Cómo ajustar el ángulo del rotor en un servomotor mediante un osciloscopio

Para realizar el ajuste del ángulo del rotor (sincronización de fases o conmutación del encoder/resolver) en un servomotor síncrono mediante un osciloscopio, es necesario comparar la fuerza electromotriz (fuerza contraelectromotriz o back-EMF) inducida en los devanados del estator con la señal absoluta de posición del sensor (resolver o encoder sen/cos). El ajuste físico del sensor se logra girando su carcasa hasta alinear la transición de cero de la fase electromotriz con el punto de referencia de conmutación del sistema de medida de posición.

Tabla de contenido

Causa técnica: por qué es necesario el ajuste del ángulo del rotor

Los servomotores síncronos de imanes permanentes requieren un control por orientación de campo (FOC) para generar un par óptimo por amperio. El variador o controlador del servomotor necesita conocer la posición angular exacta de los polos del rotor con respecto a los devanados del estator en todo momento.

Si el sensor de posición (resolver, encoder absoluto o encoder incremental con señales de conmutación) se desmonta, se sustituye o se afloja mecánicamente, la referencia angular se pierde. Un desalineamiento entre el campo magnético del rotor y la retroalimentación del sensor provoca:

Consumo excesivo de corriente en reposo o bajo carga.
Par de salida reducido o inestable.
Comportamiento errático, sobrevelocidad descontrolada o disparo inmediato de alarmas por sobrecorriente en el variador.

Requisitos previos

Osciloscopio digital: Con al menos dos canales aislados y sondas de tensión con sus respectivas pinzas de masa.
Accionamiento auxiliar: Un motor externo (o medio mecánico) acoplado al servomotor para arrastrar su eje a velocidad constante (arrastre pasivo o spinning test).
Herramientas de taller: Llaves Allen o herramientas de precisión para aflojar y apretar la fijación mecánica de la carcasa del sensor de posición.
Documentación del motor: Hoja de datos del fabricante para identificar el código de colores de las fases (U,V,W) y la asignación de pines del conector de retroalimentación (canales A/B, sen/cos o pistas de conmutación C/D).
Condición de seguridad: El servomotor bajo prueba debe estar completamente desconectado de su variador de potencia principal.

Procedimiento de ajuste mediante osciloscopio y accionamiento externo

Este procedimiento describe el método estándar de alineación pasiva midiendo la fuerza contraelectromotriz (back-EMF) inducida en el estator mientras el motor es arrastrado externamente.

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|             1. ACOPLAR MOTOR AUXILIAR Y CONFIGURAR SONDAS             |
|   (Conectar Canal 1 a fase U-V / Canal 2 a señal Z, Sin/Cos o Pista C)  |
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|                 2. ARRASTRAR EL SERVOMOTOR A VELOCIDAD CONSTANTE       |
|          (Generar senoidal de tensión por fuerza electromotriz)       |
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|              3. AJUSTAR LA POSICIÓN MECÁNICA DEL ENCODER              |
|   (Girar la carcasa del sensor hasta alinear el cruce por cero)       |
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                                    v
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|                 4. FIJAR MECÁNICAMENTE Y REPETIR PRUEBA               |
|      (Bloquear tornillos de retención y confirmar coincidencia)       |
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Paso 1: Configurar las conexiones del osciloscopio

Conecte la sonda del Canal 1 del osciloscopio entre la fase U y la fase V del devanado de potencia del servomotor (o entre la fase U y el punto neutro N si está accesible).
Conecte la sonda del Canal 2 a la señal de referencia absoluta del encoder o resolver (por ejemplo, el canal de impulso C/D de conmutación, la pista Sin o la marca de cero Z, según la especificación del fabricante).
Asegúrese de que las masas de las sondas estén conectadas de forma segura y sin riesgo de cortocircuito.

Paso 2: Generar el arrastre pasivo del servomotor

Accione mecánicamente el eje del servomotor a una velocidad constante mediante el motor auxiliar (por ejemplo, entre 500 RPM y 1000 RPM).
Ajuste la escala de tiempo y tensión en el osciloscopio hasta obtener una onda senoidal limpia y estable en el Canal 1 (fuerza contraelectromotriz inducida en U−V).

