¿En qué se diferencian los motores de par (torque motors), servomotores y variadores de frecuencia en el control de tensión?
Los motores de par, servomotores y variadores de frecuencia pueden utilizarse en sistemas de control de tensión, pero tienen aplicaciones distintas. El motor de par es ideal para máquinas bobinadoras/desbobinadoras que requieren un control de par sencillo. El servomotor es adecuado para aplicaciones de alta precisión y sincronización multieje. El variador de frecuencia es óptimo para sistemas con motores de CA, especialmente al combinar control de par, células de carga, rodillos bailarines o fun
¿En qué se diferencia el motor de par (Torque Motor) del servomotor y el variador de frecuencia en el control de tensión?
El motor de par, el servomotor y el variador de frecuencia pueden utilizarse en sistemas de control de tensión, pero no son iguales. El motor de par es adecuado para máquinas bobinadoras/desbobinadoras sencillas que requieren control de par. El servomotor es adecuado para máquinas que requieren alta precisión y sincronización multieje. El variador de frecuencia es adecuado para sistemas que utilizan motores de CA, especialmente cuando se combina con control de par, control vectorial, células de carga, rodillos bailarines o funciones de bobinado/desbobinado.
¿Qué es el control de tensión?
El control de tensión es el proceso de mantener una fuerza de tracción constante sobre un material en forma de bobina durante los procesos de bobinado, desbobinado o transporte a través de múltiples ejes de la máquina.
Los materiales que suelen requerir control de tensión incluyen películas plásticas, papel, tela, láminas metálicas, cintas adhesivas, alambres, cables y materiales tipo banda (web).
Si la tensión no es estable, el material puede arrugarse, rasgarse, aflojarse, desviarse lateralmente, bobinarse de forma irregular o presentar errores en la impresión, el corte o el etiquetado.
En las máquinas bobinadoras/desbobinadoras, el diámetro de la bobina cambia constantemente. A medida que cambia el radio de la bobina, el par necesario en el eje de bobinado/desbobinado también cambia.
Fórmula básica:
Par (Torque) = Tensión × Radio
Esto significa que, para mantener una tensión constante, el sistema debe ajustar el par en función del radio de la bobina. Por lo tanto, la elección de la solución de accionamiento para una máquina bobinadora/desbobinadora no puede basarse únicamente en la potencia en kW o HP.
¿Qué es un motor de par (Torque Motor) en el control de tensión?
Un motor de par es un tipo de motor utilizado para controlar el par o la fuerza de tracción en el eje. En los sistemas de bobinado/desbobinado, el motor de par se utiliza generalmente para el eje de bobinado, el eje de desbobinado o la unidad de recogida de material cuando se requiere un control de tensión de nivel básico a intermedio.
El motor de par es adecuado para:
Máquinas bobinadoras de película
Máquinas desbobinadoras
Máquinas bobinadoras de papel
Máquinas bobinadoras de alambre/cable
Unidades de recogida de residuos
Máquinas de embalaje de velocidad media
Sistemas de control de tensión sencillos
Las ventajas del motor de par son su facilidad de implementación, su coste razonable y su idoneidad para máquinas que no requieren una sincronización de posición extremadamente precisa. Sin embargo, el motor de par sigue necesitando un controlador adecuado y debe verificarse la temperatura si trabaja durante mucho tiempo en condiciones de carga pesada o baja velocidad.
¿Qué es un motor de par con reductor (Torque Geared Motor)?
Un motor de par con reductor es un motor de par combinado con una caja reductora. La caja reductora ayuda a reducir la velocidad de salida y aumentar el par en el eje de carga.
Se debe utilizar un motor de par con reductor cuando:
Se bobinan materiales pesados
El eje de bobinado requiere una velocidad baja
Se requiere un par de salida mayor
Se requiere tracción a través de acoplamientos, poleas, piñones y cadenas o ejes de bobinado
El motor de par directo no tiene suficiente fuerza de tracción
En pocas palabras: el motor de par se utiliza para controlar la tensión; el motor de par con reductor se utiliza cuando se necesita controlar la tensión pero se requiere un par adicional después de la caja reductora.
