APOYO TÉCNICO
Publicado 2026-04-13
servoLa prueba de carga es el proceso de verificar si unservoEl motor y su sistema de transmisión mecánica pueden mantener la precisión de la posición, la salida de par y la velocidad de respuesta especificadas cuando se someten a un par de resistencia externo. Este es un paso de validación necesario antes de cualquierservoEl sistema se implementa en maquinaria real, como brazos robóticos, ejes de alimentación CNC o vehículos guiados automáticamente. Sin una prueba de carga adecuada, un servosistema puede experimentar desviación de posición, calado, oscilación o incluso daños al conductor cuando encuentra resistencia de trabajo en el mundo real. Esta guía proporciona una metodología estandarizada paso a paso para realizar pruebas de carga de servos, basada en prácticas industriales comunes y herramientas accesibles, sin hacer referencia a ninguna marca o empresa específica.
El objetivo principal de las pruebas de carga es confirmar que las características de salida reales del servosistema coinciden con sus especificaciones teóricas en las condiciones operativas previstas. Específicamente, las pruebas de carga responden a tres preguntas fundamentales:
Margen de par: ¿Puede el servo proporcionar suficiente torque para acelerar, desacelerar y mantener la carga en el peor de los casos, fricción e inercia?
Precisión de posición bajo carga: ¿El error de posición real permanece dentro de la tolerancia permitida (por ejemplo, ±0,05 mm) cuando una fuerza externa se opone al movimiento?
Comportamiento térmico: ¿El aumento de temperatura del servomotor se mantiene por debajo del límite de la clase de aislamiento (normalmente ≤80 °C para aislamiento Clase B) durante el funcionamiento continuo con carga nominal?
Un caso típico: se diseñó un brazo robótico para operaciones de recogida y colocación mediante cálculos teóricos. Durante el despliegue, al recoger una pieza de trabajo de 2 kg, la articulación de la muñeca del brazo sobrepasaría su objetivo en 3 mm. Las pruebas de carga revelaron que el par continuo real del servo al 80% del ciclo de trabajo era un 22% menor que el valor teórico, lo que provocaba un error de posición. La solución fue aumentar el tamaño del servo o reducir la carga útil.
Para realizar una prueba de carga válida, necesita el siguiente equipo. Ninguno de estos requiere marcas específicas; Los componentes genéricos de grado industrial funcionan igualmente bien.
Procedimiento de configuración(común para pruebas de banco):
1. Monte el servomotor en un banco de pruebas rígido. Utilice un acoplamiento flexible para conectar el eje del motor al sensor de torsión.
2. Conecte la salida del sensor de torsión al eje del generador de carga (freno). Alinee todos los ejes con una desviación de 0,1 mm para evitar cargas parásitas.
3. Conecte el codificador al lado de carga (después del acoplamiento) o use el codificador incorporado del servo si proporciona retroalimentación directa del eje. Para obtener la mayor precisión, utilice un codificador del lado de carga independiente.
4. Conecte todos los sensores al sistema de adquisición de datos. Establezca la frecuencia de muestreo en al menos 1 kHz si necesita capturar transitorios de aceleración.
5. Coloque el termopar en el punto más caliente de la carcasa del motor (generalmente cerca de la tapa del extremo del devanado). Asegúrelo con pasta térmica y cinta resistente al calor.
Realice la prueba en tres fases progresivas: verificación sin carga, prueba de carga escalonada y prueba de carga continua.
Antes de aplicar cualquier carga, verifique que el servosistema funcione correctamente bajo un par externo cero.
Ordene al servo que realice un perfil de movimiento definido: por ejemplo, 0° → 90° → 180° → 90° → 0° al 50% de la velocidad nominal.
Error de posición de registro (diferencia entre la posición ordenada y la real). El error sin carga aceptable suele ser ≤±0,02° para codificadores absolutos o ≤±1 pulso de codificador para codificadores incrementales.
Mida la corriente sin carga a velocidad constante. Este valor sirve como base para calcular la corriente inducida por carga.
Si el error sin carga excede el límite, verifique si hay desalineación mecánica, acoplamientos flojos o configuraciones incorrectas de los parámetros del servo (por ejemplo, ganancia del bucle de posición demasiado baja).
