Controllo Diretto della Coppia

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1 Guida tecnica n. 1 Controllo Diretto della Coppia - la più avanzata tecnologia al mondo per gli azionamenti in c.a.

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3 Indice 1 Introduzione... Generalità... Scopo di questo manuale... Utilizzo della Guida... 2 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia... Cos'è un azionamento a velocità variabile?... Riepilogo... Azionamenti in c.c.... Caratteristiche... Vantaggi... Svantaggi... Azionamenti in c.a. - Introduzione... Azionamenti in c.a. - Controllo di frequenza con la tecnologia PWM... Caratteristiche... Vantaggi... Svantaggi... Azionamenti in c.a. - Controllo vettoriale con la tecnologia PWM... Caratteristiche... Vantaggi... Svantaggi... Azionamenti in c.a. - Controllo diretto della coppia... Variabili di controllo... Confronto degli azionamenti a velocità variabile... 3 Domande e Risposte Generalità Prestazioni Funzionamento Principi teorici alla base del controllo Come funziona la tecnologia DTC Anello di controllo della coppia Fase 1 Misure di tensione e di corrente Fase 2 Modello di motore adattivo Fase 3 Comparatore di flusso e di coppia Fase 4 Selettore impulsi ottimali Controllo di velocità Fase 5 Controllore del riferimento di coppia Fase 6 Controllore di velocità Fase 7 Controllore del riferimento di flusso Indice alfabetico

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5 Capitolo 1 - Introduzione Generalità Scopo di questo manuale Controllo Diretto della Coppia - o DTC - è la tecnologia degli azionamenti in c.a. più avanzata al mondo. Scopo della presente Guida Tecnica è di descrivere cosa sia la tecnologia DTC, perché e come si sia evoluta, i principi teorici alla base del suo successo e le caratteristiche e i vantaggi da essa offerti. Sforzandosi di essere più pratica possibile, la presente guida richiede una conoscenza base dei principi di controllo dei motori in c.a. Si rivolge principalmente a progettisti, compilatori di specifiche, responsabili acquisti, OEM e utenti finali operanti in settori quali il trattamento acque, l'industria chimica, la carta, la generazione di energia, la movimentazione materiali, il condizionamento e altri mercati. Di fatto, chiunque utilizzi gli azionamenti a velocità variabile (Variable Speed Drives, VSD) e desideri trarre vantaggio da questa tecnologia, troverà molto utile consultare la presente Guida Tecnica. Utilizzo della Guida La presente guida è stata realizzata per illustrare perché e come si sia sviluppata la tecnologia DTC. Per saperne di più in merito all'evoluzione degli azionamenti dall'iniziale tecnologia in c.c., attraverso la tecnologia in c.a. fino alla tecnologia DTC, consultare la guida a partire dalla Capitolo 2 (pagina 6). Per maggiori informazioni sulle prestazioni della tecnologia DTC e sulle relative modalità di funzionamento e potenziale applicativo, si rimanda invece alla Capitolo 3 (pagina 15), Domande e Risposte. Per una spiegazione dei principi teorici di controllo alla base della tecnologia DTC, si rimanda a pagina 26. 5

6 Capitolo 2 - Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Cos'è un azionamento a velocità variabile? Per trovare una risposta a questa domanda occorre innanzi tutto comprendere che la funzione di base di un azionamento a velocità variabile (Variable Speed Drive, VSD) è di controllare il flusso di energia dalla rete al processo. L'energia viene fornita al processo tramite l'albero motore. Lo stato dell'albero motore è descritto da due grandezze fisiche, la coppia e la velocità. Per controllare il flusso di energia occorre quindi, in ultima analisi, controllare queste due grandezze. Nella pratica è possibile controllare sia l'una che l'altra, e si parlerà quindi, a seconda dei casi, di "controllo della coppia" o di "controllo della velocità". Inoltre, quando un VSD funziona nella modalità a controllo della coppia, quest'ultima dipende dal carico. Inizialmente, come azionamenti a velocità variabile si utilizzano i motori in c.c. poiché consentivano di ottenere con facilità la velocità e la coppia richieste, senza bisogno di ricorrere a componenti elettronici sofisticati. L'evoluzione tecnologica degli azionamenti a velocità variabile in c.a. è stata dunque dettata dal desiderio di emulare le eccellenti prestazioni dei motori in c.c., quali la rapida risposta in coppia e la precisione in velocità, utilizzando al contempo i motori in c.a., robusti, economici e praticamente privi di manutenzione. Riepilogo In questa sezione prenderemo in considerazione l'evoluzione della tecnologia DTC, con particolare riferimento alle quattro pietre miliari degli azionamenti a velocità variabile, ovvero: Azionamenti per motori in c.c. 7 Azionamenti in c.a., controllo di frequenza, PWM 9 Azionamenti in c.a., controllo vettoriale, PWM 10 Azionamenti in c.a., Controllo Diretto della Coppia 12 Prenderemo in esame ciascuno di questi argomenti, delineando un quadro d'insieme che consenta di evidenziare le differenze fondamentali tra l'uno e l'altro. 6

