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CONTROLLO
approfondimenti
Automazione e Strumentazione
n
Novembre/Dicembre 2015
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ramento ottenuto verificando i risultati in modo
puntuale sono gli elementi “a chiusura” del cer-
chio che, sommando efficienza passiva e attiva,
consentono di mantenere nel tempo il risparmio
energetico.
Realizzare macchine efficienti
Il percorso verso la realizzazione di macchine
efficienti dal punto di vista energetico prevede
diversi passaggi, che possono migliorare via via il
risultato e il ritorno sull’investimento.
Migliorare la meccanica
Le componenti meccaniche sono gli elementi
della macchina che utilizzano l’energia richiesta,
pertanto una accurata scelta in questo senso con-
sente di ottenere un’efficienza energetica attiva
importante. Esistono
soluzioni meccaniche ad
alta efficienza
, come ad esempio i
riduttori epi-
cicloidali GBX
proposti da
Schneider Electric
,
che offrono rendimenti che si aggirano intorno
al 95%: molto maggiore a confronto ad esempio
dei classici riduttori con vite a ricircolo di sfere
(h=72%) che disperdono in calore una quantità
elevata di energia.
Il motore elettrico
Ciò che trasforma l’energia elettrica in energia
meccanica è il motore elettrico, che ha a sua volta
un rendimento maggiore o minore a seconda delle
caratteristiche. Anche in questo campo si possono
fare scelte efficienti, come risulta evidente para-
gonando ciò che si ottiene da un motore asincrono
o da prodotti innovativi quali
i motori brushless
della gamma BSH/BMH
di Schneider Electric.
Il rendimento passa da un valore del 79% a 1350
rpm all’86% a 4000 rpm: e l’incremento di velo-
cità associato si può facilmente trasportare in un
incremento di performance della macchina.
Per fare un esempio, se si considera una applica-
zione che richieda 0,75 kW effettivi, adottando
una soluzione composta da
motore asincrono e
riduttore a vite
si consumano in realtà 1,37 kW:
con la soluzione ad elevata efficienza si consu-
mano invece 0,96 kW, per un totale di 400 W
in meno a parità di performance, misurata con
la velocità nominale del motore asincrono. Dal
momento che usando un motore brushless si pos-
sono raggiungere velocità maggiori e rendimenti
più alti, la macchina può produrre di più oltre che
sprecare meno risorse.
Detto questo, si deve comunque tenere presente
che raddoppiare la velocità a parità di soluzione
non significa automaticamente guadagnare il
doppio: infatti, se si desidera raddoppiare la velo-
cità di produzione, si devono approssimativa-
mente quadruplicare anche le accelerazioni, con i
relativi consumi. Fare efficienza energetica signi-
fica anche
dimensionare la produttività della
macchina
ad un livello tale che con la soluzione
adottata sia ottimizzato il rapporto fra energia e
prezzo.
Un altro elemento su cui si può efficacemente
intervenire per migliorare l’efficienza energetica
nel motore elettrico è
la potenza che normal-
mente viene scaricata su resistenze di frena-
tura
ogni volta che avviene una frenata. Questa
energia a costo zero con le soluzioni tradizionali
viene normalmente dispersa in calore, ma utiliz-
zando concetti nuovi - come il concetto di
DC
bus Sharing
applicato sui drive Schneider Elec-
tric di nuova generazione
LMX32
- è possibile
dirottare questo flusso di energia verso altri
motori che in quel momento richiedano energia,
oppure immagazzinarlo in speciali dispositivi che
conservano l’energia fino al prossimo utilizzo,
evitando di richiederla dalla rete elettrica. Que-
sto porta ad una riduzione dei consumi ed anche
all’evitare l’utilizzo di resistenze di frenature, e
non solo:
aumenta anche le performance
per-
ché avere energia già disponibile a livello del bus
in continua, vuol dire avere energia pronta all’uso
da inviare immediatamente al motore che in un
dato momento ne richieda di più.
L’importanza della progettazione
e del software
Oltre ai dispositivi fisici che consumano energia,
ci sono anche altri strumenti per ottimizzare i
consumi energetici delle macchine automatiche:
in particolare le scelte di
progettazione e il sof-
tware
.
Un primo elemento da considerare sono le scelte
nel
dimensionamento delle motorizzazioni
: uti-
lizzare un motore significa dover muovere anche
il suo rotore, pertanto sovradimensionarlo porta
soltanto a consumare inutilmente più energia.
Anche
il profilo di moto prescelto porta a
diversi livelli di consumo
: utilizzare una classica
polinomiale del quinto grado permette di ottimiz-
zare le accelerazioni, ma dal punto di vista ener-
getico non è la migliore soluzione. Scegliendo
un profilo altrettanto ottimale come il seno
modificato, a parità di tempo e spazio di movi-
mento (stesse performance), si possono ottenere
consumi inferiori fino al 20%.
Librerie motion
software
che comprendano una vasta quantità di
scelte, come quelle a disposizione di chi sceglie
l’automazione Schneider Electric, consentono di
selezionare sempre il meglio per quella specifica
applicazione.
Infine grazie all’utilizzo di
camme elettroniche
si può ottimizzare il movimento di assi che pre-
sentino, durante il loro moto, dei carichi variabili