Electric Motors

ACTUADORES Y SENSORES PARA ROBOTICAMotores Eléctricos

Miguel Torres Torriti

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILEESCUELA DE INGENIERÍADepartamento de Ingeniería Eléctrica

Sensores y Actuadores para Robótica – Miguel Torres T. 2L03. Motores Eléctricos

Motores Eléctricos – Clases Generales

DCDC ACAC

PM BDCPM BDC PM BLDCPM BLDC STEPPERSTEPPER INDUCCIONINDUCCION SINCRONOSSINCRONOS

MOTORESELECTRICOSMOTORES

ELECTRICOS

VRVR PMPMComunes en Robótica


Motores Eléctricos – Clasificación Detallada


N

S

Principio Básico – Interacción Magnética

N

S

N

S

N

S

Los imanes se conocen desde la antigüedad,encontrados en la naturaleza en forma magnetita (Fe3O4).

“Magneto” proviene de Magnesia, actualmente en el sureste deTesalea (Grecia), 600 AC.

Tesalónica (San Pablo)


Principio Básico – Corriente produce magnetismo

NS

NS

Hans Christian Oersted (Dinamarca) descubrió en 1820 que al hacer circular corriente por un conductor causaba la reorientación de una brújala perpendicularmente al cable.

corriente eléctrica


Principio Básico – Corriente produce magnetismo

La corriente i produce un campo magnético B en un planoperpendicular a su dirección.

-electrón

campo magnético

El origen del magnetismo en materiales se puede explicar notandoque un electrón que orbita el núcleo constituye una corriente eléctrica circular. El electrón gira produciendo imán permanente de dimensiones atómicas.


Principio Básico – Materiales magnéticos

-electrón

campo magnético

Si todos los átomos en un material son tales que presentan un campo magnético B y se encuentran ordenados en una estructura cristalina de manera que los campos se sumen, se dice que el material es de tipo ferromagnético.

- - -

- - -

- - -

-

material ferromagnético


Principio Básico – Momento del dipolo magnético

-electrón

campo magnético

Partículas con spin (propiedad similar al momento angular) también pueden poseer un dipolo magnético con momento angular. El momento magnético intrínseco de una partícula está dado por:

dondees una constante adimensional (g-orbital= 1 movimiento orbital, g-electrón= 2.0023193043768)carga (q-electrón = –1.602176487 × 10–19 C)

masa (m-electrón = 9.109 382 15(45) × 10–31 kg)

Spin (S-electrón = 1/2)

http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?muem


Principio Básico – Momento magnético de una corriente

Así como cada electrón posee un momento magnético intrínseco, también una corriente genera un momento magnético. En el caso de una espira de area a, la corriente produce un momento:

donde

es el vector de area normal al plano que contiene la espira, cuyas componentes x, y, z corresponden a las proyeccionesdel área sobre los planos yz, zx, e xy, respectivamente.

Si la espira no está en un plano:


Principio Básico – Momento magnético de una carga

El momento magnético producido por una carga eléctrica es:

En el caso más general de una distribución de corriente arbitrariaJ:

donde

es el elemento de volumen

es la densidad de carga por el vector velocidad v



En momento magnético de un conjunto de cargas es la suma de los momentos individuales:

Si las cargas se distribuyen uniformemente:

donde es la cantidad de cargas por

unidad de longitud (densidad de cargas).

En el límite



Asumiendo una trayectoria circular:

El resultado anterior también puede verificarse para otras espiras regulares.


N

S

Principio Básico – Momento magnético de una bobina

Por lo anterior, el momento magnético de una bobina de N vueltas es:

El momento magnético puede afectarse por un campo magnético produciendo un torque :

corriente eléctrica

NS

Fuerza del campo magnético sobre un elemento de corriente

NS

NS


Principio Básico – Torque sobre una corriente

Empleando el resultado anterior:

Luego, un elemento infinitesimal de torque está dado por:

El elemento infinitesimal de toque se puede expresar como:

Empleando y la identidad de Jacobi:

Se cancelan o son cero.


Principio Básico – Fuerza sobre una corriente

Recordando que una fuerza aplicada en un punto a una distancia rproduce un torque dado por:

A partir del resultado anterior:

Es posible establecer que la componente de fuerza que actua sobreel conductor o las cargas que circulan por él es:


Principio Básico – Torque y fuerza sobre una corriente

Si se considera una espira cuadrada, empleando las fórmulasanteriores:

Por lo tanto:

La fuerza es proporcional a la corriente I, el largo L de la espira, y el campo B! El torque se máximiza para

angulos cercanos a 90º!


Principio Básico – Ley de Fuerza de Lorentz

La fuerza anterior sumada a la fuerza debido al campo eléctricoactuando sobre una carga conforman la llamada fuerza de Lorentz:

Por la anterior, la fuerza sobre un conductor por el cual circulauna corriente I en presencia de un campo magnético B es:


Principio Básico – Ley de Fuerza de Lorentz

Lecturas Adcionales

•Feynman, Leighton and Sands. The Feynman Lectures on Physics – The DefinitiveEdition Volume II. Pearson Addison Wesley, 2006.

•http://www.physnet.org/modules/pdfmodules.html

La Ley de Fuerza de Lorentz resume la interacción entre cargas eléctricas y los campos eléctrico y magnético. Esta interacción esel elemento fundamental en el que se basa el funcionamiento de:• Motores• Generadores• Sensores de Efecto Hall• Televisores con Tubos de Rayos Catódicos (CRT)

(La deflexión magnética permite fabricar tubos más cortos, aunque osciloscopios CRT emplean deflexión electrostática por rapidez y facilidad de deflectar el haz en forma proporcional a la señal aplicada).


Motores Paso a Paso

• Motores sin escobillas (brushless) síncronos, cuyo giro puede dividirse en un gran número discreto de pasos.

• Pueden ser de dos tipos: Reluctancia Variable (VR, Variable Reluctance) Imanes Permanentes (PM, Permanent Magnets)

Motores Stepper – Danaher Motion(ex Thomson Airpax Mechatronics)


Motor Paso a Paso (Stepper Motor)

Motor Paso a Paso – Etapa 1: Conmutación Enrollado 1, Atracción 4 Dientes Superiores(Ilustración de Eric Pierce,

http://en.wikipedia.org/wiki/User:Wapcaplet)



Motor Paso a Paso – Etapa 2: Conmutación Enrollado 2, Giro de 3.6 Grados(Ilustración de Eric Pierce,







VR Stepper


VR Stepper

• Basta alimentación unipolar para poder controlar sentido de giro.

• Típicamente de 4 fases (4 pares de polos).• Típicamente poseen 2 términales por fase (+, GND).


PM Stepper

• Requiere alimentación bipolar para poder controlarsentido de giro o enrollado bifilar con un enrollado en sentido opuesto.

• Típicamente de 2 fases (2 pares de polos).• Típicamente poseen 3 términales por fase (+, -,

neutro), pero también hay de 4 términales por fase.