El servomotor en el control de tensión
El servomotor es una solución de accionamiento de alta precisión, que suele ir acompañada de un servoaccionamiento y un encoder de realimentación. El servo puede controlar la posición, la velocidad y el par, siendo adecuado para máquinas que requieren sincronización de movimiento o control preciso de múltiples ejes.
El servomotor es adecuado para:
Impresoras de embalaje de alta velocidad
Cortadoras longitudinales
Máquinas de envasado de precisión
Máquinas que requieren sincronización de ejes de arrastre, impresión y corte
Sistemas que requieren control de posición de material
Líneas de producción con PLC o controlador de movimiento (motion controller)
Aplicaciones que requieren retroalimentación de encoder, celda de carga o rodillo bailarín (dancer roller)
Las ventajas del servo son su precisión, respuesta rápida y buen control. Sus desventajas son un coste más elevado, una configuración más compleja y la necesidad de realizar un ajuste (tuning) técnico.
El variador de frecuencia en el control de tensión
El variador de frecuencia no es simplemente un dispositivo de "ajuste de velocidad" en todos los casos. En sistemas de bobinado/desbobinado, el variador puede participar en el control de tensión si se selecciona el tipo de accionamiento (drive) adecuado y se configura correctamente.
A nivel básico, el variador controla la velocidad de un motor de CA. Sin embargo, en sistemas de control de tensión más avanzados, el variador puede operar mediante:
Control de velocidad (Speed control)
Control de par (Torque control)
Control vectorial (Vector control)
Ajuste de velocidad PID (PID speed trim)
Función de bobinador/desbobinador (Winder/unwinder function)
Retroalimentación de celda de carga (Load cell feedback)
Retroalimentación de rodillo bailarín (Dancer roller feedback)
Cálculo del diámetro de la bobina
PLC o controlador de tensión (tension controller)
El punto importante es: no todos los variadores de frecuencia controlan bien la tensión. Si solo se utiliza un variador V/F convencional sin retroalimentación de tensión, el sistema es principalmente un control de velocidad del motor, no un control de tensión preciso.
Para utilizar un variador en el control de tensión, se debe priorizar un accionamiento con control de par, control vectorial o función de bobinador/desbobinador. Para sistemas que requieren una mayor estabilidad, se recomienda combinarlo con celdas de carga, rodillos bailarines, encoders o PLC/controladores de tensión.
Configuraciones de variadores de frecuencia en el control de tensión
Tabla 1: Configuraciones de variadores de frecuencia comunes en sistemas de control de tensión
Configuración | Nivel de adecuación |
|---|---|
Variador V/F + motor de CA, sin retroalimentación | Adecuado para control de velocidad básico, no debe considerarse control de tensión preciso |
Variador vectorial + motor de CA | Mejor control de velocidad y par que el V/F |
Variador + celda de carga | Mejor control directo de la tensión |
Variador + rodillo bailarín | Mantiene la tensión mediante la posición del rodillo bailarín |
Variador con función de bobinador/desbobinador | Más adecuado para bobinado/desbobinado con cambios de diámetro |
Variador + PLC/controlador de tensión | Adecuado para líneas automatizadas y requisitos más exigentes |
Comparativa entre Torque Motor, Servomotor y variador de frecuencia
Tabla 2: Comparativa entre Torque Motor, Servomotor y motor de CA con variador de frecuencia en el control de tensión
Criterio | Torque Motor | Servomotor | Motor de CA + Variador |
|---|---|---|---|
Objetivo principal | Control sencillo de par/tensión | Control preciso de posición, velocidad y par | Control de motor de CA según velocidad/par según el variador |
Precisión | De media a aceptable | Alta | Depende del variador y la realimentación |
Coste | Razonable | Alto | Medio |
Complejidad | De baja a media | Alta | De media a alta |
Realimentación | No requerida en sistemas sencillos | Encoder, posibilidad de añadir célula de carga/bailarín | Requiere célula de carga/bailarín para una buena tensión |
Aplicación principal | Bobinado/desbobinado sencillo, recogida de residuos | Impresoras, cortadoras, máquinas de alta velocidad | Líneas con motor de CA, bobinadoras/desbobinadoras |
Cuándo utilizar | Se requiere tensión básica, fácil operación | Se requiere alta precisión, sincronización multieje | Se requiere control de velocidad/par con motor de CA |
¿Debería elegir un motor de par (Torque Motor), un servomotor o un variador de frecuencia?
