Servo-accionamentos: o que são, como funcionam e principais aplicações na automação industrial

Servo-accionamentos: definição, funcionamento e aplicações

No mundo da automação industrial, os servo-accionamentos desempenham um papel fundamental, ao garantirem precisão, controlo e eficiência numa ampla variedade de aplicações. Na Schneider Electric, líder em soluções de automação e gestão de energia, oferecemos servo-accionamentos avançados que otimizam os processos industriais, melhorando tanto a produtividade como a sustentabilidade.

Ao longo deste artigo, falaremos sobre o que é um servo-accionamento, como funciona, as suas utilizações e aplicações e os benefícios que pode trazer para a sua indústria. Descubra como esta tecnologia pode transformar o seu sistema de automação.

O que é um servo-accionamento?

Um servo-accionamento é um tipo especializado de motor elétrico, concebido para fornecer um controlo preciso e de alta resolução da posição, velocidade e aceleração em sistemas automatizados. Ao contrário dos motores convencionais, que giram continuamente, os servo-accionamentos são capazes de se mover para posições específicas dentro de um determinado intervalo, o que os torna ideais para aplicações que exigem extrema precisão.

O servo-accionamento é composto por vários componentes essenciais, entre os quais se destacam o motor elétrico, o controlador e os sistemas de retroalimentação (como codificadores ou resolvers). Estes elementos trabalham em conjunto para regular o movimento e garantir que o servomotor responde com precisão aos comandos de controlo do sistema.

No setor industrial, os servo-accionamentos são indispensáveis para sistemas de automação onde a precisão e o controlo são essenciais. Estão presentes numa ampla gama de aplicações, desde robôs industriais a sistemas CNC (Controlo Numérico Computadorizado) e equipamentos de processamento de materiais, onde é necessário um movimento controlado e repetível.

Como funciona um servo-accionamento?

O funcionamento de um servo-accionamento baseia-se num sistema de controlo fechado, o que lhe permite ter um controlo preciso sobre a sua posição, velocidade e aceleração. Este tipo de motor foi concebido para aplicações que exigem um elevado grau de precisão, como a robótica, a automação industrial e as máquinas CNC. Em seguida, detalhamos os principais componentes e o processo que torna possível o funcionamento de um servo-accionamento.

Componentes de servo-accionamento

1. Motor Elétrico: O servo-accionamento é composto principalmente por um motor elétrico, que é responsável por gerar o movimento. Dependendo do tipo de servo-accionamento, este motor pode ser de corrente contínua (DC) ou de corrente alternada (AC). Os servo-accionamentos de corrente contínua são perfeitos para aplicações que requerem um controlo mais preciso da velocidade, enquanto os de corrente alternada são mais adequados para aplicações de maior potência e eficiência. O motor elétrico converte a energia elétrica em energia mecânica, o que produz o movimento no sistema.
2. Sistema de retroalimentação (Feedback): Uma das características essenciais de um servo-accionamento é o seu sistema de retroalimentação. Através de um sensor, geralmente um codificador (encoder) ou resolver, o servo-accionamento monitoriza constantemente a sua posição e velocidade. Este sistema de retroalimentação envia informações em tempo real ao controlador do servo-accionamento, permitindo ajustes contínuos. Quando o servo-accionamento se desvia da posição desejada, o sistema de retroalimentação envia um sinal de correção ao controlador para recolocar o motor na posição exata. O sistema de retroalimentação é crucial porque permite ao servo-accionamento manter um controlo constante, mesmo perante variações na carga ou na resistência. Sem este sistema, não poderia corrigir a sua trajetória, o que afetaria negativamente a precisão e a eficiência da aplicação.
3. Controlador: O controlador é o elemento que gere e supervisiona o funcionamento do servo-accionamento. Este dispositivo recebe o sinal de entrada, que normalmente provém de um sistema central, como um PLC (Controlador Lógico Programável) ou um computador. O controlador também recebe informação do sistema de retroalimentação e ajusta o sinal enviado ao motor para garantir que o servo-accionamento opera com a precisão necessária. Os controladores de servo-accionamentos são essenciais para ajustar continuamente o desempenho do motor, garantindo que as condições de velocidade, força e posição são sempre as corretas. Para além disso, os controladores costumam integrar algoritmos avançados que permitem uma resposta rápida às alterações na carga e a outros fatores variáveis, assegurando a estabilidade do sistema.
4. Movimento e posicionamento: Uma vez ativado, o servo-accionamento começa a girar até alcançar a posição desejada. À medida que se move, o sistema de retroalimentação controla a sua velocidade e o seu binário (torque) para garantir que o movimento seja fluido e preciso. Os servo-accionamentos são capazes de realizar movimentos rápidos e controlados dentro de um determinado intervalo de posições, o que os torna numa opção ideal para aplicações que exigem precisão repetitiva, como em processos de montagem, robótica ou maquinaria.