PM Stepper – Control Electrónico

Puente T


Stepper – Control Electrónico


Single Phase Stepper – Control Electrónico

Esquema de Control Electrónicopara Motores de 1 Fase

(Faulhaber, AMAR 138, SerieASP006-xxx-01)

Motores de 6 pasos (60º/paso) o 24 pasos (15º/paso).


Motores Paso a Paso – Carácterísticas

• Operación en lazo abierto con exactitud de ±1 paso.• Alto torque a velocidades angulares bajas.• Torque de rotor detenido con una excitación DC.• Autobloqueo (self-locking) con el rotor estacionario.


Motores Paso a Paso – Carácterísticas

• Pueden operarse con una exactitud de ±1 paso en modo full-step en lazo abierto, asumiendo que la velocidad de conmutación es baja, es decir con una velocidad de giro baja para que no se pierdan pasos.

• Alto torque a velocidades angulares bajas útiles para acelerar cargas a velocidades de régimen.

• Exhiben un torque de rotor detenido (holding torque, stall torque o torque de rotor bloqueado) con una excitación DC.

• Autobloqueo (self-locking) con el rotor estacionario, ya que el rotor se mueve solo cuando el voltaje en los terminales cambia.


Motores Paso a Paso – Ventajas

Comparados con otros motores DC como el PM DC:• Compatible con técnicas digitales de control.• Exactitud de posicionamiento excelente.

(Los errores no son acumulativos).• Operación en lazo-abierto (o sensorless)

menor costo del sistema.• Construcción mecánica simple y robusta.

(Sin escobillas, ni bobinas en el rotor). requiere menor mantención y tienen un menor

costo del fabricación.• Puede bloquearse sin dañarse por efector de

corriente y sobrecalentamiento.


Motores Paso a Paso – En Robótica

En aplicaciones robóticas pueden ser atractivos por:• Bajo costo.• Alto torque de bloqueo.• Seguro de operar (autobloqueo ante corto-circuito de

los transistores de potencia, característica no presente en motores PM DC).


Motores Paso a Paso – Desventajas

• Las aplicaciones de robótica necesitan sensores. en robótica no necesariamente son una solución

de menor costo.• Moviemientos discretos son indeseados.

introducen vibraciones.• Microstepping requiere controladores de mayor

complejidad y costo.

Por estas razones el uso de motores stepper no es generalizado en robótica a pesar de su ventajas..


Stepper PM vs. Stepper VR


Motor DC de Imanes Permanentes (PM BDC)

Motor DC – Etapa 1: Repulsión(Ilustración de Eric Pierce,




Motor DC – Etapa 2: Inercia(Ilustración de Eric Pierce,




Motor DC – Etapa 3: Atracción(Ilustración de Eric Pierce,




Motor DC – Fuerzas Motrices(Ilustración de Eric Pierce,


1. La corriente electrica ia fluye porla armadura a través del colector(commutator).

2. Se genera una fuerza magnetomotriz F

proporcional al campo de estator B,

la corriente de armadura iay la longitud de las espiras l.

3. La fuerza magnetomotriz F es es

perpendicular al campo de estator B yal sentido de flujo de la corriente de

armadura ia, produciendo un torque que hace girar el rotor.

B

F ia l B

ia



Motor DC de Imanes Permanentes(Ilustración de Eric Pierce,


Rotor Bobinado

ColectorEstator de Imanes

Permanentes

Escobillas

Motor DC de Baja Potencia(Fuente [1])







Escobillas

Colector Armadura (rotor) Rodamiento Eje



Tm KT ia

−−

Ra La

Eg Kgω

ω

Va

Va Ladia

dtRaiaKgω Jm

dω

dt Tm− TL− Tf − Tgω

ia


Control Motor PM DC – Switch Mecánico

−Va

ia

ω

Conexióndel Switch

ia Desconexióndel Switch

vs −

t

t

t

vs Desconexióndel Switch

~ 1 milisegundo

Al desconectarse el switch:

•El motor opera como generador, ya quesigue girando por la inercia.

•La inductancia libera la corriente quealmacena.

•Aparece una tensión en el switch y se produce un arco que acorta la vida del mismo… solución: transistores de potencia! ~12 V

~3.5 A


Explicación Mátematica de Fenómeno de Apertura del Switch

Lo que ocurre en el switch se explica porque antes de abrir el switch se tiene:

pero al abrir el switch:

luego, usando (1) y (2), en el momento de apertura delswitch:

t − Va Ladia

dtRaiaKgω

t V a VsKgω

Vs V a−Kgω La

dia

dtRaia

Vs depende de la derivada de la corriente,la cual pasa de un valor no nulo a cero en un tiempomuy corto, por lo tanto se produce una diferenciade potencial muy grande entre los bornes del switch!


BDC – Control Basado en Relés 1/3

Atrás

-

+-

+

Atrás

-

+

Adelante +-

Derecha

R

L

1

2

Atrás3

4

Izquierda

5

6

+

7



+

Giro +

-

+-

+

Giro -

-

M



+

L+

-

+-

+

L-

-

+

R+

-

+-

+

L-

-

R

L

L+, R+

L-, R-

R-, L+R+, L-

L+

R-L-

R+


BDC – Control Electrónico

Esquema de Control ElectrónicoPWM de 4-cuadrantes para motores DC

(Faulhaber, MCDC 3003/3006 S)


BDC – Control Electrónico – LM629

• LM629 - Precision Motion Controller

LM629 - Precision Motion(National Semiconductor,

http://www.national.com/mpf/LM/LM629.html#General%20Description)


BDC – Control Electrónico – LM629• Description

The LM628/LM629 are dedicated motion-control processors designed for use with a variety of DC and brushless DC servo motors, and otherservomechanisms which provide a quadrature incremental position feedback signal. The parts perform the intensive, real-time computational tasks requiredfor high performance digital motion control. The host control software interfaceis facilitated by a high-level command set. The LM628 has an 8-bit output whichcan drive either an 8-bit or a 12-bit DAC. The components required to build a servo system are reduced to the DC motor/actuator, an incremental encoder, a DAC, a power amplifier, and the LM628. An LM629-based system is similar, except that it provides an 8-bit PWM output for directly driving H-switches. Theparts are fabricated in NMOS and packaged in a 28-pin dual in-line package or a 24-pin surface mount package (LM629 only). Both 6 MHz and 8 MHz maximumfrequency versions are available with the suffixes -6 and -8, respectively, usedto designate the versions. They incorporate an SDA core processor and cellsdesigned by SDA.