Elija un motor de par (Torque Motor) cuando:
La máquina de bobinado/desbobinado sea sencilla
Se requiera mantener la tensión en un nivel básico
La velocidad no sea demasiado alta
No se requiera una sincronización de posición precisa
Busque una solución económica y fácil de operar
Elija un motor de par con reductor (Torque Geared Motor) cuando:
Bobine materiales pesados
Se requiera una velocidad de eje baja
Se requiera un par de salida mayor
Se requiera tracción a través de caja reductora, poleas, piñones, cadenas o acoplamientos
Elija un servomotor cuando:
La máquina requiera alta precisión
Se requiera sincronización multieje
Se requiera control de posición del material
Se trate de impresoras, cortadoras o máquinas de embalaje de alta velocidad
Disponga de PLC o controlador de movimiento
Se requiera retroalimentación mediante encoder, célula de carga o rodillo bailarín (dancer roller)
Elija un variador de frecuencia cuando:
El sistema utilice un motor de CA
Se requiera ajustar la velocidad de la línea
Se busque una solución común y de fácil mantenimiento
El accionamiento cuente con control vectorial, control de par o función de bobinado (winder function)
Disponga de célula de carga, rodillo bailarín, encoder o PLC para la retroalimentación de tensión
Tabla de selección rápida según la aplicación
Tabla 3: Sugerencias para la selección de soluciones de control de tensión según la aplicación práctica
Aplicación | Solución a considerar |
|---|---|
Bobinadora/desbobinadora básica | Motor de par |
Bobinado pesado, baja velocidad | Motor de par con reductor |
Unidad de recogida de residuos | Motor de par |
Impresora de embalajes de alta velocidad | Servomotor |
Cortadora a medida | Servomotor |
Eje de tracción con motor de CA | Variador de frecuencia |
Bobinadora/desbobinadora con motor de CA | Variador de frecuencia con control de par/función de bobinado |
Línea con célula de carga/rodillo bailarín | Variador de frecuencia o servomotor |
Se requiere una solución económica | Motor de par o variador de frecuencia |
Se requiere alta precisión | Servomotor |
Errores comunes al elegir un sistema de control de tensión
1. Pensar que un variador de frecuencia V/F es suficiente para cualquier sistema de control de tensión
Los variadores de frecuencia V/F pueden ajustar la velocidad del motor, pero sin control de par (torque control), control vectorial o retroalimentación de tensión, no deben considerarse como una solución precisa de control de tensión.
2. Subestimar el papel del variador de frecuencia en bobinadoras/desbobinadoras
Con el variador adecuado, que cuente con control de par, celda de carga/bailarín o función de bobinado, el variador de frecuencia puede ser una excelente solución para muchos sistemas de bobinado/desbobinado que utilizan motores de CA.
3. Uso de servomotores en máquinas demasiado simples
Los servomotores son precisos, pero su coste y complejidad son mayores. Si la máquina solo realiza bobinado/desbobinado básico, un motor de par o un variador de frecuencia adecuado puede resultar más económico.
4. Uso de motores estándar en lugar de motores de par
Los motores estándar no están diseñados para funcionar como motores de par en aplicaciones que requieren mantener el par durante mucho tiempo o controlar la fuerza de tracción. Si se utilizan incorrectamente, el motor puede sobrecalentarse rápidamente o fallar prematuramente.