Diferenças em relação aos motores convencionais

Os motores convencionais, como os de indução, não dispõem de um sistema de retroalimentação integrado. Por esse motivo, não conseguem controlar com a mesma precisão a sua posição ou velocidade em tempo real. Embora estes motores sejam eficazes para aplicações que não requerem um controlo preciso, os servo-accionamentos destacam-se quando se trata de tarefas que exigem maior exatidão e controlo, como na robótica e em aplicações de produção de alta precisão.

O sistema de retroalimentação contínuo, combinado com o controlador de alta velocidade, permite que o servo-accionamento ajuste o seu funcionamento de forma constante e com elevada precisão, o que faz dele indispensável em aplicações em que cada movimento tem de ser exato e previsível.

Tipos de servo-accionamentos

Existem diferentes tipos de servo-accionamentos, cada um adaptado a necessidades específicas no que diz respeito a desempenho, potência e precisão. A seleção do tipo adequado depende da aplicação que se pretende automatizar. De seguida, exploramos os principais tipos de servo-accionamentos existentes na indústria, as suas características, vantagens e aplicações.

Servo-accionamentos de Corrente Contínua (DC)

Os servo-accionamentos de corrente contínua (DC) são uma das opções mais comuns para aplicações que exigem um controlo preciso de velocidade e posição. Estes motores funcionam através de uma corrente contínua que alimenta o motor, o que permite um controlo de velocidade mais simples e eficaz do que nos servo-accionamentos de corrente alternada.

Os servo-accionamentos DC são ideais para aplicações em que é necessário um arranque rápido, um binário de arranque elevado e um controlo de velocidade preciso. A sua principal vantagem é permitirem um controlo de velocidade suave e estável, o que os torna perfeitos para processos que exigem movimentos lentos e controlados, como a automatização em robótica de precisão.

As suas principais vantagens são o controlo de velocidade preciso e simples; a resposta rápida e elevada capacidade de binário de arranque; a dimensão inferior em comparação com outros tipos de servo-accionamentos.

Também contam com as seguintes aplicações:

• Sistemas de robótica industrial
• Atuadores em dispositivos eletrónicos
• Dispositivos de controlo de movimento de alta precisão

Servo-accionamentos de Corrente Alternada (AC)

Os servo-accionamentos de corrente alternada (AC) são motores elétricos que funcionam com corrente alternada, ao contrário dos servo-accionamentos DC. Este tipo de servo-accionamento é mais adequado para aplicações que exigem maior potência, eficiência e resistência em ambientes industriais exigentes.

Os servo-accionamentos AC são geralmente maiores e mais robustos do que os de corrente contínua, sendo utilizados em sistemas onde é necessário um elevado desempenho e durabilidade. São ideais para operações de longo prazo e são menos propensos ao sobreaquecimento, o que os torna numa opção popular para maquinaria pesada e processos industriais de alto rendimento.

As suas principais vantagens são a maior eficiência e potência em comparação com os servo-accionamentos DC; a menor necessidade de manutenção devido à ausência de escovas; o melhor desempenho a altas velocidades e com cargas pesadas.

As suas principais aplicações são:

• Sistemas de controlo de movimento em maquinaria pesada
• Equipamentos de processamento de materiais
• Robôs industriais em linhas de montagem

Servo-accionamentos sem escovas (Brushless)

Os servo-accionamentos sem escovas (brushless) são versões avançadas dos servo-accionamentos que não utilizam escovas para realizar a ligação entre o rotor e o estator. Em vez disso, recorrem a um sistema de sensores eletrónicos para o controlo do motor, o que aumenta a sua eficiência e reduz o desgaste.

Oferecem uma vida útil mais longa, um funcionamento mais silencioso e uma melhor eficiência energética, o que os torna ideais para aplicações que requerem um elevado desempenho e fiabilidade. Para além disso, devido à ausência de escovas, os servo-accionamentos brushless geram menos calor e requerem menos manutenção.

As suas principais vantagens são uma maior eficiência energética; a longa vida útil e manutenção reduzida; e a menor geração de calor e maior controlo de velocidade.

Este tipo de servo-accionamento possui diferentes aplicações:

• Sistemas robóticos de alta precisão
• Veículos elétricos e drones
• Equipamentos de automação industrial que exigem alta fiabilidade

Servo-accionamentos de alto binário

Os servo-accionamentos de alto binário são concebidos para aplicações que requerem níveis elevados de motor binário a baixas velocidades. São pensados para oferecer um controlo preciso em movimentos com grandes cargas, o que os torna essenciais em aplicações como o controlo de maquinaria pesada ou em sistemas que operam sob condições exigentes.