Fuente: National Semiconductor,http://www.national.com/mpf/LM/LM629.html#General%20Description


BDC – Control Electrónico – LM629• Features

32-bit position, velocity, and acceleration registers Programmable digital PID filter with 16-bit coefficients Programmable derivative sampling interval 8- or 12-bit DAC output data (LM628) 8-bit sign-magnitude PWM output data (LM629) Internal trapezoidal velocity profile generator Velocity, target position, and filter parameters may be changed during motion Position and velocity modes of operation Real-time programmable host interrupts 8-bit parallel asynchronous host interface Quadrature incremental encoder interface with index pulse input Available in a 28-pin dual in-line package or a 24-pin surface mount package (LM629

only)

Fuente: National Semiconductor,http://www.national.com/mpf/LM/LM629.html#General%20Description


BDC – Control Electrónico – Ejemplo de Aplicación

ISC629ER PC/104 Peripheral ModuleIsolated 2-Channel DC Servo Motor Controller

(RTD Embedded Technologies, Inc.,http://www.rtd.com/PC104/UM/controller/ISC629ER.htm)

LM629



RoboteQ AX2550-AX2850(RoboteQ, Inc.

http://www.roboteq.com/ax2550-folder.html)

R/C RS-232 Analog



AmpFlow Motor Controller(Vendido por Powerhouse, Inc.,

http://www.ampflow.com/motor_controller.htm,http://www.battlekits.com/controllers.htm, fabricado por RoboteQ, Inc.)

R/C RS-232 Analog



• General Features Two 12 to 40VDC high-efficiency power output stages. One optional 12V input to the controller so that it will continue to

operate if the main battery voltage dips below 12V. High efficiency MOSFET “H-Bridges”. Pulse Width Modulation at 16 kHz to generate smooth, variable

output power in as little as 0.5% increments. Ultra-low “On” resistance of the 32 MOSFET transistors and

synchronous rectification ensures operation up to 180A (20 seconds) per channel with very little heat generated by thecontroller.

The internal "on" resistance of .003 Ohms is comparable to theresistance of two 8-gauge battery cables just 2.4 feet long.

The resistance of the single channel version is even lower at only.0015 Ohms.

The extruded aluminum case, which doubles as the heat-sink, provides efficient cooling without the need for a fan.

Encoder/Tachometer/Analog/PWM inputs. Cost ~ USD 645-770.

Fuente: AmpFlow.com, Powerhouse, Inc.http://www.ampflow.com/motor_controller.htm



• Current Limiting A sensor measures the actual current delivered to the motors and

automatically reduces the power if the current goes over the presetlimits.

Two temperature sensors located on the heat sink will cause thecontroller to adjust the maximum allowed Amps in case of controlleroverheat.

The controller can be configured to automatically smooth commandchanges (from forward to reverse, for example) to avoid suddenoverloads on the controller, the batteries, and mechanicalcomponents. The controller’s programmable acceleration featurewill automatically limit the huge current spikes that would otherwiseoccur.

An advanced algorithm for automatic current limitation allows eachof the two channels up to:160 Amps continuous for three minutes180 Amps for up to 20 seconds500 Amps momentary peaks (less than one millisecond)These figures are doubled for the single channel version and theycan be increased if you choose to add a fan.

Fuente: AmpFlow.com, Powerhouse, Inc.http://www.ampflow.com/motor_controller.htm



Fuente: AmpFlow.com, Powerhouse, Inc.http://www.ampflow.com/ampflow_motors.htmhttp://www.robotmarketplace.com/marketplace_magmotors.htmlhttp://www.magmotor.com/brushed/brushed.html

C40-300USD 300

S28-400USD 350

S28-150USD 300

E-150USD 80

3.8 Horsepower 4.5 Horsepower 3 Horsepower 1/2 Horsepower

4" Diameter 3" Diameter 3" Diameter 3" Diameter

6.9" Long 6.7" Long 4" Long 3.8" Long

3840 oz-in Torque 3720 oz-in Torque 1970 oz-in Torque 430 oz-in Torque

84% Efficiency 83% Efficiency 82% Efficiency 74% Efficiency

24 Volts 24 Volts 24 Volts 24 Volts

4000 RPM 4900 RPM 6000 RPM 4700 RPM

11.9 Pounds 6.9 Pounds 3.8 Pounds 3.4 Pounds

5/8" Shaft Dia. 1/2" Shaft Dia. 1/2" Shaft Dia. 12mm Shaft Dia.

1.75 Shaft Length 1.75 Shaft Length 1.75 Shaft Length 1.75 Shaft Length

3/16" Keyway 1/8" Keyway 1/8" Keyway 3mm Keyway

Built-in Capacitors Built-in Capacitors Built-in Capacitors No Capacitors

Ferrite Magnets Neodymium Magnets Neodymium Magnets Ferrite Magnets

Motores MagMotor



Fuente: Robot Power, Inc.http://www.robotpower.com/products/osmc_info.html

Open Source Motor Control, Robot Power, Inc.

Supply voltage 13V to 50V (36V max battery rating)

Output Current (continuous) 160A

Output Current (surge) >400A

Weight 0.6 lb

MOSFETs 16 ea. IRFB3207 (or IRF1405 on older units)

On Resistance .0026 ohm max at 25C

Cooling 40 CFM fan

Bridge Driver Intersil HIP4081A

Logic Interface 10-pin dual-row header

RC Interface External via logic interface

Power Supply 12V .5A regulator

Current Limiting Optional Add-on

Connectors Solder pads for up to 10 ga wire or #8 bolts


Motor DC Brushless (BLDC o PMSM)


Motor DC Brushless (BLDC o PMSM)• Conocidos también como motores síncronos de

imánes permanentes (permanent magnetsynchronous motor, PMSM).

http://www.kontronik.com/Index2.htm



Kollmorgen AKM Brushless Servomotors1. Optional shaft configurations2. Optional Viton shaft seal3. Direct access to mounting screws4. Rugged TENV, IP65 washdown construction5. Captured front bearing eliminates axial movement6. Multiple International flange mounts - standard7. One piece integral front-endbell & housing8. Neodymium-Iron-Boron magnets9. O'ring captures rear bearing outer race10. Patent-pending stator - Class F, high density

windings; 480VAC high voltage insulation (240 VAC on AKM1); Potting for ruggedness; 155°thermistor; Overtemperature protection

11. Die-cast alum. housing & cover construction12. Optional brake13. Multiple feedback options14. Rugged powder coating15. cURus, CE, TUV recognized16. IP65 rotatable metal connectors





Torques

Sensores


BLDC – Control Electrónico

Esquema de Control ElectrónicoPWM de 4-cuadrantes para motores BLDC

(Faulhaber, MCBL 3003/3006 S)


Comparación PM BDC, PM BLDC, PM Stepper

BDC BLDCBobinas

Imanes

PM Stepper




Componentes de un Sistema Servomotor 1/9

M

Carga Transmisión oAccionamiento

Mecánico

Reducción Motor Freno Sensor Control Fuentede Poder

IndicadorMecánico



Carga:•Velocidad Máxima•Torque de Carga (RMS)•Torque de Máximo•Duración del Torque Máxima

M


Mecánico


IndicadorMecánico



M


Mecánico


IndicadorMecánico

Engranajes Correasy Poleas

CorreasTransportadoras

Piñon yCremallera

Tornillo Sinfíny Corona

Cable yPolea

(Tipo Grúa)