5. No calcular el diámetro de la bobina
A medida que cambia el diámetro de la bobina, el par requerido también cambia. Si no se calculan los diámetros mínimo y máximo de la bobina, el sistema es propenso a sufrir falta de fuerza o una tensión inestable.
MDriveTech asesora en soluciones de control de tensión
MDriveTech ofrece asesoramiento sobre motores de par, motorreductores de par, servomotores, variadores de frecuencia, motorreductores y soluciones de accionamiento para máquinas bobinadoras/desbobinadoras.
Al elegir una solución, los clientes deben proporcionar:
Tipo de material
Ancho del material
Diámetro mínimo y máximo de la bobina
Velocidad de la línea
Tensión requerida
Peso de la bobina
Imágenes de la máquina o del motor antiguo
Sistema existente: motor de par, servo o motor de CA + variador de frecuencia
Presencia de celda de carga, rodillo bailarín, encoder o PLC
Línea directa: 0868 789 647
Correo electrónico: [email protected]
FAQ – Preguntas frecuentes
¿En qué se diferencia un motor de par de un servomotor?
El motor de par se centra en el control del par y la tensión. El servomotor controla la posición, la velocidad y el par con mayor precisión, siendo adecuado para máquinas que requieren sincronización de ejes o control de movimiento.
¿En qué se diferencia un motor de par de un variador de frecuencia?
El motor de par es un motor utilizado para controlar el par/tensión. El variador de frecuencia es el accionamiento que controla el motor de CA. Si se utiliza el tipo correcto con control de par, control vectorial o función de bobinado, y se combina con una celda de carga/bailarín, el variador de frecuencia puede participar en el control de tensión.
¿Puede un variador de frecuencia controlar la tensión?
Sí, pero depende de la configuración. El variador de frecuencia puede controlar la tensión si el accionamiento dispone de control de par, control vectorial o función de bobinado, y se combina con una celda de carga, rodillo bailarín, encoder o PLC/controlador de tensión. Si solo se utiliza V/F sin retroalimentación, el sistema es principalmente de control de velocidad.
¿Cuándo se debe utilizar un motor de par?
Se recomienda utilizar motores de par para máquinas bobinadoras/desbobinadoras, bobinado de láminas, papel, alambre, unidades de recogida de residuos o sistemas que requieran mantener una tensión básica.
¿Cuándo se debe utilizar un servomotor?
Se debe utilizar un servomotor cuando la máquina requiera un control preciso, sincronización de múltiples ejes, precisión en la posición de corte/impresión o una tensión estable a alta velocidad.
¿Cuándo utilizar un variador de frecuencia?
Se recomienda utilizar un variador de frecuencia cuando el sistema emplea motores de CA, requiere ajuste de velocidad o par, y puede combinarse con sensores de retroalimentación para un mejor control de la tensión.
¿Cuándo utilizar un motorreductor de par (torque geared motor)?
El motorreductor de par se utiliza cuando se requiere control de tensión, pero la carga necesita una velocidad baja y un par de salida más elevado.
Conclusión
Los motores de par, servomotores y variadores de frecuencia pueden utilizarse en sistemas de control de tensión, pero deben seleccionarse adecuadamente según los requisitos de la máquina.
El motor de par es adecuado para máquinas bobinadoras/desbobinadoras sencillas. El motorreductor de par es adecuado cuando se requiere un par de salida adicional. El servomotor es adecuado para sistemas de alta precisión que requieren sincronización de ejes y control de movimiento. El variador de frecuencia es adecuado para sistemas que utilizan motores de CA, especialmente cuando el accionamiento cuenta con control de par, control vectorial, función de bobinado y se combina con células de carga o rodillos bailarines.
Elegir la solución correcta ayuda a que la máquina bobinadora/desbobinadora funcione de manera más estable, reduciendo las arrugas, la rotura del material, los residuos y optimizando los costes de inversión.