As suaas principais vantagens são: a capacidade de suportar cargas pesadas sem perder precisão; o controlo preciso em aplicações de baixa velocidade; e a elevada eficiência em condições de alta carga.

As suas principais utilizações:

• Elevadores industriais
• Sistemas de movimentação de cargas pesadas
• Equipamentos de precisão para maquinaria pesada

Principais aplicações na indústria

Os servo-accionamentos são elementos essenciais na automação industrial, graças à sua capacidade de proporcionar um controlo preciso e eficiente numa grande variedade de aplicações. Desde a robótica à produção de equipamentos complexos, os servo-accionamentos estão no coração de muitos sistemas que exigem movimentos rápidos, precisos e repetitivos.

De seguida, mostramos-lhe as utilizações e aplicações mais relevantes dos servo-accionamentos.

Automação industrial

Na automação industrial, os servo-accionamentos desempenham um papel fundamental ao garantir que as máquinas e os robôs realizam movimentos precisos e repetitivos. Estes motores são utilizados em linhas de produção, onde a velocidade e a exatidão são cruciais. Os servo-accionamentos permitem que as máquinas operem de forma eficiente, reduzindo os tempos de ciclo e melhorando a produtividade.

As aplicações deste tipo de servo-accionamento:

• Máquinas de montagem: Os servo-accionamentos são utilizados para movimentar peças com grande precisão, permitindo uma montagem automatizada sem intervenção humana.
• Sistemas de classificação: Em ambientes industriais, os servo-accionamentos ajudam a classificar e distribuir produtos ao longo da cadeia de produção, melhorando a eficiência.

Robótica

A robótica é uma das áreas mais relevantes para a utilização de servo-accionamentos, já que muitos robots industriais e colaborativos dependem destes motores para realizar movimentos precisos e controlados. Os servo-accionamentos permitem que os robôs executem tarefas complexas como soldadura, pintura, montagem e manipulação de objetos, tudo com um elevado nível de precisão e repetibilidade.

Utilizações concretas deste tipo de servo-accionamentos:

• Robôs de montagem: Os servo-accionamentos controlam os braços robóticos que montam produtos nas fábricas, permitindo um posicionamento exato e rápido.
• Robots de carga e descarga: Estes robots utilizam servo-accionamentos para mover e carregar produtos de forma eficiente, com um controlo preciso dos movimentos.

Sistemas CNC (Controlo Numérico por Computador)

Na produção de peças de alta precisão, os sistemas CNC recorrem a servo-accionamentos para controlar o movimento das ferramentas e das mesas de trabalho. Os servo-accionamentos tornam possível que estas máquinas sigam trajetórias precisas e realizem cortes ou perfurações com uma exatidão milimétrica. Isto é especialmente crítico em indústrias como a aeroespacial, a automóvel e da fabricação de componentes eletrónicos.

Aplicações concretas dos sistemas CNC:

• Fresadoras CNC: As fresadoras de controlo numérico utilizam servo-accionamentos para mover a ferramenta de corte ao longo dos eixos X, Y e Z, garantindo cortes precisos.
• Tornos CNC: Os servo-accionamentos controlam o movimento das peças e das ferramentas de corte, permitindo criar componentes com tolerâncias exatas.

Sistemas de Energia Renovável

Nas instalações de energia renovável, como os parques eólicos, os servo-accionamentos são utilizados para ajustar as pás dos aerogeradores e maximizar a eficiência da produção de energia. Os servo-accionamentos controlam o ângulo das pás, permitindo que o gerador eólico se adapte às condições do vento e mantenha um desempenho ótimo.

Estas são as suas principais aplicações:

• Parques eólicos: Os servo-accionamentos ajustam as pás dos aerogeradores para otimizar a captação do vento e melhorar a eficiência energética.
• Sistemas solares de seguimento: Os servo-accionamentos são utilizados para mover os painéis solares e maximizar a sua exposição ao sol ao longo do dia.

Eletrodomésticos e outros dispositivos de consumo

Os servo-accionamentos não se encontram apenas em aplicações industriais; também estão presentes em produtos de consumo. Em eletrodomésticos como impressoras, máquinas de lavar e aspiradores robotizados, permitem movimentos precisos e eficientes.

Eis as principais aplicações dos servo-accionamentos em eletrodomésticos:

• Impressoras 3D: Os servo-accionamentos permitem um controlo exato das cabeças de impressão, o que é crucial para a produção de materiais de precisão.
• Aspiradores robotizados: Os servo-accionamentos controlam os movimentos do aspirador, permitindo que se desloque autonomamente pela casa.

