uma unidade chamada
servoconversor.
Assim: Servoacionamento = servomotor + servoconversor.
Uma primeira característica necessária para a escolha de um
motor para tal função relaciona-se com a facilidade e
simplicidade de atuação no torque da máquina. Neste ponto,
vale ressaltar a importância do torque nos acionamentos
eletromecânicos. Ele é a única grandeza comum aos mundos
elétricos e mecânicos e, portanto, a variável de interface.
Tensões e correntes, por exemplo, pertencem ao mundo
elétrico.
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Servomotor
Com a disponibilidade de materiais magnéticos com elevado
magnetismo remanente (superior a 1T) e altas forças
coercitivas (da ordem de 7000 A/cm), como o Sm-Co ou o Nd-
Fe-B, os Motores Síncronos de Ímã Permanente (MSIP) se
tornaram uma opção atrativa para servomotores de potência
inferior a 10kW.
Estes materiais, baseados em terras-raras, requerem menos
volume para a construção dos motores e praticamente não
podem ser desmagnetizados acidentalmente por elevadas
correntes de curto. Estes motores apresentam uma razão
Potência/Volume superior a de motores CC e mesmo a de
motores de indução, que dependem de correntes no rotor para
a produção de torque.
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Servomotor
A alimentação de um servomotor, apesar de trifásica, não pode
ser efetuada através da rede convencional, pois possui um
bobinamento totalmente especial, confeccionado para
proporcionar uma alta dinâmica ao motor através de um fluxo
eletromagnético totalmente diferente do proporcionado pela
rede.
Este fluxo eletromagnético só pode ser fornecido pelo
servoconversor através de um modelamento matemático que
leva em consideração todas as características do servomotor,
esta é a razão de apenas ser possível a utilização de
servomotores e servoconversores de mesma marca. Só assim
é possível fornecer o fluxo mais apropriado para o servomotor
ter a melhor dinâmica.
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Servomotor
As características mais desejadas nos servomotores são o torque
constante em larga faixa de rotação (até 4.500 rpm), uma larga
faixa de controle da rotação e variação (até 1:3000).
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Sensores
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 acoplados aos motores. Os principais tipos serão
descritos a seguir:
Encoders
Tacogeradores
Resolver
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Os chamados encoders podem ser de dois tipos: incrementais
ou absolutos. A figura ilustra estas duas possibilidades.
Sensores
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O encoder incremental apresenta
construção mais simples. São
gerados pulsos (A e B) oriundos de
duas marcações radiais, igualmente
espaçadas, que permitem a detecção
da posição, pela contagem dos
pulsos, e do sentido de rotação, pelo
defasamento das faixas A e B. Uma
marca de zero, localizada em uma
terceira circunferência, fornece a
indicação do término de uma volta e
do início da contagem.
Sensores
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No encoder absoluto, cada posição
do disco corresponderá a uma
combinação de sinais (A1, A2, ...A6
na figura), 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
ambigüidades, facilitando a detecção
de erros.
Sensores
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Por ocasião de uma perda de energia ou desligamento, o
sensor incremental necessita 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.
Sensores
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Motor de passo
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O motor de passo é um motor elétrico que desloca um ângulo
de 1,8º a cada pulso recebido do drive de controle. O número
de passos que o motor gera, é exatamente igual ao número de
pulsos recebidos e a velocidade do motor é igual a frequência
de entrada de pulsos. A grande vantagem é que sendo um
dispositivo simples (sem escova, sem comutadores) são
baratos e muito eficiente em várias aplicações como máquinas
rotuladeiras, dosadores, bomba peristáltica, equipamentos
médicos, “vending machine” , impressoras 3D entre outras.
Motor de passo
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Motor de passo
O Posicionamento geralmente é em malha aberta – Os motores
de passo se movem com incrementos ou passos que podem ser
quantificados. Desde que o motor funcione com o torque
especificado, a posição do eixo é conhecida a todo tempo sem
necessidade de ummecanismo de realimentação.
Já existem no mercado motores de
passo que vem com encoder
incorporado ( step servo).
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Motor de passo