Actuadores electromagnéticos
y electromecánicos
LXVII Cursos de Verano
Ángel Torres Pérez
Juan Díaz González
Área de Tecnología Electrónica
Universidad de Oviedo
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.
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Definiciones
Sensores de Velocidad (y posición):
- Encoders: Sensor que permite conocer
posición/velocidad de un eje, giratorio o
lineal
Opticos
Lineal
Incrementales
Analógicos
Magnéticos
Rotatorios
Absolutos
Digitales
- Dinamos Tacómetricas: Motores de
continua
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Principio de funcionamiento: ópticos
Opticos
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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.
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Principio de funcionamiento: ópticos
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Principio de funcionamiento: ópticos
+Vcc
¿Es importante el retraso?
Depende de la frecuencia,
del número de ranuras,
capacidades parásitas ..
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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
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Circuitos y técnicas de medida
Contamos pulsos por unidad de tiempo, por ejemplo
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Circuitos y técnicas de medida
Un esquema válido:
Encoder
Contador
Contador
Biestables
D
Resultado: En código binario
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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
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Circuitos y técnicas de medida
A lo mejor, resulta mas rentable medir cada menos tiempo; así
necesito menos bits:
Vueltas
1

Minuto
60
1
60
Vuelta
Minuto
1

300
1
300
Vuelta
Minuto
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
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Circuitos y técnicas de medida
Encoder
Divisor Contador
Contador
(/30)
Biestables
D
Cada 1 Segundo
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
En 1 Segundo, tendré 1.000 x 1.200/30 x 1/60 = 666 Pulsos
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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:
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Circuitos y técnicas de medida
Para velocidades lentas, lo que se utiliza es medir el tiempo entre
pulsos.
Encoder
Contador
Temporizador
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Biestables
D
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
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Medida de la posición
También es posible con Absolutos:
Tenemos n parejas receptor-emisor
A B C D E F G H
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 0 1 0 0
.
.
.
.
Pero el sentido de giro, de forma
inmediata, no lo sabemos
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Medida de la posición
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Sentido de giro
1
B
A
A
2
1
3
B
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Sentido de giro
1
2
B
A
A
2
1
3
B
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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
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Lineales
En este caso, magnéticos
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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
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Acoplamientos
Acoplamientos por muelles
Acolplamientos
flexibles
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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.
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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
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Parámetros
- Gradiente de tensión (V/rpm).
-Linealidad
-Rizado
-Reversibilidad
-Temperatura
-Contacto escobillas colector
-Vida útil
Catálogo 1
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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
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Ejemplos de aplicación
Ratones de ordenador
Disqueteras (indice)
Impresoras (Lineales)
Etc..
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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
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Sensores de Efecto Hall
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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
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Sensores de Efecto Hall
Ejemplo de aplicación
M ICRO M O TO R
G o re te x tu b e s
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