Aplique cargas de torque incrementales mientras el servo mantiene una velocidad baja constante (por ejemplo, 10% de la velocidad nominal). Esta prueba revela el par máximo que el servo puede generar sin detenerse o cometer errores excesivos.
1. Configure el servo en modo de velocidad constante al 10% de la velocidad nominal (por ejemplo, 30 RPM para un motor nominal de 300 RPM).
2. A partir del 0 % del par nominal, aumente el par de carga en pasos del 10 % del par nominal. Espere 5 segundos en cada paso para la estabilización.
3. Registre en cada paso: par real (del sensor de par), velocidad real (del codificador) y error de posición (si está en modo de posición).
4. Continúe aumentando la carga hasta que ocurra cualquiera de estas condiciones de parada:
El error de posición supera los 5° (para el modo de posición)
La velocidad cae por debajo del 90 % de la velocidad ordenada (para el modo de velocidad)
La corriente del motor alcanza el 150% de la corriente nominal
El servocontrolador activa una alarma de sobrecarga o de error de seguimiento
Interpretación: El par al que se produce cualquier condición de parada es el par continuo máximo práctico. Para un funcionamiento confiable, su par de trabajo real no debe exceder el 80% de este valor.
Caso común: un servo de eje de alimentación CNC tenía una potencia nominal de 4 Nm de par continuo. Las pruebas de carga escalonada mostraron que a 3,2 Nm (80 % del valor nominal), el error de posición ya era de 0,12 mm (superando la tolerancia de 0,05 mm). El par útil real era de sólo 2,8 Nm. La causa fue una ganancia insuficiente del bucle de posición. Después de ajustar la ganancia de 15 a 28 (1/s), el error a 3,2 Nm cayó a 0,04 mm.
Aplique un par constante igual al par de trabajo máximo previsto (por ejemplo, 80% del valor encontrado en la Fase 2) y haga funcionar el servo a través de su ciclo de trabajo real durante al menos 60 minutos o hasta el equilibrio térmico.
Procedimiento:
Ajuste el freno de carga al valor de par objetivo.
Ordene al servo que repita su perfil de movimiento del mundo real (aceleración, velocidad constante, desaceleración, permanencia).
Registre la temperatura de la carcasa del motor cada 2 minutos.
También registre la corriente y el torque cada 30 segundos.
Criterios de aceptación(basado en la clase de aislamiento):
Clase B (130°C): Temperatura de la carcasa ≤80°C, temperatura del devanado ≤120°C (el devanado se puede estimar como carcasa + 15°C para motores pequeños)
Clase F (155°C): Carcasa ≤95°C, bobinado ≤140°C
Clase H (180°C): Carcasa ≤110°C, bobinado ≤165°C
Si la temperatura excede los límites, reduzca la carga o mejore el enfriamiento (agregue aire forzado o aumente el área del disipador de calor).
Un ejemplo real: un servo utilizado en el transportador de una máquina envasadora se probó a 2,5 Nm (2,8 Nm). Después de 35 minutos de movimiento continuo hacia adelante y hacia atrás (0,5 Hz, amplitud de 90°), la carcasa alcanzó los 92°C, superando el límite de Clase B de 80°C. La solución fue agregar un ventilador de 120 mm que soplaba directamente sobre las aletas del motor, lo que redujo la temperatura en estado estacionario a 74 °C.
Durante las tres fases, registre los siguientes puntos de datos. Estos datos son esenciales para diagnosticar problemas y certificar el servosistema.
Cómo calcular la potencia de salida mecánica:
Para movimiento giratorio: P_out (W) = Par (Nm) × Velocidad angular (rad/s)
Velocidad angular (rad/s) = RPM × (2π / 60)
Cómo calcular la potencia de entrada eléctrica(para servo trifásico):
P_in (W) = √3 × V_rms × I_rms × Factor de potencia
Si se desconoce el factor de potencia, suponga 0,85 para la condición de carga.
Las pruebas de carga a menudo revelan problemas que son invisibles durante la operación sin carga. Estos son los problemas más frecuentes y sus soluciones.
Un caso documentado: el servo de dirección de un vehículo guiado automáticamente pasó la prueba sin carga pero no pasó la prueba de carga continua. Después de 12 minutos de conducción con una carga útil de 150 kg, el conductor activó una alarma de sobrecorriente. Las pruebas de carga revelaron que el par requerido para girar sobre alfombras era de 3,1 Nm, pero el par real del servo a 80 °C era de solo 2,4 Nm (debido a la degradación del imán a alta temperatura). La solución fue aumentar el tamaño del servo de 100 W a 200 W, proporcionando un par nominal de 4,0 Nm.
