Istituto Professionale di Stato per l'industria e l'artigianato MORETTO Via Luigi Apollonio, 21 BRESCIA MOTORE IN CORRENTE CONTINUA

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1 Istituto Profssionl di Stto pr l'industri l'artiginto MORETTO Vi Luigi Apollonio, BRESCIA MOTORE IN CORRENTE CONTINUA FRANZONI MICHELE PALAMIDESE ANGELO CAVALLARI PAOLO VEZZOLI MASSIMILIANO Clss 5EI TIEE Brsci giugno 993

2 INTRODUZIONE Nll produzion industril, il prodigioso sviluppo dll tcnic h richisto richidrà smpr più in futuro motori vlocità rgolbil, cioè vnti l possibilità di vrir con continuità il numro di giri, nll condizioni di rgim di mntnrlo costnt l vrir dl crico. Qusto è fcilmnt comprnsibil s si pns ll complssità ormi rggiunt dll mcchin oprtrici; ch richidono quindi un vvimnto lnto. Oltr qusto ftto si dv pnsr nch ll riduzion di tmpi di produzion, ottnibil solmnt sfruttndo l mcchin i suoi limiti di funzionmnto. Tutto qusto non può ssr svolto con i cmbi mccnici, pr ovvi motivi; cco prchè si sono studit l possibilità di rgolr l vlocità dl motor, mntnndo inltrt l su crttristich. Il motor sul qul con più fcilità si può gir in modo d soddisfr l nostr signz è il " Motor Corrnt Continu ". Prim di pssr llo studio spcifico di vri sistmi di controllo, è mglio chirir brvmnt l vri crttristich dl motor C.C. ssndo dopotutto sso l' orgno ch si dv controllr. MOTORI IN C.C Innnzitutto i motori c.c. sono orgni lttrici cpci di trsformr nrgi lttric con cui vngono limntti, in nrgi mccnic; cioè qull ch si ritrov sull' lbro motor stsso sotto form di coppi. Esso è costituito d tr lmnti ssnzili: ) Il circuito mgntico con gli vvolgimnti di ccitzion: INDUTTORE ch costituisc lo sttor (l prt fiss) dll mcchin. ) " L' Indotto " rotnt, sul qul è clttto l' lbro motor; ch port gli vvolgimnti d' rmtur ch qundo sono prcorsi d corrnt crno un coppi motric (o mglio un rzion) con il cmpo mgntico crto dll' induttor. 3) Il collttor l spzzol ch srvono pr connttr l' indotto ll lin di limntzion. Poichè tl motor prsnt l stss idntich crttristich di un dinmo, sso può nch rogr corrnt, quindi è un mcchin rvrsibil. Esso ' crttrizzto ovvimnt d lcuni grndzz crttristich: Φ flusso di ccitzion K costnt dl circuito n numro di giri: Dll lgg di Lnz rifrit d un conduttor immrso in un cmpo mgntico ch si muov vlocità v: B l v Dll formul fondmntl: V I R X E M R Icc Vcc E tnsion d'indotto E K Φ n n E K Φ V R K Φ si vd chirmnt ch l vlocità di un motor c.c. dipnd si dll tnsion pplict

3 (tnsion d' rmtur) si dl flusso di ccitzion. Coppi rs ll' lbro: L formul dll coppi rs l suo lbro si ricv dll lgg fisic di Lornz: F d cui : B l I C K Φ I c dll qul C. è funzion si dl flusso induttor, ch dll corrnt di rmtur I. Coppi di spunto: L lgg ch l rgol è idntic ll prcdnt. Ess prò potrà ssr,5- volt suprior ll coppi nominl, fornit dl costruttor, cioè dll cpcità di sovrccrico momntno dl motor prso in considrzion. Pr limitr l corrnt llo spunto si può utilizzr un rostto, insrito in sri l circuito d'rmtur, dnominto rostto d'vvimnto. Qusto rostto vin insrito motor frmo vin poi compltmnt disinsrito qundo il motor è rgim. Corrnt d' rmtur : l su sprssion è smpr dt d: E V R I d cui: I ( V E) R m poichè E è un forz controlttromotric il suo vlor è dto dll sprssion : E K Φ n si potrà dir ch l I vri ntro un crto cmpo di vlori, poichè ss vri con l vlocità dl motor (n di giri); V prcismnt 0 < I < R L I di un motor idl divnt zro qundo l E (f.c..m) gugli l V ; qusto,in rlt, non si può vrificr pr l prsnz dgli ttriti mccnici. I V R 3

