Dispense Corso 1 azionamenti

7/28/2019 Dispense Corso 1 azionamenti

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Indice

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1 Introduzione 41.1 Tendenze tecnologiche ed applicative 4

1.2 Struttura e caratteristiche 6

1.3 Azionamenti ad elevate prestazioni 7

1.3.1 Alte prestazioni dinamiche 7

1.4 Generalit sul motore elettrico 9

1.5 Circuito di potenza 15

1.6 Esempi applicativi 16

2Parametri caratteristici di un motore elettrico 172.1 Coppia in servizio continuo 17

2.2 Coppia di picco Tp 20

2.3 Coppia limite dovuta alla tensione massima di alimentazione dellavvolgimento 21

3 Tipo di Azionamento 223.1 Azionamenti tipo-asse ed azionamenti tipo-mandrino 22

3.2 Azionamento tipo asse 22

3.3 Azionamento tipo mandrino 24

4 Controllo di azionamento 264.1 Caratteristica meccanica del motore elettrico 26

4.2 Schema generale di controllo 27

4.3 Generalit sul controllo di azionamento 27

4.4 Controllo di azionamento 28

4.5 Elasticit nellaccoppiamento tachimetrico 31

4.5.1 Notch filter 34

4.5.2 Considerazioni sullaccoppiamento fra motore e sensore 34

4.6 Elasticit torsionali dellaccoppiamento fra motore e carico 35

4.7 Risposta al disturbo additivo 36

4.7.1 Regolatore proporzionale 36

4.8 Regolatore PI 38

4.9 Wind-Up 41

4.10 Ondulazione tachimetrica 43

4.10.1 Effetti del ripple tachimetrico sul controllo 43

4.11 Analisi del controllo di azionamento 464.11.1 Esempio di un azionamento tipo-asse 48

4.11.2 Esempio di un azionamento tipo-mandrino 49

4.12 Sequenza progettuale del regolatore PI 50

4.12 Variazione del momento dinerzia 52

5 Materiali magnetici permanenti 545.1 Materiali ferromagnetici ad alta isteresi 54

5.2 Punto di lavoro 57

5.3 Tipologie di materiali magnetici permanenti 59

5.4 Dipendenza dalla temperatura 59


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6 Motori in corrente continua 606.1 Induzione elettromagnetica 60

6.2 Correnti parassite (Foucault) 61

6.2.1 Cenni sullinduttanza di dispersione 62

6.3 Forza elettromagnetica 63

6.4 Struttura di un motore in CC 656.5 Principio di funzionamento di un motore in CC 66

6.6 Equazioni del motore in CC 71

6.7 Interazioni fra il flusso di eccitazione ed il flusso di armatura 74

6.8 Curva caratteristica di un motore in corrente continua 78

6.9 Servomotori a magneti permanenti 81

7 Controllo di macchina 837.1 Controllo in cascata 83

7.2 Predizione della coppia motrice 90

8 Convertitori per servomotori in C.C. 948.1 Converitori AC/DC non controllati 94

8.1.1 Convertitore AC/DC monofase 94

8.1.2 Convertitore AC/DC trifase 96

8.2 Converitori DC/DC 99

8.2.1 Struttura monoquadrante 99

8.2.2 Modulazione a larghezza di impulso (PWM) 100

8.2.3 Modulazione ad isteresi 101

8.2.4 Struttura a due quadranti 104

8.2.5 Struttura a Quattro quadranti 110

8.3 Dispositivi di potenza 1178.3.1 Potenza dissipata nei dispositivi 119

8.4 Effetto lato alimentazione 120

8.5 Circuito di comando 121

8.6 Caratteristica di coppia dei motori in corrente continua 123

8.7 Considerazioni di tipo energetico 124

9 Azionamenti Brushless 1339.1 Principio di funzionamento dei motori brushless e tecniche di controllo 134

9.1.1 Strutture multipolo 136

9.2 Progetto Trapezoidale 138

9.3 Progetto sinusoidale 1489.4 Auto e mutue induttanze nei motori Brushless 157

9.4.1 Autoinduttanza di una fase 157

9.4.2 Mutua induttanza fra le fasi 159

9.5 Espressione della coppia 161

10 Controllo di macchina dei Brushless 16410.1 Controllo di tipo Trapezoidale 164

10.1.1 Controllo semplificato (unipolare) 171

10.2 Brushless Sinusoidale 176

10.3 Corrente e forza magnetomotrice 17610.4 Flusso concatenato 179


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10.5 Comando tipo sinusoidale 180