Paso 3: Alinear la señal del sensor con la fuerza electromotriz

Configure el osciloscopio para visualizar simultáneamente ambas formas de onda.
Identifique el punto de referencia indicado por el fabricante: habitualmente, el cruce por cero en sentido ascendente de la senoidal U−V debe coincidir exactamente con el pico positivo o el flanco de subida de la señal del sensor en el Canal 2.
Afloje ligeramente los tornillos de fijación del cuerpo del encoder o resolver.
Gire suavemente el cuerpo del sensor con la mano hasta que el flanco de la señal del Canal 2 se superponga con el punto de referencia de la onda senoidal del Canal 1.

Paso 4: Fijación mecánica y prueba final

Apriete con firmeza los tornillos de retención del sensor de posición para evitar que la carcasa se desplace durante la operación normal.
Observe el osciloscopio mientras aprieta los tornillos para confirmar que la alineación no sufra desviaciones durante el fijado mecánico.

Resultado esperado: La forma de onda senoidal de la tensión de fase y la señal de conmutación del sensor de posición quedan perfectamente sincronizadas en la pantalla del osciloscopio, sin desfase angular entre ambas trazas.

Verificación

El ajuste del ángulo del rotor se ha completado correctamente cuando:

Sincronización en osciloscopio: La transición de cero de la tensión contraelectromotriz coincide de forma estable con el punto característico de la señal de conmutación del sensor a la velocidad de prueba.
Corriente en vacío: Al reconectar el servomotor a su accionamiento de control y aplicar habilitación de par, la corriente consumida en vacío permanece en niveles nominales mínimos.
Estabilidad de marcha: El servomotor gira homogéneamente en ambos sentidos de marcha sin generar vibraciones, ruidos magnéticos anormales ni alarmas por fallo de conmutación o sobrecorriente en el controlador.

Limitaciones y precauciones operativas

Peligro por tensión generada: Durante la prueba de arrastre pasivo, los terminales de potencia del servomotor actúan como un generador eléctrico y pueden producir tensiones peligrosas. No toque los terminales desnudos del estator mientras el eje esté en rotación.
Dependencia del modelo: La relación de desfase exacta (por ejemplo, si el punto de cruce debe estar a 0∘ o a un offset de 30∘ o 90∘) varía según el fabricante (Siemens, Fanuc, Yaskawa, Lenze, etc.) y la tarjeta de control utilizada. Consulte siempre el manual específico del modelo de servomotor antes de fijar la posición final.
Ajuste por software: Algunos accionamientos modernos permiten realizar un procedimiento de auto-tuning o ajuste electrónico de offset angular desde el software de parametrización sin necesidad de desplazar mecánicamente la carcasa del encoder.

Preguntas frecuentes para ingenieros

¿Se puede ajustar el ángulo del rotor sin un motor de arrastre externo?

Sí. Algunos accionamientos permiten aplicar una corriente continua de valor limitado entre dos fases del estator (por ejemplo, fases U y V) para bloquear magnéticamente el rotor en una posición fija conocida. Una vez bloqueado el eje en este polo, se ajusta mecánicamente la carcasa del encoder hasta que el software del variador registre el ángulo de posición cero.

¿Qué diferencia existe entre ajustar un resolver y un encoder absoluto?

Un resolver es un sensor analógico inductivo cuya carcasa se gira físicamente hasta obtener el nulo de tensión en el devanado de referencia. En un encoder absoluto (como los protocolos EnDat o Hiperface), el ajuste suele realizarse tanto mecánicamente como mediante la escritura de una coordenada de zero offset dentro de la memoria EEPROM del propio encoder usando software especializado.

¿Por qué el motor se acelera sin control cuando el ángulo del rotor está mal ajustado?

Si el ángulo de conmutación está desfasado 180∘ o con un ángulo erróneo importante, el controlador aplica corriente para generar par en una dirección pero la reacción magnética produce movimiento en sentido opuesto o nulo. El bucle de velocidad intenta corregir el error incrementando la corriente, lo que resulta en una aceleración descontrolada o en un disparo por fallo de sobrecorriente/desviación de posición.

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