Según los resultados de la prueba de carga, debe definir tres límites operativos para la máquina real:
Par máximo continuo (MCT): El par más alto que el servo puede sostener durante 60 minutos sin exceder los límites térmicos. Establezca esto como el 90% del par medido en equilibrio térmico.
Par máximo intermitente (MIT): El par permitido por períodos cortos (≤5 segundos). Por lo general, esto es del 150 % al 200 % del MCT, pero verifique que el límite actual del conductor no se dispare. De la prueba de carga escalonada, MIT es el par justo antes de la parada o la alarma.
Velocidad máxima bajo carga completa: La velocidad más alta a la que el servo puede entregar MCT sin reducción de par. Si la velocidad es demasiado alta, el par cae debido a la contraEMF. El límite típico es del 70 al 80 % de la velocidad sin carga.
Importante: Nunca opere un servo continuamente por encima de su MCT. Incluso las sobrecargas breves (más de 10 segundos) pueden causar la degradación del aislamiento del devanado, lo que lleva a una falla prematura. Incluya siempre un parámetro de límite de torsión en el servocontrolador configurado al 100% de MCT.
Después de completar la prueba de carga trifásica y analizar los datos, tome estas acciones específicas para garantizar un funcionamiento confiable a largo plazo:
1. Crear un certificado de prueba de carga: Documente la fecha de la prueba, la temperatura ambiente, el MCT, MIT medido, el aumento de temperatura y el error de posición en la carga de trabajo. Este certificado sirve como prueba de la validación del sistema.
2. Establecer parámetros de protección del conductorbasado en los resultados de la prueba:
Límite de corriente = 110% de MCT (para protección continua)
Límite de tiempo de sobrecarga = 5 segundos al 200% MCT
Par de protección de bloqueo = 120% de MIT
Límite de error de posición = 2 × el error máximo medido bajo carga
3. Implementar un programa periódico de repruebas: Para aplicaciones de ciclo alto (por ejemplo, robots de recogida y colocación que funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana), vuelva a realizar la prueba cada 2000 horas de funcionamiento o 12 meses. El par del servo se degrada con el tiempo debido al envejecimiento del imán y al desgaste de los cojinetes. Una tasa de degradación típica es del 5 al 10% en 10.000 horas.
4. Agregar monitoreo térmicoen la máquina real. Si la prueba de carga mostró un aumento de 50°C en el MCT, instale un termistor (tipo PTC) en el devanado del motor y establezca una advertencia al 90% de la temperatura máxima permitida (por ejemplo, 90°C para Clase B). Esto evita el sobrecalentamiento silencioso cuando la temperatura ambiente es superior a las condiciones de prueba.
5. Ajustar el perfil de movimientosi los resultados de la prueba muestran márgenes de torsión marginales. Por ejemplo, si su par de trabajo es el 85 % del MCT, reduzca la aceleración en un 15 % para reducir el par máximo durante las fases de aceleración.
Conclusión principal: La prueba de carga no es una casilla de verificación única. Es la única manera de validar que un servosistema funcionará de manera confiable en condiciones de trabajo reales. Un servo que pasa las pruebas sin carga pero no pasa las pruebas con carga provocará tiempos de inactividad inesperados, daños al producto o riesgos de seguridad. Realice siempre pruebas de carga escalonada y de carga continua antes de integrar cualquier servo en la maquinaria de producción. Luego, utilice los datos de la prueba para establecer límites de protección, programar el mantenimiento y optimizar el perfil de movimiento. Esta práctica reduce las fallas inesperadas de los servos en aproximadamente un 70 % según los registros de mantenimiento de la industria.
Paso de acción para ingenieros: Si aún no ha probado la carga de un servo actualmente en servicio, programe una prueba dentro de las próximas dos semanas utilizando el procedimiento anterior. Comience con la prueba de carga escalonada al 10 % de la velocidad nominal para medir el margen de torsión real. Si el margen es inferior al 20% por encima de su par de trabajo, reduzca la carga o actualice el servo antes de que ocurra una falla.
Hora de actualización: 2026-04-13
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