Azionamenti in Corrente Continua

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1 Convertitori La tensione variabile necessaria per regolare la velocità in un motore a c.c. può essere ottenuta utilizzando, a seconda dei casi, due tipi di convertitori: raddrizzatori controllati (convertitori c.a. / c.c.) se si dispone di una sorgente monofase o trifase alternata. chopper (convertitori c.c. / c.c.) se si dispone di una sorgente continua.

2 V a = R ai a + ppk eφ eω r C = ppk e Φ I e a

3 Raddrizzatore n-fase a singola semionda - Gruppo di commutazione

4 Tiristori Azionamenti in Corrente Continua

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10 Chopper ad un quadrante i s S i a L a R a V s i D D v a v La V ao E a

11 Modulazione PWM Utilizzando un chopper, la tensione fornita al motore è di tipo impulsivo, con valor medio non nullo. Inoltre il valor medio della tensione è controllabile essendo proporzionale al duty cycle δ=t on /T s.

12 Chopper a due quadranti tipo A (inversione della coppia) i s S 1 D 2 V s i a La Ra v La S 2 D 1 v a V ao E a Il chopper tipo A consente l inversione della corrente i a (e quindi della coppia C e ), ma non della tensione v a (e quindi della velocità).

13 Gli interuttori commutano alternativamente. Azionamenti in Corrente Continua

14 Il passaggio dal funzionamento da motore al funzionamento da generatore e viceversa avviene agendo sul duty cycle.

15 Chopper a due quadranti tipo B (inversione della velocità) i s V s S 1 D 2 E a L R i a a a D 1 v La V ao S 2 v a Il chopper tipo A consente l inversione della tensione v a (e quindi della velocità), ma non della corrente i a (ovvero della coppia C e ). La strategia di pilotaggio consiste nel commutare contemporaneamente S 1 ed S 2. δ > 0.5 funzionamento da motore δ < 0.5 funzionamento da generatore

16 Chopper a due quadranti tipo B i s V s S 1 i a La Ra E a D 2 D 1 Vao S 2 v a i s S 1 D 2 V s i a La Ra E a v a V ao D 1 S 2

17 In funzionamento da motore il duty cycle è tale che il valore medio della tensione di alimentazione sia positivo. v a V s t t ff t on t off V ao T t -V s i a I ao I so t i s

18 In funzionamento da generatore il duty cycle è tale che il valore medio della tensione di alimentazione sia negativo. v a t on t V s t off -V s T V ao t i a I ao I so t i s

19 Al variare del duty cycle varia la tensione d alimentazione del motore e si ottiene un fascio rette parallele sul piano C e -ω : C e = k m I ao = k m V s ( 2δ 1) E V ( 2δ 1) R a a = k m s R a k m, Ω r C e δ = δ < 0.5 δ > 0.5 C es δ > > C e = cost. Ω ro Ω r

20 Chopper a quattro quadranti Azionamenti in Corrente Continua Mentre i chopper a due quadranti consentono di invertire o la corrente o la tensione, il chopper a quattro quadranti consente l inversione sia della tensione v a (e quindi della velocità), sia della corrente i a (e quindi della coppia C e ).

21 Modulazione bipolare Azionamenti in Corrente Continua

22 Controllo sulla corrente di armatura La corrente di armatura può essere regolata mediante un opportuno sistema di controllo che adegua automaticamente la tensione d armatura, in maniera da ottenere la corrente desiderata. Un sistema simile può essere usato anche per regolare la corrente di eccitazione.

23 La coppia motrice, mantenendo costanti ti I a ed di e rimane costante t indipendentemente d t dal valore assunto dalla velocità. Le caratteristiche nel piano Ω r C e assumono la forma di rette parallele all asse della velocità. Ogni caratteristica termina nel punto in cui la tensione raggiunge il valore nominale. Il luogo dei punti limite coincide con la caratteristica meccanica della macchina a tensione nominale.

24 Il controllo sulla corrente d armatura permette di regolare la coppia della macchina. Per ottenere il controllo della velocità è necessario realizzare un sistema di regolazione ad anello chiuso.

25 Regolazione della velocità ad anello chiuso con controllo di corrente

26 Regolazione della velocità ad anello chiuso con controllo di corrente

27 Controllo ad anello chiuso di posizione, velocità e corrente

28 Azionamenti DC Brushless Motore DC Brushless Motore CC Un motore DC Brushless (sincrono a magneti permanenti con fem trapezoidale) può essere visto come un motore in corrente continua in cui sia stato scambiato il rotore con lo statore.

29 Azionamenti DC Brushless I a I a Motore in corrente continua Motore DC Brushless

30 Azionamenti DC Brushless Commutatore elettronico La commutazione non avviene per mezzo del commutatore a lamelle ma per mezzo di interruttori elettronici. Le fasi vengono alimentate periodicamente a coppie.

31 Azionamenti DC Brushless Flusso concatenato con una spira e tensione indotta

32 Azionamenti DC Brushless Tensione indotta negli avvolgimenti di fase La tensione indotta in un avvolgimento di fase è costante quando tutte le spire sono affacciate sullo stesso polo, è invece variabile linearmente quando alcune spire sono affacciate sul polo nord e altre sul polo sud.

33 Azionamenti DC Brushless Coppia elettromagnetica Il valore istantaneo della coppia di un motore brushless a magneti superficiali può essere espresso come:

34 Azionamenti DC Brushless Coppia elettromagnetica C m 1 = ω 1 ω 1 ω e j i j = [ ea ia + eb ( ia ) ] = ( ea eb ) 1 [ i ] = 2 EI = 2 ( 2N B lr ) I k I princ a s f = m j= 1 m m ωm T Per generare una coppia costante è necessario alimentare le fasi statoriche in corrispondenza del tratto costante della forza elettromotrice indotta trapezoidale In ciascun intervallo di tempo pari a π/3 una corrente deve essere nulla e due correnti uguali ed opposte. Quindi ad ogni istante vengono alimentate due fasi. Ciò viene ottenuto chiudendo in sequenza coppie di interruttori, uno superiore ed uno inferiore, appartenenti a fasi diverse. Per sincronizzare l alimentazione delle fasi con il tratto costante delle FEM è necessario usare un sensore di posizione. In pratica si utilizza un sensore composto da tre sonde ad effetto Hall che vengono investite dal flusso dei magneti permanenti.

35 Controllo di corrente ad isteresi Azionamenti DC Brushless