Assi elettrici – Stato dell’arte e applicazioni industriali…….

Dalla rivista:
Automazione e Strumentazione

Pubblicato il 13 aprile 2002

Se il controllo di velocità e di posizione non fosse sufficientemente accurato, si potrebbero generare delle imperfezioni di lavorazione, tollerabili in alcuni casi nella lavorazione del legno, ma assolutamente non accettabili in quella del vetro o della plastica. Vengono inoltre misurate due correnti di fase del motore attraverso sensori ad effetto Hall. Tali informazioni vengono utilizzate per chiudere i rispettivi anelli di controllo. Il riferimento istantaneo di posizione viene calcolato in tempo reale mediante l’interpolazione del riferimento di posizione trasmesso dal master controller. Il periodo di controllo delle correnti è sincronizzato con quello di modulazione dell’inverter ed è pari a 100 µs, corrispondente ad una frequenza di 10 kHz. I periodi di controllo della velocità e della posizione sono coincidenti e pari a 2 ms (500 Hz). Come nel caso delle macchine per imballaggio, l’elevato grado di
flessibilità dell’azionamento ne consente la completa configurazione attraverso semplici comandi inviati in remoto dal master controller attraverso un bus di campo proprietario.

Banco prova per motore rotante

La verifica delle prestazioni dell’azionamento è stata effettuata attraverso l’utilizzo di un banco prova sperimentale specificamente sviluppato dall’azienda. Tale banco utilizza un sistema con vite senza fine, trasmissione a ricircolo di sfere e guida di alta precisione per lo spostamento del carrello porta utensile e la conversione del moto da rotatorio a lineare. L’albero motore non è calettato direttamente alla vite senza fine ed il moto viene trasmesso attraverso un sistema puleggia- cinghia (elastica)- puleggia. Il motore e la vite senza fine sono provvisti di due trasduttori di posizione distinti allo scopo di verificare e fare della utile sperimentazione sugli effetti causati dall’elasticità della cinghia. Infine la guida è provvista di un trasduttore di posizione magnetico di alta precisione (1 µm)allo scopo di verificare le prestazioni dell’azionamento nei posizionamenti.

Progettazione ottimizzata del motore sincrono lineare

I motori sincroni lineari (Linear Synchronous Motors, Lsm) possono rappresentare una valida alternativa alle tradizionali macchine elettriche rotanti, soprattutto nel settore dell’automazione industriale, in quanto consentono di eliminare gli organi di trasmissione tra motore e utensile, migliorando sensibilmente le prestazioni dinamiche. Per queste ragioni lo studio finalizzato alla progettazione e all’impiego degli azionamenti con motori sincroni lineari all’interno delle macchine per la lavorazione del legno rappresenta un’attività a forte contenuto di innovazione per l’azienda interessata dalla collaborazione. Dal punto di vista costruttivo, i Lsm risultano abbastanza semplici e si distinguono in base alla disposizione dei magneti in: – motori a magneti superficiali; – motori a magneti annegati. Data la loro particolare configurazione, la metodologia di analisi più frequentemente utilizzata è quella basata sul modello agli Elementi Finiti, che richiede una cura particolare nella modellistica della macchina ed una elaborazione piuttosto complessa dei risultati dell’analisi. Per questo motivo è stata messa a punto una procedura molto flessibile per il dimensionamento dei Lsm, che consente di ricercare le soluzioni più indicate per impieghi nel settore dell’automazione industriale. Tale strumento di calcolo ha permesso di progettare una linea di motori sincroni lineari a magneti permanenti superficiali per la movimentazione assi nell’ambito della collaborazione in oggetto. Le pecifiche richieste erano particolarmente stringenti in termini di spinta, accelerazione, perdite e forza di attrazione tra armatura e rotaia, e pertanto sono state proposte e analizzate diverse soluzioni progettuali [20], allo scopo di valutare l’incidenza di alcune variabili geometriche sulle prestazioni del motore. In Tabella sono riportate le dimensioni principali e le prestazioni più significative di un motore da 500 N, mentre nelle Figure 15 e 16 sono riportati gli andamenti delle linee di flusso e la mappa delle densità di flusso. Particolare attenzione è stata rivolta al problema delle oscillazioni di spinta che risulta particolarmente critico nei Lsm, per i quali si richiede un’elevata dinamica e precisione [20]. Queste oscillazioni sono state compensate mediante l’inclinazione dei magneti e la scelta ottimale del rapporto tra il numero di cave e il numero di poli.

Banco prova per motore lineare

Il banco prova utilizzato per la caratterizzazione degli azionamenti con motore sincrono lineare è mostrato in Figura 18. La corsa utile del carrello porta utensile è di circa 1,5 m (prima dell’intervento delle protezioni di fine corsa). La misurazione della posizione avviene attraverso un trasduttore lineare con massima risoluzione di 1 µm. Sono inoltre presenti sia sensori sia protezioni di fine corsa, queste ultime sia di tipo elettrico sia di tipo meccanico. L’attività che si sta portando avanti, che vede coinvolto anche uno studente impegnato nella tesi di laurea, è quella della verifica delle prestazioni dell’azionamento commerciale installato, in termini di caratterizzazione in frequenza degli anelli di controllo di posizione, velocità e corrente, di verifica dei limiti di funzionamento (massima accelerazione e velocità) e della precisione nel posizionamento. A breve è prevista la sostituzione dell’elettronica di controllo e il confronto delle prestazioni rispetto alla soluzione commerciale. Infine, una volta realizzato il prototipo del motore, si provvederà alla sostituzione del motore commerciale, all’integrazione con l’elettronica di controllo e alla verifica delle prestazioni complessive del sistema.