AccionamientoExcéntrico



M


Mecánico


IndicadorMecánico



M


Mecánico


IndicadorMecánico


Computador de Control

InterfazUsuario

Esquema General de un Sistema de Servomotores

Planificador de Trayectorias

Base de Datos

Servomotor

Actuador Sensores

Encoder

TacómetroArticulación nMotor DC

Actuador Sensores

Encoder

TacómetroArticulación 1Motor DC


Diagrama de Bloques de un Sistema de Servomotores

Amplificadorde Potencia Mecanismo SensoresProcesador

Articulación 1

ProcesadorMaestro

ActuadorArticulación


Articulación 2Actuador

Articulación


Articulación nActuador

Articulación


Esquemas Prácticos de Control – 1 Etapa

Amplificadorde Potencia

ProcesadorArticulación

Motor

Comando deReferenciadel ProcesadorMaestro

DAC

digital

Error de Velocidad

análogo

Tacómetro Encoder CargaInercial

digital

DAC

Controlador

digital análogo

ωt

θt


Esquemas Prácticos de Control – 2 Etapas

Amplificadorde Potencia

ProcesadorArticulación

Motor

Comando deReferenciadel ProcesadorMaestro

DAC

digital

Comando de Velocidad

análogo

Encoder CargaInercial

digital

Control de Posición

digital análogo

ωt

θt

− sumador

AmplificadorOperacional

Control de Velocidad

Error de Velocidad

Tacómetro


Otras Esquemas Prácticos de Control

• Uso de potenciómetros (posición análoga)• Uso de sensor único de posición (análogo o digital) y

derivación de la posición para obtener la velocidad• Uso de sensor único de velocidad (análogo o digital)

e integración de la velocidad para obtener la posición.

• Nota 1: Considerar costos! 1 Encoder = USD 50-250 1 Tacómetro = USD 50-100 Total por articulación = USD 100-350 Total por 6 DOF = USD 600-1200

• Nota 2: Considerar peso y espacio!


Control de la Articulación de un Brazo Robótico


Galvos – Precision Motion

• Servomotores para movimientos de precisión• Aplicaciones: escaners láser, sistemas robóticos de

iluminación, oftalmología• Fabricantes:

http://www.camtech.com/index.html http://www.gs-scanners.com/


Aplicaciones en Tracción Eléctrica

X1Wrightspeed Inc.

Chasis Atom por Ariel Motor Co.http://www.wrightspeed.com

Tesla RoadsterTesla Motors Inc.

Basado en Lotus Elise / Lotus Type 72Dhttp://www.teslamotors.com

Buckeye BulletThe Ohio State University

http://www.buckeyebullet.com


Wrightspeed X1 – Motor

X1Wrightspeed Inc.


38.1 cm

30.48 cm

Motor de Inducción Trifásico13.300 RPM

Fuente: http://money.cnn.com/2007/10/04/autos/electric_wright.fortune/


Wrightspeed X1 – Baterías

X1Wrightspeed Inc.


Baterías Ion-Litio 244 kg4000 Amps

Rango ~ 160 kmTiempo de recarga: 4.5 horas

Fuente: http://money.cnn.com/2007/10/04/autos/electric_wright.fortune/


Wrightspeed X1 – Panel e Inversor

X1Wrightspeed Inc.


Panel despliega velocidad,aceleraciones, carga de

las baterías y datos de navegación del GPS

Inversor AC PropulsionFuente: http://money.cnn.com/2007/10/04/autos/electric_wright.fortune/


Tesla Roadster – Curvas Torque y Potencia

Fuente: http://www.teslamotors.com


Tesla Roadster – Well-to-Wheel Energy Efficiency

Fuente: Martin Eberhard, Marc Tarpenning. The 21st Century Electric Car, Tesla Motor Inc., 2006.http://www.teslamotors.com


¿Baterías o Celdas de Combustible H2?



Desempeño versus Eficiencia



Vehículos Eléctricos – Disponibilidad de Energía

• Well-to-Wheel Energy Efficiencydebe considerar la fuente de energía inicial en la generación de electricidad.



Vehículos Eléctricos – Disponibilidad de Energía• Dependencia del

petróleo principalmente atribuible al transporte!

• Se requiere desarrollar sistemas de transporte que no dependan del petróleo...como los vehículos eléctricos.

• 58% del petróleo de EE.UU. es importado.

• 97% del petróleo de Chile es importado.



Matriz Energética de Chile


Comparación Algunos Vehículos Eléctricos

?

13.5 s

1120990 (diesel)

120

120 @ 0-4300 RPM

55/73 @ 4300-12000 RPM

?

12000

PM BLDC16 polos enfriadocon glycol-agua60 kg (Renco Encoder R35i)

Zytek IDT 120-55

Smart EV

358518200180Velocidad Máxima[km/h]

??400 Hz400 HzFrec. Motor

??1300013300RPM Motor Max.

???35.66 mDistancia 0-100 km/h

??3.9 s3.07 sTiempo 0-100 km/h

?1814~1100720+50-150+450

697Peso [kg]

??284.72 @ 0-6000 RPM

246.76 @ 0-6000 RPM

Torque Máximo [Nm]

418/560?300/402185/248 @ 8000 RPM

176/236 @ ?Potencia Máxima Neta(Output) [kW/HP]

Inducción trifásico

Inducción trifásico

Induccióntrifásico4 polos56.2 kgAC Propulsion

Induccióntrifásico4 polos

AC Propulsion

Motor

BB2BB1Tesla RoadsterX1


Comparación Algunos Vehículos Eléctricos

?> 11.590 (regular)

28.7

?

97% max.?

1 posición

110

120 Wh/km – 264 Wh/km (1.05 km/MJ)0.06 EUR/km (diesel)

0.02 EUR/km (elec)

Cloruro de Sodio-Nickel 13.2 kW-hr (Zebra) de MES-DEA 60 kghttp://www.mes-dea.ch/http://www.cebi.com/

Smart EV

--354160Autonomía [km]

--133Wh/km eq. 135 mpg

125 Whr/kmeq. 170 mpg

Consumo

??98.000prototipo~ 75.000-85.000

Precio [USD] (2008)

??31.728.8Radio Ruedas [cm]

??80%78.6%Eficiencia @ PotenciaMáx.

-80%90%?Eficiencia Promedio

?5 posicionesmanual

2 posiciones manual electricamente actuada1a: 4.20 : 1

Total 1a: 14.3 : 12a: 2.17 : 1

Total 2a: 7.4 : 1Final Drive: 3.41 : 1

1 posición(sin cambios)8.25:1

Transmisión

Fuel-CellNiMHIon-Litio 53 kW-hr

Ion-Litio 25 kW-hr

Baterías

BB2BB1Tesla RoadsterX1


Motor AC Propulsion®

Motor de Inducción de 177 kW, 241 HP del Tzero(AC Propulsion, Inc.)


Motor AC Propulsion® – Especificaciones


Motor AC Propulsion® – Otras Características

• Estator convencional trifásico de cuatro polos contruido con laminas de 14-mil.

• Rotor jaula de ardilla con nucleo de láminas de 14-mil con barras cortocircuitantes de cobre y anillos en los extremos (jaula). Un anillo de berilio cobre se añade a cada anillo terminal para aumentar lelsoporte estructural.