7 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Azionamenti in c.c. Azionamento in c.c. Controllo della velocità Controllo della coppia Figura 1: Anello di controllo di un azionamento per motori in c.c. Caratteristiche Orientamento del campo tramite commutatore meccanico Le variabili di controllo sono la corrente di indotto e di campo misurate DIRETTAMENTE sul motore Il controllo della coppia è diretto In un motore in c.c., il campo magnetico è generato dalla corrente che passa attraverso l'avvolgimento di campo dello statore. Questo campo è sempre ad angolo retto rispetto al campo creato dall'avvolgimento dell'indotto. Tale condizione, nota come "orientamento del campo", risulta necessaria per generare la coppia massima. Il complesso commutatorespazzole assicura che questa condizione venga sempre mantenuta, indipendentemente dalla posizione del rotore. Una volta raggiunto l'orientamento del campo, la coppia del motore in c.c. risulta facilmente controllabile variando la corrente d'indotto e mantenendo costante la corrente di magnetizzazione. Il vantaggio offerto dagli azionamenti in c.c. è che la velocità e la coppia, i due parametri più importanti per il cliente, vengono controllate direttamente tramite la corrente dell'indotto, dove la coppia corrisponde all'anello di controllo interno, e la velocità a quello esterno (vedere la Figura 1). Vantaggi Controllo della coppia preciso e veloce Risposta dinamica alle variazioni di velocità Semplice da controllare Inizialmente per il controllo della velocità variabile si utilizzavano gli azionamenti in c.c. poiché garantivano buone prestazioni al variare della coppia e della velocità, a fronte di un elevato grado di precisione. 7

8 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Svantaggi Una macchina in c.c. è in grado di produrre una coppia con le seguenti caratteristiche: Diretta - la coppia del motore è proporzionale alla corrente di indotto: la coppia può essere quindi controllata direttamente e con precisione. Rapida - il controllo di coppia è rapido; il sistema di azionamento può assicurare una risposta in velocità altamente dinamica. La coppia può essere modificata istantaneamente se il motore viene alimentato da una sorgente di tipo idoneo. Gli azionamenti alimentati in tensione sono caratterizzati da una risposta rapida poiché quest'ultima dipende soltanto dalla costante di tempo elettrica del rotore (cioè dall'induttanza totale e dalla resistenza nel circuito d'indotto). Semplice - l'orientamento del campo si ottiene attraverso un semplice dispositivo meccanico denominato complesso commutatore-spazzole. Di conseguenza, non è necessario un circuito di controllo elettronico che con la sua complessità contribuirebbe ad accrescere i costi del controllore del motore. Customer Ridotta affidabilità del motore Location Manutenzione regolare Application Costi di acquisto Equipment del motore Supplied Necessità di un encoder per la retroazione How it Works I principali inconvenienti di questa tecnologia sono costituiti dalla ridotta affidabilità del motore in c.c., dalla necessità di una manutenzione regolare per spazzole e commutatori soggetti a usura, dai costi di acquisto dei motori in c.c., e dalla necessità di utilizzare un encoder per la retroazione di velocità e di posizione. Mentre un azionamento in c.c. produce una coppia facilmente controllata da zero alla velocità di riferimento e oltre, la meccanica del motore è molto più complessa e richiede una manutenzione regolare. Azionamenti in c.a. - Introduzione Ridotte dimensioni Robusti Configurazione semplice Leggeri e compatti Ridotta manutenzione Costi ridotti L'evoluzione tecnologica degli azionamenti in c.a. è stata in parte guidata dal desiderio di eguagliare le prestazioni degli azionamenti in c.c., quali la rapida risposta in coppia e la precisione in velocità, sfruttando al contempo i vantaggi offerti dai motori standard in c.a. 8