Benefícios dos servo-accionamentos

Os servo-accionamentos apresentam diversas vantagens que melhoram a eficiência e o desempenho das aplicações industriais. De seguida, mostramos-lhe quais são os principais benefícios de utilizar servo-accionamentos:

• Elevada precisão e controlo: Permitem um controlo preciso da posição, da velocidade e da aceleração, essenciais em aplicações que exigem movimentos exatos e repetitivos, como a robótica e o controlo CNC.
• Eficiência energética: Melhoram a eficiência energética ao ajustar o desempenho em tempo real, adaptando-se às necessidades específicas da aplicação, o que reduz o consumo de energia.
• Menor manutenção: Têm uma vida útil mais prolongada graças ao seu desenho robusto e à ausência de componentes que se desgastam rapidamente, como as escovas nos motores convencionais, o que reduz as necessidades de manutenção.
• Elevada velocidade e capacidade de resposta rápida: Permitem realizar movimentos rápidos e mudanças de direção instantâneas, melhorando a velocidade de produção e a capacidade de adaptação às exigências do sistema.
• Redução de erros e melhor repetibilidade: Graças ao seu sistema de retroalimentação, os servo-accionamentos corrigem automaticamente os desvios de posição e de velocidade, garantindo movimentos repetitivos com elevada precisão.
• Redução de custos operacionais: Aumentam a eficiência global dos sistemas, reduzindo os tempos de ciclo e melhorando a produtividade, o que leva a uma diminuição dos custos operacionais.

Por que escolher Schneider Electric?

Os servo-accionamentos da Schneider Electric destacam-se pela sua inovação, eficiência e fiabilidade, oferecendo soluções avançadas para as indústrias mais exigentes. Ao escolhê-los, as empresas acedem a diversas vantagens que melhoram os seus processos de automação.

• Tecnologia de vanguarda: Os servo-accionamentos da Schneider Electric incorporam a tecnologia mais recente, garantindo um controlo preciso e fiável. O seu design avançado assegura uma elevada eficiência energética e um desempenho excecional em diversas aplicações industriais.
• Fiabilidade e durabilidade: Os servo-accionamentos são construídos para resistir às condições mais exigentes. Com materiais de elevada qualidade e sistemas de controlo robustos, os produtos da Schneider Electric oferecem uma longa vida útil e requerem uma manutenção mínima.
• Soluções personalizadas: A Schneider Electric oferece servo-accionamentos que podem ser adaptados às necessidades específicas de cada cliente, garantindo que cada aplicação é otimizada ao máximo em termos de desempenho e eficiência.
• Compromisso com a sustentabilidade: A empresa está comprometida com a sustentabilidade, e os seus servo-accionamentos são concebidos para reduzir o consumo de energia, contribuindo para a eficiência operacional e para a redução da pegada de carbono.

Escolher a Schneider Electric significa confiar em soluções de qualidade, inovadoras e sustentáveis, perfeitamente adequadas para as necessidades de automação industrial.

Como selecionar o servo-accionamento adequado

Selecionar o servo-accionamento adequado é fundamental para otimizar o desempenho e a eficiência do seu sistema. De seguida, mostramos-lhe os fatores-chave que deve considerar:

• Requisitos de potência: O servo-accionamento deve fornecer potência suficiente para lidar com a carga de trabalho. É importante calcular a potência necessária para que o motor opere de forma eficiente e sem sobrecarregar o sistema.
• Velocidade e aceleração: Garanta que o servo-accionamento consiga atingir a velocidade e a aceleração necessárias para a sua aplicação, assegurando movimentos rápidos e um controlo adequado em todos os momentos.
• Precisão: Se necessita de um controlo extremamente preciso, como na robótica ou no controlo CNC, opte por um servo-accionamento com elevada resolução no seu sistema de retroalimentação.
• Tamanho e espaço: Considere o tamanho do servo-accionamento e garanta que se ajusta ao espaço disponível no seu equipamento ou maquinaria, sem comprometer o desempenho.
• Condições de operação: Tenha em conta o ambiente de funcionamento, como a temperatura ou a humidade, uma vez que estes fatores podem afetar o desempenho do motor.
• Suporte técnico: Contar com o aconselhamento de especialistas, como os da Schneider Electric, permitir-lhe-á selecionar o servo-accionamento adequado para maximizar o desempenho e a eficiência do seu sistema.

Selecionar o servo-accionamento adequado é fundamental para otimizar os seus processos industriais. Com as soluções avançadas da Schneider Electric, conseguirá garantir um desempenho preciso e eficiente, adaptado às necessidades específicas da sua aplicação, o que contribui para uma automação mais efetiva, sustentável e rentável a longo prazo.