Actuadores electromagnéticos y electromecánicos Ángel Torres Pérez Juan Díaz González

INDICE 1.- Definiciones. 2.- Principio de funcionamiento. 3.- Circuitos y técnicas de medida. 4.- Medida de la posición. 5.- Sentido de giro. 6.- Otros encoders: - Analógicos - Lineales 7.- Dinamos tacométricas. 8.- Conclusiones.

Definiciones Sensores de Velocidad (y posición): - Encoders: Sensor que permite conocer posición/velocidad de un eje, giratorio o lineal - Dinamos Tacómetricas: Motores de continua Incrementales Absolutos Opticos Magnéticos Lineal Rotatorios Analógicos Digitales

Principio de funcionamiento: ópticos

Principio de funcionamiento: ópticos En definitiva, consiste en contar ranuras o agujeros, bien sea de forma óptica o magnética. Son sensores sin contacto Tan precisos como queramos: Pulsos por vuelta Compromiso velocidad de giro, número de ranuras y velocidad del sensor Existen más posibilidades, basándose en reflexión Es fácil conocer la velocidad. Podemos conocer cuanto gira, pero no sabemos el sentido. Tampoco conocemos la posición.

Principio de funcionamiento: ópticos

Principio de funcionamiento: ópticos +Vcc ¿Es importante el retraso? Depende de la frecuencia, del número de ranuras, capacidades parásitas ..

Principio de funcionamiento: ópticos Misma situación que antes: dependerá de la frecuencia, número de ranuras, etc… ¿Como podríamos detectar la velocidad del eje? Si contamos los pulsos y el tiempo desde una posición dada, pues llevando la cuenta

Circuitos y técnicas de medida Contamos pulsos por unidad de tiempo, por ejemplo ….

Circuitos y técnicas de medida Un esquema válido: Biestables D Encoder Contador Contador Resultado: En código binario

Circuitos y técnicas de medida Un ejemplo: -Encoder: 1.200 Pulsos por vuelta -Velocidad de giro máxima: 1.000 r.p.m. Preguntas: ¿Cada cuanto tiempo mido velocidad? ¿Cuántos bits necesito en el contador? Si gira a 1000 r.p.m., quiere decir que en un minuto nos suministra: 1200 x 1000 = 1.200.000 PULSOS Necesito 24 bits (120.000=124F80) para tener la información Y además, esperar un minuto

Circuitos y técnicas de medida A lo mejor, resulta mas rentable medir cada menos tiempo; así necesito menos bits: Luego si mido cada 1 Segundo, y cuento no el número de vueltas, sino que cuento el numero de 1/30 vueltas, tengo la misma información. El esquema cambia, ya que debo de incluir un divisor por 30. El número de bits preciso también cambia

Circuitos y técnicas de medida Biestables D Encoder Divisor (/30) Contador Contador En 1 Segundo, tendré 1.000 x 1.200/30 x 1/60 = 666 Pulsos Gira a 1.000 r.p.m. y nos da 1.200 pulsos en un minuto Divide por 30, luego tenemos en un minuto: 1.000 x 1.200/30 Cada 1 Segundo

Circuitos y técnicas de medida Conclusión: Puedo ajustar el tiempo de muestreo y el divisor para obtener el número de pulsos codificado en el número de bits que considere oportuno. Ejemplo: Quiero obtener directamente en binario el valor de las r.p.m., midiendo cada 0.5 Segundos ¿Qué tamaño tiene que tener el divisor? O bien: Tengo un divisor por 200. ¿Cada cuanto tiempo tengo que muestrear para obtener 1000 a 1000 rpm Solución:

Circuitos y técnicas de medida Para velocidades lentas, lo que se utiliza es medir el tiempo entre pulsos. Biestables D Encoder Temporizador Contador

Medida de la posición ¿Cómo podemos saber la posición? Si siempre gira en un sentido, no hay problema siempre que conozcamos el punto inicial y no nos perdamos. Punto Cero

Medida de la posición También es posible con Absolutos: Tenemos n parejas receptor-emisor A B C D E F G H 1 . Pero el sentido de giro, de forma inmediata, no lo sabemos

Medida de la posición

Sentido de giro 1 B A 2 A 1 3 B

Sentido de giro 1 2 B A 2 3 A 1 3 B

Analógicos Suelen ser magnéticos: La salida es una tensión continua que depende de la posición. Para el sentido de giro, es preciso comparar con un valor anterior En cierto sentido, son como un potenciómetro

Lineales En este caso, magnéticos

Parámetros y características Número de pulsos por vuelta Número de Canales Máxima frecuencia de funcionamiento Diámetro del Eje Tensión de alimentación Tensiones de los pulsos Corrientes de salida Desfase nominal (90º) Anchura de estados lógicos Tiempos de subida y bajada Temperatura de funcionamiento Momento de inercia de la rueda Conectividad Para lineales Precisión, repetitividad, resolución, velocidad lineal, resistencia al movimiento Catálogos 1, 2

Acoplamientos Acoplamientos por muelles Acolplamientos flexibles

Dinamos tacométricas -Nos dan la velocidad. -Son “motores” de continua, cuyo flujo magnético está producido por imanes permanentes de alto contenido energético y que, trabajando sin apenas carga, son capaces de generar una tensión en bornes proporcional a la velocidad de giro. Dependen fuertemente de la temperatura. Rozamientos: Escobillas rotor.

Dinamos tacométricas Es la tensión de continua la que depende de la velocidad; la senoide superpuesta depende de: - Velocidad de giro - Numero de polos, ranuras, etc: parámetros constructivos - Vibraciones

Parámetros - Gradiente de tensión (V/rpm). Linealidad Rizado Reversibilidad Temperatura Contacto escobillas colector Vida útil Catálogo 1

Conclusiones -Con encoders, se puede medir velocidad y posición -Dinamos solo velocidad -Importante que sean medidas sin contacto -Importante no afectar a la medida -Medida con encoders => microprocesador

Ejemplos de aplicación Ratones de ordenador Disqueteras (indice) Impresoras (Lineales) Etc..

Sensores de Efecto Hall El efecto Hall consiste en la aparición de un en un conductor cuando es atravesado por un campo magnético campo eléctrico. A este campo eléctrico se le llama campo Hall. Este efecto fue descubierto en 1879 por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall. Se utiliza para medir velocidad en motores

Sensores de Efecto Hall

Sensores de Efecto Hall Hay una ventaja: No hay contacto, y el dispositivo a acoplar puede no existir => PAR necesario nulo Son programables: Tipo de salida: pulso, PWM, etc

Sensores de Efecto Hall Ejemplo de aplicación