9 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Azionamenti in c.a. - Controllo di frequenza con la tecnologia PWM Controllo in frequenza Rif. freq. Rapp. V/f Modulatore Figura 2: Anello di controllo di un azionamento in c.a. con la tecnologia PWM Caratteristiche Le variabili di controllo sono la tensione e la frequenza Simulazione della forma d'onda sinusoidale in c.a. tramite modulatore Flusso ottenuto mantenendo costante il rapporto V/f Azionamento ad anello aperto La coppia è definita dal carico Diversamente dagli azionamenti in c.c, quelli in c.a. utilizzano come variabili di controllo i due parametri della tensione e della frequenza, generati fuori dal motore. I riferimenti di frequenza e di tensione vengono inviati a un modulatore, che simula la forma d'onda sinusoidale trasmettendola agli avvolgimenti statorici del motore. Questa tecnologia, denominata di modulazione dell'ampiezza degli impulsi (Pulse Width Modulation, PWM), sfrutta la presenza di un raddrizzatore a diodi verso la rete e il fatto che la tensione in c.c. intermedia sia mantenuta costante. L'inverter controlla il motore mediante un treno di impulsi PWM, che contribuisce a definire sia la tensione che la frequenza. E' importante sottolineare che questo metodo non utilizza un dispositivo di retroazione per acquisire le misure di velocità o di posizione dall'albero del motore e trasmetterle all'anello di controllo. Una configurazione di questo tipo, priva di dispositivo di retroazione, è denominata azionamento ad anello aperto. 9

10 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Vantaggi Costi ridotti Non occorre un dispositivo di retroazione - maggiore semplicità Non essendovi un dispositivo di retroazione, il principio di controllo consente di configurare una soluzione semplice ed economica per il controllo dei motori a induzione in c.a. Questo tipo di azionamento è idoneo per le applicazioni che non richiedono elevati livelli di precisione, ad esempio pompe e ventilatori. Svantaggi Non utilizza l'orientamento di campo Lo stato del motore viene ignorato La coppia non è controllata Uso di un modulatore che introduce un ritardo Questa tecnologia, denominata di "controllo scalare", non prevede l'orientamento di campo del motore. Le principali variabili di controllo, costituite dalla frequenza e dalla tensione, vengono applicate agli avvolgimenti dello statore. Lo stato del rotore viene ignorato - in altri termini, non vi è alcuna retroazione del segnale di posizione o di velocità. Di conseguenza, la coppia non può essere controllata con un determinato grado di precisione. Inoltre, questa tecnologia utilizza un modulatore che di norma contribuisce a rallentare la comunicazione dei segnali di tensione e di frequenza in ingresso e che richiede al motore di rispondere a questo segnale che varia. Azionamenti in c.a. - Controllo vettoriale con la tecnologia PWM Controllo vettoriale Controllo della velocità Controllo della coppia Modulatore Figura 3: Anello di controllo vettoriale di un azionamento in c.a. con tecnologia PWM Caratteristiche Controllo dell'orientamento del campo con simulazione dell'azionamento in c.c. Simulazione delle caratteristiche elettriche del motore nel modello del motore Azionamento ad anello chiuso Controllo INDIRETTO della coppia 10