• El cobre en el rotor incrementa la eficiencia y el peakde potencia que el motor es capaz de entregar, con un peak de corriente de 37% sobre el valor nominal durante exigencias transitorias (ej. aceleraciones de pocos segundos).

• Enfriado por ventilación forzada variable a través de disipadores finamente espaciados tipo aleta.


Tracción Eléctrica para Vehículos - Caracterísicas

• Motores empleados en prototipos y vehículos comerciales de alta eficiencia y desempeño presentan las siguientes características: Inducción trifásicos 4-polos Frecuencia de operación 400-450 Hz -> reducción de kg por

kW. Motores empleados en aviones operan típicamente a 400 Hz

12000 RPM (4 polos), 24000 RPM (2 polos).Recordar que: elec = (N/2) geom → geom = elec/(N/2)


Tracción Eléctrica para Vehículos - Ejemplos

• Ejemplos: ElectroLite Roadster EL-R

Motor DC SerieNetgain WarP 9

Vel. máx 145 km/h 0-100 km/h en 4 s Peso: 902 kg Costo 35.000 + baterías http://evalbum.com/1479

VESO:Open Source Electric Vehicle En desarrollo/abandonado? Basado en tecnologías

comerciales https://blueprints.launchpad.net/veso


Tracción Eléctrica para Vehículos – Otros Fabricantes

• Zytek: http://www.zytekgroup.co.uk/• Azure Dynamics (ex-Solectria EV):

http://www.azuredynamics.com/• Reva NXG:

http://www.revaindia.com/events.htm• Satcon Applied Technology, Inc.

Power Control and Conversion

http://www.satcon.com/apptech/index.php• Smart fortwo EV (Daimler AG)

con propulsión Zytek

http://www.smart.com/


Aplicaciones Actuadores Aeronáuticos


Actuadores Eléctricos Lineales – Ballscrew

ERC Linear Actuator – IAI America Inc.http://www.intelligentactuator.com/http://www.pi4-robotics.com/e0602.html


Actuadores Eléctricos Lineales – Servo Tube

Dunkeren Motorenhttp://www.dunkermotor.com/default.asp?id=116&lang=2http://www.maccon.de/en/actuators/servotube-linear-actuators.html


Actuadores Eléctricos Lineales – Servo Tube

Dunkeren Motorenhttp://www.dunkermotor.com/default.asp?id=116&lang=2http://www.maccon.de/en/actuators/servotube-linear-actuators.html




Single Phase Stepper – Control Electrónico

Esquema de Control Electrónicopara Motores de 1 Fase

(Faulhaber, AMAR 138, SerieASP006-xxx-01)

Motores de 6 pasos (60º/paso) o 24 pasos (15º/paso).


BDC – Control Electrónico

Esquema de Control ElectrónicoPWM de 4-cuadrantes para motores DC

(Faulhaber, MCDC 3003/3006 S)



Esquema de Control ElectrónicoPWM de 4-cuadrantes para motores BLDC

(Faulhaber, MCBL 3003/3006 S)



Inversor Faulhaber MCBL 3006 S

InternationalRectifierIRF 4105Z



Inversor Faulhaber MCBL 3006 S

FreescaleDSP56F803


Transistores de Potencia

• BJT (Bipolar Junction Transistors, 1960s) Darlington: Dos BJT en cascada, 1 BJT de potencia media

conectado a un BJT de potencia.

• FET (Field Effect Transistors, 1970s) JFET (Junction FET) MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) o IGFET

(Insulated Gate FET)

• IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, 1980s) IGBTs están formados por un IGFET de potencia media

conectados a un BJT de potencia.


Simbología – BJT

¿Cuál es PNP y cuál es NPN?


Simbología – BJT

¡El diodo conduce de positivo P a negativo N!

N

N

NP

PP


Simbología – BJT

¿Cuál es el terminal base, el colector y el emisor?

N

N

NP

PP


Simbología – BJT

¡El emisor se encuentra en el lado del diodo, la base es el terminal compartido, el otro es el colector!

N

N

NP

PP


Simbología – BJT (Resumen)

N

N

NP

PP

•El diodo conduce de P a N.•El diodo puede apuntar hacia la base (PNP) o hacia fuera

de ella (NPN... regla mnemotécnica: Not Pointing iN).•El emisor se coloca en el lado del diodo.


Simbología FET/IGBT


BJTs

• Controlados por corriente: requieren alta corriente de activación por la base.

• Apagado lento.• Afectados por drift de temperatura.• Perdidas por conducción mínimas están determinadas

por el voltaje de saturación Vce.• Aplicaciones: Conmutación y Amplificación.


MOSFETs

• Controlados por voltaje.• Apagado rápido.• No están afectados significativamente por drift de

temperatura.• Perdidas por conducción son mucho menores porque

teóricamente la resistencia de conducción no tiene límite mínimo.

• Aplicaciones: Principalmente conmutación, ej. fuentes de modo-conmutado (switched mode powersupplies).


MOSFETs

Sección de un MOSFET Típico (Fuente: [2])


MOSFETs

• MOSFETs se emplean bajo las siguientes condiciones: Aplicaciones de alta frecuencia (>200kHz) Variaciones grandes de la línea o carga Largos duty cycles Aplicaciones de baja tensión (<250V) Potencia de Salida < 500W

• Aplicaciones típicas: Fuentes de Switching (SMPS, Switched mode power

supplies): Hard switching sobre los 200kHz Fuentes de Switching (SMPS, Switched mode power

supplies): ZVS (Zero-voltage switched) bajo 1000 watts Cargadores de Baterías


IGBTs

• “Cruce” de BJT y MOSFET.• Controlado por voltaje como el MOSFET.• Características de switching y conducción similares a

las de los BJTs.• Ventajas: Pueden soportar grandes cantidades de

corriente como un BJT con la facilidad de control de un MOSFET.

• Desventajas: Apagado lento como el del BJT. Sujetos a drift de temperatura (dificulta ponerlos en

paralelo).


IGBTs

ABB HiPakTMIGBT Module 5SNA 2400E170100

Vce=1700 VIc=2400 A

Dim.: 190 x 140 x 38 mm(Fuente: ABB 5SNA 2400E170100 data sheet).


IGBTs

Non-punch Through (NPT) IGBT(Fuente: [2])

C

EG

- - -

---

-

--

-

-

-

-

-- -

-----

n- Epitaxial

p+ channel

VGE>0

p+

----


IGBTs

• IGBTs se emplean bajo las siguientes condiciones: Bajo duty cycle Bajas frecuencias (<20kHz) Variaciones pequeñas de la línea o carga Aplicaciones de alta tensión (>1000V) Operación de la Juntura a altas temperaturas es permitida

(>100°C) Potencia de salida >5kW

• Aplicaciones típicas: Control de Motores: Frecuencias <20kHz, protecciones de

corto circuito, límite de corrientes de in-rush. Fuentes (UPS, uninterruptible power supply): Carga

constante, típicamente de baja frecuencia. Soldadura: Alta corriente promedio, baja frecuencia

(<50kHz), circuitería ZVS. Iluminación de baja potencia: baja frecuencia (<100kHz)


Areas Comunes de Aplicación MOSFETs e IGBTs

(Fuente: [2])


Amplificadores Lineales para Servos

Puente TPuente H


Puente H

• Ventajas: Requiere fuente unipolar.