4 non è ltro ch un corrnt di c.c., cioè un vlor di corrnt suprior qullo dll I nominl molto più grnd dl limit sopportbil. D ciò si dduc ch ll' tto dll' vvimnto si dvono ttur prticolri ccorgimnti pr limitr tl corrnt (trmit un opportuno controllo di corrnt). RENDIMENTO Tl prmtro indic il rpporto tr l potnz mccnic sviluppt dll' indotto; l potnz lttric ssorbit dll lin di limntzion: η E I E I + R I E I V I d cui: η E V Tl formul dipnd dl tipo di mcchin; ss vrà prticolri sprssioni ch dipndono dll prdit lttrich intrinsch dll mcchin stss d inoltr non potr mi ssr pri. 0 η < Qusto rndimnto è solo qullo lttrico poichè non considr l prdit di tipo mccnico. Potnz rs ll' lbro: Nturlmnt non tutt l potnz ( P E I ) l ritrovimo disponibil ll' lbro; inftti un prt di ss srv pr vincr l coppi rsistnt dovut gli ttriti mccnici (ch sono proporzionli l n. di giri); ll prdit pr vntilzion (proporzionl l cubo dll vlocità), ll prdit pr istrsi nl frro ll corrnti prssit nll' indotto nll pnsioni polri. REGOLAZIONI EFFETTUABILI IN UN MOTORE C.C. L principli rgolzioni di un motor c.c. si possono cosi sinttizzr: ) Rgolzion dl n. di giri (vlocità). ) Rgolzion dll coppi rs ll' lbro. 3) Limitzioni dll corrnt llo spunto. 4) Invrsion dl snso di mrci. 5) Frntur. Di qust cinqu prticolri rgolzioni qull di cui ci simo prfissi lo studio, quindi l rlizzzion prtic dl controllo, risult ssr l rgolzion di vlocità, cui ndrbb intrconnss prlllmnt qull di corrnt pr i motivi visti in prcdnz dovuti ll forti corrnti di vvimnto. L rgolzion di vlocità è fors fr tutt qull più importnt in qunto prmtt di vr un riduzion di costi pr il ftto ch vngono liminti i cmbi mccnici. Prmtt inoltr un grnd dttbilità dl motor ll vri signz dovut ll produzion. L rgolzion di vlocità o dl n. di giri può ssr ftt : " Coppi costnt " (rgolndo l tnsion d' rmtur V) oppur " potnz costnt " (rgolndo l corrnt di ccitzion). Nll fig. si vd l' ndmnto dll coppi dll potnz in funzion di n. di giri. 4