11 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Per simulare le condizioni operative di un motore in c.c. dal punto di vista magnetico, ovvero per riprodurre il processo di orientamento del campo, il vettore "flusso" dell'azionamento deve conoscere la posizione angolare del flusso rotorico all'interno del motore a induzione in c.a. Negli azionamenti basati sulla tecnologia PWM e di controllo vettoriale, l'orientamento del campo si ottiene per via elettronica, e non meccanica, tramite il complesso commutatore-spazzole del motore in c.c. Le informazioni relative allo stato del rotore si ottengono mediante retroazione da encoder della velocità e della posizione angolare del rotore relativamente al campo statorico. Gli azionamenti che utilizzano un encoder di velocità sono definiti ad anello chiuso. Inoltre, le caratteristiche elettriche del motore sono riprodotte matematicamente con l'ausilio di un microprocessore preposto alla rielaborazione dei dati. Il controllore elettronico del vettore "flusso" crea grandezze elettriche quali la tensione, la corrente e la frequenza (le variabili controllate), e le trasmette al motore a induzione in c.a. tramite un modulatore. Il controllo della coppia, quindi, è di tipo INDIRETTO. Vantaggi Buona risposta alle variazioni della coppia Preciso controllo della velocità Coppia massima alla velocità zero Prestazioni analoghe a quelle di un azionamento in c.c. Il controllo vettoriale assicura la coppia massima alla velocità zero, fornendo quindi prestazioni pressoché analoghe a quelle di un azionamento in c.c. Svantaggi Necessità di retroazione Costi elevati Necessità di un modulatore Per ottenere un elevato livello di precisione nel controllo della velocità e un'ottimale risposta al variare della coppia, si rende necessario un dispositivo di retroazione. Questo può rivelarsi costoso e contribuire ad accrescere la complessità di un tradizionale motore a induzione in c.a., di norma semplice. Inoltre, occorre utilizzare un modulatore che rallenta la comunicazione dei segnali di tensione e di frequenza in ingresso, e richiede al motore di rispondere a questo segnale variabile. Benché il motore sia semplice dal punto di vista meccanico, l'azionamento risulta piuttosto complesso dal punto di vista elettrico. 11

12 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Azionamenti in c.a. - Controllo diretto della coppia Controllo diretto della coppia Controllo della velocità Controllo della coppia Figura 4: Anello di controllo di un azionamento in c.a. con la tecnologia DTC Variabili di controllo Con la rivoluzionaria tecnologia DTC sviluppata da ABB, l'orientamento del campo si ottiene senza retroazione, utilizzando un'avanzata teoria che si basa su un modello matematico del motore in c.a. capace di calcolarne la coppia direttamente senza bisogno di modulazione. Le variabili controllate sono il flusso di magnetizzazione e la coppia del motore. Con la tecnologia DTC non vi è alcun modulatore né necessità di una tachimetrica o di un encoder per la retroazione della velocità o della posizione dell'albero motore. La tecnologia DTC utilizza il più veloce hardware di elaborazione dei segnali digitali che sia disponibile e un modello matematico avanzato con riferimento alle modalità di funzionamento del motore stesso. Il risultato è un azionamento con una risposta in coppia generalmente dieci volte più veloce di un azionamento in c.a. o in c.c. La precisione dinamica degli azionamenti DTC è otto volte migliore di ogni altro azionamento in c.a. ad anello aperto ed è analoga a quella di un azionamento in c.c. con retroazione. La tecnologia DTC consente di configurare il primo azionamento universale in grado di assicurare prestazioni analoghe a quelle di un azionamento in c.a. o in c.c. Le sezioni successive della presente guida si soffermano sulle caratteristiche e sui vantaggi della tecnologia DTC. 12

13 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Confronto degli azionamenti a velocità variabile Soffermiamoci ora sui seguenti diagrammi di controllo per evidenziare alcune differenze. Azionamenti in c.c. Controllo Controllo di di velocità coppia Controllo di frequenza Rif. di frequenza Rapporto V/f Figura 1: Anello di controllo di un azionamento in c.c. Figura 2: Anello di controllo in frequenza Controllo vettoriale Controllo di velocità Controlo di coppia Modulatore Modulatore Figura 3: Anello di controllo vettoriale Controllo diretto della coppia DTC Controllo di velocità Controllo di coppia Figura 4: Anello di controllo di un azionamento DTC La prima osservazione da fare riguarda l'analogia tra lo schema di controllo degli azionamenti in c.c. (Figura 1) e quello della tecnologia DTC (Figura 4). Entrambi utilizzano i parametri del motore per controllare direttamente la coppia. La tecnologia DTC presenta tuttavia maggiori vantaggi quale ad esempio il fatto di non utilizzare un dispositivo di retroazione, oltre che tutti i vantaggi tipici dei motori in c.a. (vedere pagina 8) e il fatto di non richiedere eccitazione esterna. AZIONAMENTO VARIABILI DI CONTROLLO Azionamenti in c.c. Corrente di indotto, I A Corrente di magnetizzazione, I M Azionamenti in c.a. (PWM) Controllo diretto della coppia Tensione di uscita, U Frequenza di uscita, f Coppia motore, T Flusso di magnetizzazione, Tabella 1: Confronto delle variabili di controllo 13