10.6 Trasformata di Park 184

10.7 Trasformata di Clarke 185

10.8 Brushless sinusoidale 187

11 Motori ad induzione 19411.1 Struttura del motore ad induzione 194

11.2 Legame fra correnti e flussi concatenati 197

11.3 Equazione della Coppia 202

11.4 Circuito equivalente stazionario 204

11.5 Inverter 209

11.6 Controllo ad orientamento di campo 212

11.6.1 Determinazione della stima del flusso rotorico 215

12 Scelta dellazionamento 21912.1 Analisi del tipo di carico meccanico 220

12.2 Rapporto inerzia carico e inerzia motore 223

12.3 Scelta del motore 224

12.4 Scelta del drive 226


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Potenza iningresso

Riferimento

Interfaccia operatore

Misure

Segnali dicontrollo

Potenza inuscita

Potenza Motore

Controllo Sensori


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Controllodi

Velocit

Tr

wsp w


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3 quadrante

2quadrante

4 quadrante

1 quadrante

T

w

FrenoMotore

MotoreFreno

Azionamento Carico

Pe Pm

Motore

Azionamento Carico

Pe Pm

Freno

T

wwn

P

P=Tw


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JS

1T

Tr

w

motoreelettrico

energia

elettrica

energia

meccanica

-


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MOTORI ELETTRICI

Motore a RiluttanzaMotore Sincrono

Avvol.nto

eccitazione

Magneti

permanenti

Motore Asincrono

Trifase Monofase UniversaleCorrente

Continua

Motore a Collettore

Avvol.nto

eccitazione

Magneti

permanenti

sinusoidale

trapezoidale

sincrono

commutato

Aisteresi

Apasso

Rotoreagabbia

Rotoreavvolto

Acondensatore

Spiraincorto

-


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-

-

-

-

- -

-

-


14/53

- -


15/53

-


16/53

M

M

-


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18/53

T

wn

w

Tn

3

1

2


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-

-

-

-


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q1 q2

R12

P

-

-


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PD DqCth

Rth

Regime termico

ambavvqqq -=D

max

D

th

PR

maxqD

=

th

th

th

RC

t=

( ) )1(max

th

t

ettqq

-

-D=D

Dq

t

Dqmax

21

ts


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23/53

1

J s

1s

w qT

Tmax wmax


24/53

t

qw

T

0


25/53

JS

1T

Tr

w+ -Controllo

divelocit

w

wsp

t

Dw

wtr

Tr

T

wwb

P

wmax

P = T w


26/53

-

-

-

T, F

wwb

P, E

wmax

Iamotore C.C.

-

-

-

-


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Parteelettrica

Equazionedi coppia

Partemeccanica

Tensione Corrente

Copp

ia

Velocita

-


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TspwControllo

diazionamento

w

wsp Controllodi

macchina

CARICOT

Fsp

-

caricoFEEDF.

Tsp

JS

1T

Tr

w+

-

w

wsp+ - +

PI+


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-

Tsp

JS

1T

Tr

w+

-

w

wsp+ -

Kp 1


30/53

fase

mod.

0

-dB

+dB

-90

kPJ

rad/sec

rad/sec

0

-20dB/dec


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MOTORETACHIMETRO CARICO


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MOTORE

CARICO

q q`

J`T`

K`

w w`J

+ tacho

T

Js

1

T`

w`w+ -

sJ`


33/53

T

Js

1

T`

w`w+ -

sJ`

1

w`wsp+ -


34/53

kPJ

-20dB/dec

rad/sec0dB

instabile

stabilek

J

20 dB40

Risposta temporale

Stabile


35/53

rad/sec0dB

DUE POLI

DUE ZERI (IMMAGINARI)


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fase

mod.

0

0

-dB

+dB

-180

-360

solo motore

con carico

-90


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JS

1T

Tr

w+

-

w

wsp

+ -Kp

-wTr 1

J s

Kp

-


38/53

t

Dw

w0

T0

w


39/53

t

Dw

w0

T0

Dw

-

1

J s

wspG (s)pi

w

Tr G (s)pi-1


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41/53


42/53

Tsp

JS

1T w

w

wsp+ -

PI

t

wsp w

e = ( -w w)sp

e


43/53

t

K epTmax

Tsp


44/53

-

w

+

wsp

Js

1 w

+ -

1

Dw

T+ TDREGOLATOREDI

VELOCITA

Tachimetro

Kp


45/53

mod. 0

-dB

+dB

kPJ

w pe=2 f

| T|D | |Dw

| T|D| |Dw


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-

1

J s

Dw DT

1 + st

1Kp

-

-

1

J s

wsp w

1 + st

1Kp

fase

mod.

0

0

-dB

+dB

-180

-360

kPJ

G(s)

F(s)1t

-90


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48/53

t

w0

T0

T /K0 p


49/53


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51/53

-

-

mod.0

-dB

+dBkPJ

G(s)

kIkP

k0

t

wsp w


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-

wsp 1stb

1 + s2tb1 + stb

1 + stbstb

w

t

wsp w


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