• Desventajas: Requiere de dos señales de control unipolares. Difícil de operar en forma lineal, el voltaje de armadura

depende también de la corriente suministrada a la base por el pre-amplificador.

El motor “flota” con respecto a la tierra del sistema, por lo tanto es difícil implementar retro-alimentación de voltaje o corriente.


Puente T

• Ventajas: Empleando transistores complementarios, sólo una señal bipolar de

control es necesaria. Facilidad de control del motor, ya que el motor no “flota” respecto

a tierra, y por lo tanto es la retro-alimentación de voltaje o corriente es fácil de implementar.

• Desventajas: Se requiere fuente bipolar. Se requiere agregar un bias a los transistores de manera que no se

activen los dos simultáneamente. Están sujetos a una característica de “deadband” o “distorsión de

crossover” indeseable para voltajes de salida entorno a cero. Esto produce un voltaje de armadura que es una función nolineal de pequeñas varaiciones de la señal de control. Esto se puede solucionar manteniendo ambos transistores encendidos, cuando se está cerca de la zona de voltaje nulo, cuidando de no activar ambos transistores cuando cantidades grandes de corriente están fluyendo.

Cortocircuitos de un transistor resultan en una situación más peligrosa que en el caso del puente H.


Otras Consideraciones Sobre Amplificadores Lineales para Servos

• Diodos Flyback (para prevenir “patadas” inductivas)• Disipación de Calor (enfriamiento forzado)• Limitadores de Corriente para proteger transistores y

el motor.


Amplificadores Operacionales con VF

−

R < R

no depende de

Control Realimentado de VoltajeVoltage Feedback

aumenta cuando decrece!


Amplificadores Operacionales con VF

−

−

Control Realimentado de VoltajeVoltage Feedback


Amplificadores Operacionales con CF

−

−

R < R

Control Realimentado de CorrienteCurrent Feedback

no depende de

Supuestos

aumenta cuando crece


Amplificadores Operacionales con VCF

−

Rvf

−

Rcf

−

V0 = Voltaje de salida sin cargaI0 = Corriente de salida de corto circuito

R < R

Control Realimentado de Voltaje y CorrienteVoltage-Current Feedback

Supuestos



• Puede entenderse como un amplificador con voltajeestabilizado al cual se le ha añadido un resistencia fija en serie.

• El valor de la resistencia está definido por V0/I0, donde V0 corresponde al voltaje de circuito abierto e I0 a la corriente de corto circuito a la salida del amplificador.

• Ventaja: Permite controlar en forma simultánea la potencia disipada por la armadura y el torque producido con el rotor bloqueado.



• Si se requiere limitar el torque de rotor bloqueado para evitar daños en mecanismos, se puede limitar la corriente de salida de las siguientes maneras: Agregando una resistencia en serie con el motor para aumentar la

resistencia de armadura dado que Va =Ra Ia (ineficiente). Usar la retroalimentación VCF. Notando que la configuración VCF

corresponde a un amplificador sumador inversor la limitación de corriente resulta puesto que los dos voltajes de entrada Vin y Rs IL tienen signos opuestos. La siguiente gráfica muestra

para distintos voltajes de entrada y tres valores de carga distintos. La ecuación anterior revela que la resistencia efectiva es

Para ilustrar esto, considere la carga de 5 Ohm, con Vin=-2 V correspondiente al punto de operación Q3 para el cual la corriente IL será1.94 A. El mismo resultado puede lograrse con un amplificador VF para unacarga de 5 Ohm con una resistencia en serie de 2.2 Ohm (totalizando 7.2 Ohm).




Amplificadores PWM

• PWM (Pulse Width-Modulated, Modulación por Ancho de Pulso)


: voltaje de armadura: corriente de armadura: resistencia de armadura: inductancia de armadura: fuerza electromotriz (fem, tensión inducida) en la armadura debidoa su movimiento rotatorio

: constante de fem: voltaje de campo: corriente de campo: torque electromotriz producido por el motor: constante de torque: momento de inercia general: coeficiente de roce viscoso general: posición angular del motor

Motor DC – Modelo General

Tm KT ia

−−

Ra La

Eg Kgω

ω

Va

Va Ladia

dtRaiaKgω

ia

Vc

Lc

−ic

MotorMotor

Voltajede

Armadura

PosiciónAngular

Torque de Carga

Va θJ

VaiaRaLaEg

KgVcicTm

KT

θ

BJ

Jdω

dt Tm − Tf − TL


Motor PMDC

Tm KT ia

−−

Ra La

Eg KgωVa

ia

MotorMotor

Voltajede

Armadura

PosiciónAngular

Torque de Carga

Va θ

ω

JmJ

J

mBm B

B

N

Nr

Va Ladia

dtRaiaKgω

Jdω

dt Tm − Tf − TL

Motor de Corriente Continuade Imanes Permanentes

(Permanente Magnet DC, PMDC)


Motor PMDC

Tm KT ia

−−

Ra La

Eg KgωVa

ia

ω

JmJ

J

mBm B

B

N

Nr

Momento de Inercia Total Referido al Motor

J Jm J NJ NJL

Jm J NJ NM r

N N

N

donde la reducción de engranajes está dada por:


Motor PMDC

Equilibrio de Torques (referidos a lado del motor):

donde:es la velocidad angular del rotor

es el torque electromotriz

es el torque de fricción viscosa con

luego:

ecuaciónmecánica

J ω Tm− Tf − TL

es el torque de carga

B BmBNBNBLr

Tm KTia

ω θ

Tf Bω

J ω KT ia−B ω−N mg r

TL Nmg r


Motor PMDC

Va Ladia

dtRaiaKgω

Ley de Voltajes de Kirchhoff:

ecuacióneléctrica


Motor PMDCEs posible combinar la ecuación mecánica y eléctrica paraobtener una expresión de la posición angular del eje (CV) conrespecto al voltaje de armadura (MV). De la ecuación mecánicase tiene que:

reemplazando (1) en la ecuación eléctrica:

reagrupando términos:

Condiciones iniciales requeridas:

θ,dθ

dt,

dθ

dt,

iaJ

KTω

B

KTω

KTTL

Va LaJ

KTω La

B

KTω

La

KT

TLRaJ

KTωRa

B

KTω

Ra

KTTLKgω

dθ

dt

µB La J Ra

J La

¶dθ

dt

µBRaKgKT

J La

¶dθ

dt

KT

J La

ÃVa− La

KTTL−

Ra

KTTL

!


w

PMDC Simulation1-Stage Transfer Function

Miguel Torres-Torriti (c) 2007.04

TL+Tg

1/(J*La)*Las+1/(J*La)*Ra

s +(Ra/La+B/J)s+(B*Ra+Kt*Kg)/(J*La)2

Transfer Fcn1

Kt

La.s+Ra

Transfer Fcn

Scope

Va

Constant1

TL

Constant

¿Qué es esto?