14 Evoluzione del Controllo Diretto della Coppia Come si può vedere dalla Tabella 1, sia gli azionamenti in c.c. che gli azionamenti DTC utilizzano i parametri effettivi del motore per controllare coppia e velocità. Di conseguenza, le prestazioni dinamiche sono rapide e ottimali. Con la tecnologia DTC, inoltre, nella maggior parte delle applicazioni non occorrono una tachimetrica o un encoder per la retroazione del segnale di velocità o di posizione. Dal confronto della tecnologia DTC (Figura 4) con gli altri due schemi di controllo degli azionamenti in c.a. (Figure 2 e 3) si evidenziano numerose differenze, la principale delle quali riguarda il fatto che la tecnologia DTC non richiede un modulatore. Nel caso degli azionamenti in c.a. basati sulla tecnologia PWM, le variabili di controllo sono la frequenza e la tensione, che devono passare attraverso diversi stadi prima di essere applicate al motore. Nel caso degli azionamenti PWM, il controllo viene dunque gestito all'interno del controllore elettronico, e non all'interno del motore. 14

15 Capitolo 3 - Domande e Risposte Generalità Cos'è il controllo diretto della coppia? Il controllo diretto della coppia (Direct Torque Contro, DTC) è la più recente tecnologia applicata agli azionamenti in c.a. sviluppata da ABB, destinata nel prossimo futuro a prendere il posto dei tradizionali azionamenti PWM ad anello aperto e chiuso. Perché è denominato "controllo diretto della coppia"? Il termine "controllo diretto della coppia" si riferisce al fatto che il controllo della coppia e della velocità si basano direttamente sullo stato elettromagnetico del motore, analogamente ai motori in c.c., ma diversamente dalle modalità d'uso della frequenza d'ingresso e della tensione da parte dei tradizionali azionamenti PWM. DTC è la prima tecnologia che realmente controlla le due variabili del motore "coppia" e "flusso". Qual è il vantaggio di tutto ciò? Poiché la coppia e il flusso sono i parametri del motore che vengono controllati direttamente, non è necessario utilizzare un modulatore, come nella tecnologia PWM, per controllare la frequenza e la tensione. Questo, di fatto, contribuisce a eliminare molti problemi, e accelera la risposta dinamica dell'azionamento al variare della coppia. La tecnologia DTC inoltre garantisce un accurato controllo della coppia senza un dispositivo di retroazione. Perché occorre una nuova tecnologia per gli azionamenti in c.a.? DTC non è semplicemente un'altra tecnologia per gli azionamenti in c.a. L'industria presenta esigenze sempre più complesse e l'attuale tecnologia degli azionamenti in c.a. non è in grado di soddisfarle tutte. Chi ha inventato la tecnologia DTC: Una migliore qualità del prodotto che può essere ottenuta anche con un migliore controllo della velocità e un più rapido controllo della coppia. Tempi di fermo ridotti, ovvero azionamenti che non presentino blocchi intempestivi, che non siano resi più complessi da dispositivi di retroazione, e che risultino il più possibile immuni da interferenze quali armoniche e radiofrequenze. Riduzione del numero di prodotti. Un unico azionamento che sia in grado di soddisfare tutte le esigenze applicative, indipendentemente dal fatto che si tratti di azionamenit in c.a., in c.c. o di servoazionamenti. Ecco cosa si intende con il termine "azionamento universale". Un ambiente di lavoro confortevole, con un azionamento che generi il minor livello possibile di rumore percettibile. 15

16 Domande e Risposte Queste sono solo alcune delle esigenze espresse dall'industria. La tecnologia DTC può offrire soluzioni a tutte queste esigenze, oltre che apportare ulteriori vantaggi a molte applicazioni standard. Chi ha inventato la tecnologia DTC? Prestazioni 16 ABB ha condotto attività di ricerca nel campo della tecnologia DTC fin dal 1988 succesivamente alla pubblicazione della teoria avvenuta nel 1971 e nel 1985 ad opera dell'ingegnere tedesco Blaschke e del collega Depenbrock. La tecnologia DTC si basa sulla teoria del controllo orientato del campo delle macchine a induzione e sulla teoria dell'autocontrollo diretto. ABB ha dedicato più di 100 anni-uomo allo sviluppo di questa tecnologia e alla sua industrializzazione. Quali sono i principali vantaggi della tecnologia DTC rispetto alla tradizionale tecnologia degli azionamenti in c.a.? La tecnologia DTC offre numerosi vantaggi. L'aspetto più significativo riguarda il fatto che gli azionamenti basati sulla tecnologia DTC presentano le seguenti eccezionali prestazioni dinamiche, per lo più senza necessità di un encoder o tachimetrica per tenere sotto controllo la posizione o la velocità dell'albero: Risposta in coppia: - Con quale rapidità l'uscita dell'azionamento può raggiungere il valore specificato nel momento in cui viene applicata una variazione del riferimento di coppia nominale del 100%? Nel caso della tecnologia DTC, una tipica risposta in coppia va da 1 a 2 ms al di sotto di 40 Hz, rispetto ai ms degli azionamenti in c.c. e vettoriali con encoder. Negli azionamenti PWM ad anello aperto (vedere pagina 9), il tempo di risposta è di norma ben superiore a 100 ms. In effetti, con la sua risposta in coppia, la tecnologia DTC si è spinta fino al limite naturale. A fronte della tensione e della corrente disponibili, il tempo di risposta non potrebbe essere inferiore. Anche negli azionamenti senza sensori di tipo più avanzato, la risposta in coppia è pari a centinaia di millisecondi. Accurato controllo della coppia alle basse frequenze, unitamente alla coppia di carico massimo alla velocità zero, senza la necessità di un dispositivo di retroazione come un encoder o una tachimetrica. Con la tecnologia DTC, la velocità può essere controllata fino a frequenze inferiori a 0,5 Hz assicurando comunque il 100% della coppia fino alla velocità zero. Ripetibilità della coppia: - Con quale precisione l'azionamento ripete la coppia di uscita a fronte di uno stesso segnale di riferimento in coppia? La tecnologia DTC senza encoder può assicurare una ripetibilità dell'1-2% della coppia nominale sull'intero campo di velocità. Questo valore è pari a circa la metà degli altri azionamenti in c.a. ad anello aperto e uguale alla ripetibilità di un azionamento in c.a o in c.c. ad anello chiuso.