¿Es este el mismo sistema?

Simulink – Diagrama de Bloques Desordenados por Ecuación:

1

La.s

Transfer Fcn

Scope

1s

Integrator1

Kg

Gain5

B

Gain4

1/J

Gain3

Kt

Gain2

Ra

Gain1

Va

Constant1

TL

Constant


w



TL+Tg

1/(J*La)*Las+1/(J*La)*Ra

s +(Ra/La+B/J)s+(B*Ra+Kt*Kg)/(J*La)2

Transfer Fcn1

Kt

La.s+Ra

Transfer Fcn

Scope

Va

Constant1

TL

Constant

Motor PMDC – Implementación 1

Simulink – Función de Transferencia de “1-etapa”:

ω

JKT ia −B ω −Nmg r

dia

dt

LaVa−Raia −Kgω



Simulink – Diagrama de Bloques Desordenados por Ecuación:

dia

dt

LaVa −Raia−Kgω

ω

JKT ia−B ω−N mg r

Ec. Eléctrica

Ec. Mecánica

ia

w_d

TL+Tg

Tf

Tm

ia_d

w

PMDC SimulationMessy Block Diagram


1

La.s

Transfer Fcn

Scope

1s

Integrator1

Kg

Gain5

B

Gain4

1/J

Gain3

Kt

Gain2

Ra

Gain1

Va

Constant1

TL

Constant



Simulink – Diagrama de Bloques Ordenado por Ecuación:

Ec. Eléctrica

ia_d

Ec. Mecánica

ia w_d

TL+Tg

Tf

Tm w

PMDC Simulation2-Stage Extended Block DiagramMiguel Torres-Torriti (c) 2007.04

Scope

1s

Integrator1

1s

Integrator

Kg

Gain5

B

Gain4

1/J

Gain3

Kt

Gain2

Ra

Gain1

1/La

Gain

Va

Constant1

TL

Constant

dia

dt

LaVa −Raia−Kgω ω



Ec. Mecánica

TL+Tg

Tf

Tm w



Ec. Eléctrica

ia 1/J

s+B/J

Transfer Fcn1

1/La

s+Ra/La

Transfer Fcn Scope

Kg

Gain5

Kt

Gain2

Va

Constant1

TL

Constant


Simulink – Función de Transferencia de “2-etapas”:

dia

dt

LaVa −Raia−Kgω ω



Motor PMDC – Var. Estado 1/3

Modelo dinámico lineal de 1er orden (sin considerar posición):

Condiciones iniciales (sin considerar posición):

Definción del vector de estado:

Conjunto de variablesque describen el“estado” dinámicodel sistema.

(LadiadtRaiaKgω Va

J ωBωNmg r KT ia

{ia,ω}

xt

"xtxt

#

"iatωt

#



Para encontrar la representación en el estado debemos obtener:

Re-escribiendo las ecuaciones dinámicas en términos de las variables de estado es posible encontrar y …

xt

"xt

xt

#

⎡⎣ diadtdωdt

⎤⎦ fxt,ut

x x

(La x Rax Kgx VaJ xBx Nmg r KTx

x

LaV a− Ra

Lax

Kg

Lax

x KT

Jx −

B

Jx−

JTL

Definiendo espejando y de :x x TL N mg r



Definiendo el input y empleando lasecuaciones anteriores, el modelo lineal en variables de estado está dado por:

Con las condiciones iniciales requeridas:

dondeVector de estado de dimensión n=2.

Vector de inputs de dimensión m=2.

Campo vectorial de velocidades(velocity vector field).

x

"x

x

#

⎡⎣ Lau− Ra

Lax

KgLax

KTJx − B

Jx− Ju

⎤⎦ "fx,u

fx,u

# fx,u

u Va TLT

o matricialmente,

x

"xx

#

"iaω

#


Motor PMDC – Implementación 5Simulink – Representación en el Espacio de EstadoMediante Bloque Espacio de Estado:

PMDC SimulationState-Space Matlab Function


x' = Ax+Bu y = Cx+Du

State-Space ScopeVa

Constant1

TL

Constant


Motor PMDC – Implementación 6Simulink – Representación en el Espacio de EstadoMediante Función Matlab Embebida:

PMDC SimulationState-Space Embedded FunctionMiguel Torres-Torriti (c) 2007.04

Scope

1s

Integrator1

1s

Integrator

w

ia

TL

Va

w_d

ia_d

fcn

EmbeddedMATLAB Function

Va

Constant1

TL

Constant


Motor PMDC – Implementación 6*

Función Embebida:function [w_d, ia_d] = fcn(w, ia, Ra, La, Kg, Kt, J, B, TL, Va)% This block supports an embeddable subset of the MATLAB language.% See the help menu for details.

%Va=Ra*ia+La*d{ia}/dt+Kg*omega%Tm=Km*ia%Tf=B*omega%J*d{omega}/dt=Tm-Tf-Tl

ia_d = (Va-Kg*w-Ra*ia)/La;w_d = (Kt*ia-B*w-TL)/J;


Motor PMDC – Implementación 7¿Qué otras implementaciónes son posibles?

¿Solución analítica?


Motor PMDC – ImplementaciónComentarios sobre distintas alternativas:• Distintas implementaciones entregan respuestas que pueden

diferir entre si por la acumulación de errores de integraciónnumérica.

I6: SS-Embedded Function• Máxima flexibilidad/Manejo de expresiones no-lineales.• Fácil manejo de expresiones complicadas.• Acceso a todos los estados.• Ecuaciones dinámicas identificables por inspección visual.• No soporta todas las funciones de Matlab y no tiene

compatibilidad con versiones previas de Matlab.

I5: SS-Matlab Block• Igual que I6, pero no soporta ecuaciones no-lineales.

I4: TF-2 Etapas• Sencillo y didáctico pero no soporta ecuaciones no-lineales.• No se tiene acceso a todos los estados.


Motor PMDC – ImplementaciónComentarios sobre distintas alternativas:

I3: Diagrama de Bloques Ordenado por Ecuaciones• Didáctico.• Soporta ecuaciones no-lineales.• Ecuaciones dinámicas identificables por inspección visual, pero

puede tornarse inmanejable para sistemas complejas.

I2: Diagrama de Bloques Desordenado por Ecuaciones• Manera incorrecta de hacer las cosas.

I1: TF-1 Etapa• Ecuaciones dinámicas no identificables por inspección visual.• Estados inaccesibles.• Util para representar filtros analógicos.• Manera ineficaz de analizar (mediante simulaciones numéricas)

el comportamiento dinámico de sistema. Frecuentementeempleada por alumnos que no han comprendido las ventajasde la representación del sistema en el espacio de estado.