17 Domande e Risposte Precisione statica in velocità: - Errore tra il riferimento di velocità e il valore effettivo in presenza di un carico costante. Nel caso della tecnologia DTC, la precisione in velocità è pari al 10% dello scorrimento del motore. Con riferimento a un motore da 11 kw, questo equivale a una precisione statica in velocità pari a 0,3%. In un motore da 110 kw, la precisione in velocità è pari a 0,1% senza encoder (anello aperto). Questa precisione soddisfa i requisiti di precisione del 95% delle applicazioni industriali basate sull'impiego di azionamenti. Per ottenere lo stesso grado di precisione con un azionamento in c.c. si rende invece necessario l'impiego di un encoder. Per contro, negli azionamenti PWM con controllo della frequenza, la precisione statica in velocità è compresa tra 1 e 3%. L'uso di azionamenti standard basati sulla tecnologia DTC consente dunque di ottenere significativi miglioramenti nel processo del cliente. Un azionamento DTC che utilizza un encoder da 1024 impulsi/ giro può raggiungere una precisione in velocità dello 0,01%. Precisione dinamica in velocità: - Integrale della variazione di velocità quando viene applicata la coppia (100%) nominale. La precisione dinamica in velocità della tecnologia DTC ad anello aperto è compresa tra 0,3 e 0,4% secondi. Questo valore dipende dalla regolazione del guadagno del regolatore, che può essere tarato in funzione dei requisiti del processo. Nel caso degli altri azionamenti in c.a. ad anello aperto, la precisione dinamica è otto volte inferiore, attestandosi in pratica attorno a 3% secondi. Equipaggiando l'azionamento DTC con un encoder, la precisione dinamica in velocità risulta pari a 0,1% secondi, ovvero un valore prossimo alle prestazioni di un servoazionamento. Quali sono i vantaggi pratici di queste prestazioni? Elevata risposta in coppia: - Questo riduce in modo considerevole le cadute di velocità durante i transitori del carico, migliorando il controllo del processo e la qualità del prodotto. Controllo della coppia alle basse frequenze: - Questo aspetto è particolarmente importante per le gru e gli ascensori, dove il carico dev'essere avviato e fermato regolarmente senza strappi. Anche per gli avvolgitori, la tensione può essere controllata da zero alla velocità massima. Rispetto agli azionamenti vettoriali PWM, la tecnologia DTC consente di ridurre i costi poiché non necessità di tachimetrica. Linearità della coppia: - Questo aspetto è importante nelle applicazioni di precisione quali gli avvolgitori utilizzati nel settore delle cartiere, dove la precisione e la regolarità delle funzioni di avvolgimento riveste un'importanza fondamentale. 17

18 Domande e Risposte Precisione dinamica in velocità: - In caso di improvvise variazioni del carico, il motore è in grado di tornare a uno stato di stabilità in tempi eccezionalmente rapidi. CARATTERISTICA RISULTATO BENEFICIO Buona precisione in velocità senza tachimetrica Eccezionale controllo della coppia senza tachimetrica. Coppia massima alla velocità zero con o senza tachimetrica/ encoder. Controllo fino alla velocità zero e controllo di posizione con encoder. Consente di controllare la velocità con una precisione superiore allo 0,5%. Nel 95% delle applicazioni non occorre una tachimetrica. Azionamento per applicazioni complesse. Assicura la coppia necessaria in ogni momento. Ripetibilità della coppia pari all'1%. Tempo di risposta in coppia inferiore a 5 ms. Non occorre un freno meccanico. Transizione dolce tra azionamento e freno. Consente di utilizzare l'azionamento nelle applicazioni tradizionalmente riservate agli azionamenti in c.c. Prestazioni di livello analogo a quelle dei servoazionamenti. Risparmio sui costi di investimento. Maggiore affidabilità. Migliore controllo del processo. Migliore qualità del prodotto. Verso un azionamento davvero "universale". Prestazioni simili a quelle della tecnologia in c.c. ma senza tachimetrica. Ridotti guasti meccanici ai macchinari. Riduzione dei tempi di fermo e degli investimenti. Riduzione dei costi d'investimento. Migliore controllo sul carico. Possibilità di utilizzare un azionamento in c.a. e un motore al posto della tecnologia in c.c. Utilizzare un motore in c.a. standard significa ridurre i requisiti di manutenzione e i costi. Azionamento economico ad elevate prestazioni; assicura il controllo di posizione e una migliore precisione statica. Controllo di precisione con motori in c.a. standard. Tabella 2: Caratteristiche e vantaggi in termini di prestazioni dinamiche offerte dalla tecnologia DTC Oltre alle eccellenti prestazioni dinamiche, quali sono gli altri vantaggi della tecnologia degli azionamenti DTC? Vi sono numerosi altri vantaggi. Ad esempio, gli azionamenti DTC non necessitano di tachimetrica o encoder per tenere sotto controllo la velocità o la posizione dell'albero del motore per ottenere una rapidissima risposta in coppia anche da un azionamento in c.a. Questo consente di risparmiare sui costi iniziali. 18

19 Domande e Risposte CARATTERISTICA Rapido controllo della tensione sul collegamento in c.c. RISULTATO Autoalimentazione in mancanza di rete. BENEFICIO L'azionamento non va in blocco. Riduzione dei tempi di fermo. Meno interruzioni nel processo = risparmio. Avvio automatico (Riavviamento diretto). Avviamento automatico (Riavviamento al volo). Flusso di frenatura. Avvio in presenza dell'induttanza residua del motore. Nessun ritardo all'avviamento. Sincronizzato con la rotazione del motore. Frenatura controllata tra due velocità. Avvio con motore in marcia senza attendere la riduzione del flusso. Trasferisce il moto dalla linea all'azionamento. Nessun riavviamento né interruzioni del processo. Nessuna interruzione del processo. Rallentamento dolce delle macchine. Ripristina il controllo in ogni situazione. Costi di investimento ridotti. Migliore controllo del processo. Nessun ritardo come nella frenatura in c.c. Decelerazione a velocità diverse da zero. Ridotta necessità di chopper e resistenza di frenatura. Ottimizzazione del flusso. Ridotte perdite e rumorosità del motore. Motore controllato al meglio. Routine di identificazione/ Autotuning. Senza schema di commutazione predeterminato dei dispositivi di potenza. Sintonizza il motore con l'azionamento per ottimizzare le prestazioni. Bassa rumorosità. Nessuna portante fissa, quindi rumorosità ridotta grazie allo spettro di rumore bianco. Facile e accurata messa a punto. Non occorre regolare parametri. Tempo di avviamento ridotto. Coppia di spunto garantita. Facile retrofit per qualsiasi sistema in c.a. Costi ridotti delle barriere isolanti per le applicazioni in cui il rumore è importante. Sollecitazioni ridotte per ingranaggi, pompe e ventilatori. Nessun limite in termini di velocità di accelerazione e decelerazione. Rapide accelerazioni e decelerazioni senza limitazioni meccaniche. Migliore controllo del processo e migliore qualità del prodotto. Tabella 3: Caratteristiche e benefici della tecnologia DTC 19

20 Domande e Risposte Inoltre, un azionamento DTC è caratterizzato da un rapido avvio, a prescindere dallo stato elettromagnetico e meccanico del motore. Il motore può essere avviato immediatamente, senza ritardo. Sembra che gli azionamenti DTC siano i più vantaggiosi per le applicazioni più complesse o che richiedono alte prestazioni. Ma quali sono i vantaggi che la tecnologia DTC apporta agli azionamenti standard? Le applicazioni standard riguardano il 70% di tutti gli azionamenti a velocità variabile installati nell'industria. Due delle applicazioni più diffuse sono quelle di ventilatori e pompe in settori quali il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento aria (HVAC), il trattamento acque e il settore alimentare. In queste applicazioni, la tecnologia DTC offre una valida soluzione a problemi quali le armoniche e la rumorosità. Ad esempio, la tecnologia DTC può assicurare il controllo dello stato di generazione della linea di ingresso dell'azionamento, dove un ponte di tipo controllato può sostituire il ponte a diodi di tipo convenzionale. Questo significa che con il ponte di ingresso controllato basato sulla tecnologia DTC si possono ridurre significativamente le armoniche. Il basso livello di distorsione di corrente che caratterizza il ponte controllato della tecnologia DTC è inferiore a quello delle configurazioni a 6 o 12 impulsi di tipo convenzionale, a fronte di un fattore di potenza che può arrivare fino a Nelle applicazioni standard, gli azionamenti DTC sono in grado di tollerare senza problemi il notevole e improvviso aumento della coppia (carico) causato da rapidi cambiamenti nel processo, senza scattare per sovratensione o sovracorrente. Inoltre, in caso di mancanza di tensione di breve durata, l'azionamento deve restare attivo. La tensione sul collegamento in c.c. non deve diminuire al di sotto del livello minimo di controllo dell'80%. A questo scopo, la tecnologia DTC prevede un ciclo di controllo di 25 microsecondi. Qual è l'impatto della tecnologia DTC sul controllo delle pompe? La tecnologia DTC presenta vantaggi nell'impiego con qualsiasi tipo di pompa. Poiché consente di realizzare un azionamento di tipo universale, con un'unica configurazione di azionamento si possono controllare tutte le pompe, indipendentemente dalla rispettiva tipologia (centrifuga o a coppia costante come le pompe a vite), così come areatori e convogliatori. La tecnologia DTC consente l'autoregolazione dell'azionamento al variare delle necessità dell'applicazione. 20

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