Motor PMDC – Simulación

Parámetros:% Function: motorparam% Miguel Torres-Torriti (c) 2007-03-28% Decription% Loads motor parameters. % Inputs% None.% Example: pmdc%

clear all;

% General Constantsg=9.81;



Parámetros:% Motor Parameters% Maxon RE-75 118854Ra=0.103; % OhmsLa=0.0402e-3; % HKg=0.0607; % V/(rad/s)

% Vnom=Ra*Ia_noload+Kg*w_noload% Kg=(Vnom-Ra*Ia)/w_noload

Kt=58.1e-3; % Nm/AJm=0.143e-3; % kg*m^2Bm=2.7973e-3; % N/(rad/s)

% T_noload*omega_noload-% (Bm*omega_noload)*omega_noload% =efficiency*Vnom*Ia_noload% Bm=(Kt*Ia_noload*omega_noload-% efficiency*Vnom*Ia_noload)/omega_noload^2



Parámetros:% Mechanical Transmission ParametersN1=1;N2=20;N=N1/N2;J1=1e-4;J2=1e-3;B1=0.01;B2=0.01;

% Load Parametersm=10;r=0.05;JL=m*r^2;BL=1e-3;



Parámetros:% Compounded ParametersJ=Jm+J1+(N^2)*J2+(N^2)*JL;B=Bm+B1+(N^2)*B2+(N^2)*BL*r;

% Nominal InputsVa=24;TL=N*m*g*r;

% Initial Conditions% All assumed to be zero.



Respuesta al Escalón:

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50

0

50

100

150

200

250

300

Time [s]

[

rad/

s]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

x 10-3

0

2

4

6

8

10

12

Time [s]

[

rad/

s]


Referencias

[1] Chris Hill. An Introduction to Low Voltage DC Motors.Application Note AN10293_1, Philips Semiconductor, HazelGrove, UK, 29 March 2004.

[2] Carl Blake and Chris Bull. IGBT or MOSFET: Choose Wisely.International Rectifier.

[3] R. D. Klafter, T. A. Chmielewski, M. Negin. Robotic Engineering: An Integrated Approach. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1989.

[4] A. Barrientos, L. F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil. Fundamentos de Robótica. McGraw-Hill, Madrid, España, 1997.

[5] Hiroyasu Funakubo (editor). Actuators for Control. SeriePrecision Machinery and Robotics Vol. 2, Gordon and Breach Science Publishers, 1991.Nota: Trata las principales clases de actuadores, criterios de selección y diseño de servomotores DC y AC. Si bien el texto fue originalmente publicado en japonés como Seigyoyó akuchuéta, Sangyo Tosho KK, Tokyo, 1984, los fundamentos y técnicas se mantienen vigentes.

[6] ElectroCraft. DC Motors, Speed Controls, Servo Systems: AnEngineering Handbook, 1985.


Referencias Adicionales

• Maxon Motors, AG.http://www.maxonmotor.com.Nota: Fabricante de mini- y micro-motores de alta precisión y eficiencia.

• Faulhaber Group – MicroMo Electronics, Inc.http://www.danahermotion.com/.Nota: Fabricante de mini- y micro-motores de alta precisión y eficiencia.

• Danaher Motion.http://www.danahermotion.com/.Nota: Antiguamente Thomson Airpax Mechatronics, fabricante de motoresstepper, BLDC, síncronos, miniatura, y otros componentes para control de posición. Adquirió Superior Electric Co., Thomson y Kollmorgen.

• Galil Motion Control.http://www.galilmc.com/.

Nota: Componentes y motores para control de movimiento.

• Oriental Motor U.S.A. Corp.http://www.orientalmotor.com/index_flash.htm.Nota: Componentes y motores para control de movimiento.



• Bosch Motors and Controls.http://www.boschautoparts.co.uk/mcMoto1.asp?c=2&d=4.http://www.boschmotorsandcontrols.co.uk/Nota: Motores DC de 12 V y 24 V con potencias hasta de 750 W.

• Bosch Rexroth.http://www.boschrexroth.com/Nota: Productos para drives electrónicos, control y movimiento para aplicaciones de ensamblaje. Reducciones, guías, rieles, actuadores hidráulicos, neumáticos, y eléctricosrotatorios y lineales. Fabricantes de IndraControl HMI.(Negocio de robots SCARA fue vendido a Staübli, http://www.boschrexroth.com/business_units/brl/en/produkte/roboter/index.jsp)

• Siemens DC motors.http://www.automation.siemens.com/ld/dc-motor/index_76.html.

• Siemens AC motors.http://www2.automation.siemens.com/meta/html_76/produkte_ac-motoren.htm.Nota: Motores AC para distintas aplicaciones, incluso marinas.

• Siemens Automation and Drives.http://www2.automation.siemens.com/meta/index_76.htm.Nota: Fabricante de mini- y micro-motores de alta precisión y eficiencia.

• Siemens Energy and Automation.http://www.sea.siemens.com/motioncontrol/product/motenc/mcmotencov.html.



• Yaskawa Electric America.http://www.yaskawa.com/.Nota: Fabricante de drives electrónicos industriales, motores de alta precisión y eficiencia para ejes de máquinas CNC, componentes y controladores parasistemas de servos.

• Parker Hannifin Corp.http://www.parkermotion.com/.Nota: Productos para control de movimiento y automatización electromecánica.

• Lin Engineering.http://www.linengineering.com/.Nota: Especialistas en motores stepper de precisión y BLDC.

• PennEngineering Motion Technologies.http://www.pennmotion.com/.Nota: Fabricantes de los motores DC Pittman LO-COG y motores BLDC Elcom.

• Intelligent Motion Systems, Inc.http://www.imshome.com/.



• Hitachi America, Ltd., Power & Industrial Division.http://www.hitachi.us/Apps/hitachicom/content.jsp?page=Inverters/index.htm&level=1&section=Inverters&parent=Inverters&nav=left&path=jsp/hitachi/forbus/powerequipmentsystems/&nId=2.Nota: Inversores variadores de frecuencia para motores AC para motores de hasta 375 kW.

• Electric Motors Reference Center.http://www.electricmotors.machinedesign.com/Electric-Motors-Reference-center.aspx.Nota: Links a principales fabricantes e información relacionada.

• Arrick Robotics – Mechanical Parts Source List.http://www.robotics.com/mechpart.html.Nota: Listado de proveedores de partes mecánicas para apliaciones robóticas.

• Automatica 2006 – 2nd International Trade Fair for Automation Assembly – Robotics - Vision.http://www.automatica-muenchen.de/.



• Stock Drive Products/Sterling Instruments (SDP-SI): Mechanical components, timing pulleys, gears, clutches, shafts, sprockets, bearings, brakes.http://www.sdp-si.com/, http://www.sdp-si.com/Sdptech_lib.htm.Nota: Proveedor de componentes mecánicos como poleas, engranajes, embragues, ejes, catalinas, rodamientos, frenos. La librería técnica on-linecontiene una gran cantidad de material sobre criterios de diseño de distintos mecanismos de transmisión y motores eléctricos.

• Emerson Power Transmission (EPT).http://www.emerson-ept.com/.Nota: Fabricante de transmisiones, aceptan diseños a pedido. El sitio web incluye material sobre los fundamentos de diseño y empleo de transmisiones de buen nivel.

• Actuator Conference.http://www.actuator.de/.Nota: Conferencia sobre sistemas y avances recientes de la tecnología de actuadores.

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