5 Prciò mntnndo nl trtto 0-N (coppi costnt) l Icc.Icc. nom vrindo l V di rmtur si vd ch l coppi rimn costnt fino l n. di giri dl motor fissti dl costruttor pr qust rgolzion (C. cost.), mntr l potnz crsc linrmnt fino l vlor dll potnz nominl ch vin rggiunto potnz costnt mntr l coppi dcrsc con lgg iprbolic( (dflussggio). Tl rgolzion può vvnir fino l vlor dl n. di giri pri N stbilito com smpr dl costruttor. Esist prò un zon dfinit proibit (cioè il trtto N0). Dlimitt dl sgunt rpporto ch vl circ proprio in corrispondnz di tl n. di giri N. Suprto tl n. di giri ponndo un Icc. minor di qull nominl: Icc < Icc Icc < Iccn om. s mntnimo costnt l V, il n. di giri umnt d ntrimo nl trtto dll rgolzion potnz costnt mntr l coppi dcrsc con lgg iprbolic. Tl rgolzion può vvnir fino l vlor dl numro di giri pri N, stbilito dl costruttor. Esist prò un zon dfinit proibit (cioè il trtto 0 N 0), dfinit dl sgunt rpporto: N 0 30 N 0 N N 3 4 Qusto lo si può cpir dl ftto ch vlocità null (pr qunto rigurd il controllo coppi cost.) il motor è chimto fornir coppi mx. Cioè vlocità null il rotor è prcorso d corrnt, l limit potrbb ssr prcorso d corrnt d' rmtur nominl mssim con l consgunz di un notvol sovrccrico di corrnt; quindi problmi di dissipzion notvoli dovuti dll' signz di vntilzion pr fcilitr l dissipzion di clor ch si vrbb. Ecco prché N0 nll mggior prt di csi non corrispond llo zro. Nl controllo dl motor c.c. un' ltr crttristic è l vrizion dl n. di giri (rror) pssndo d vuoto pino crico, ch vin sprss in form prcntul: di solito v d 0,-3 %. Tl rror è minor s si sgu il controllo trmit dinmo tchimtric; mntr i vlori più lvti di rror si ottngono qundo si prnd com rifrimnto l V. S si prnd com solo rifrimnto l V pr vrir l 5

6 vlocità, si commtt un rror poichè non si tin conto dll cdut di tnsio n dovut ll rsistnz d' rmtur, ch pur ssndo piccol influnz il n. di giri. Prciò qusto ftto dipnd solo dll prcision dl controllo ch si vuol sguir. Pr qunto rigurd l limitzion dll corrnt llo spunto, ss dv ssr controllt in modo d prmttr l sostituzion dl rostto d' vvimnto tnndo prsnt ch il costruttor prmtt un sovrccrico di corrnt I comprso tr il % pr un tmpo mssimo di circ 0 sc.. Nll rlizzzion dl nostro controllo d in gnr nl cmpo di controlli i motori su di cui si prfrisc gir sono i motori c.c. con ccitzion indipndnt. Apprtngono qust ctgori tutti qui motori in cui il circuito d' ccitzion risult compltmnt indipndnt dl circuito d' rmtur l' limntzion d' rmtur qull d' ccitzion possono nch'ss ssr indipndnti: V I E M Icc Vcc Un smpio di motor d ccitzion indipndnt prsnt l sgunti crttristich : V 00 cc V I 06, A V 70V I 33, A cc giri min. 500 HP 065, HP 065,. D notr ch nl motor in c.c. il snso di rotzion dipnd si dl vrso dll corrnt di rmtur, si d qull dll corrnt di ccitzion; prtnto pr invrtir il snso di rotzion bst scmbir il snso dll Icc. o dll I. Qust sono l più importnti crttristich, nch s non l sol ch idntificno il motor c.c. con ccitzion indipndnt. Il circuito smplificto risult ssr il sgunt: R X R V I E M X Icc Vcc in sso sono mssi in vidnz si l du rsistnz, R (rmtur) R (ccitzion); si l du rttnz X, X. Gli vvolgimnti inftti oltr prsntr un rsistnz, prsntno pur un crt rttnz induttiv. In conclusion l formul ch rissumono il funzionmnto dl motor c.c. si possono cosi dfinir: ' E K I n cc coppi P E I C n I V E + R I Il nostro studio sull rgolzion dll vlocità prt dll formul: 6

7 V R I n I cc s R I 0 V n ù I cc. gurdimo prciò quli lmnti possono influir sull vlocità, o mglio s è prfribil nl nostro tipo di controllo un rgolzion coppi cost., o potnz cost.; l' quzion fondmntl dl motor c.c. com si è già visto è: E K n Φ Nll' quzion si vd ch l f.c..m. dl motor è proporzionl ll su vlocità "n", d un cost. "K" l flusso d' ccitzion. Qundo il motor funzion rgim l c.d.t. sull rsistnz d' rmtur R è circ ugul zro; inftti tutt l tnsion d' rmtur V si trov i cpi dl motor. Prciò si può ritnr: V E K n Φ d cui ricvndo il numro di giri dl motor: V n K Φ L vlocità, l tnsion d' rmtur sono in rpporto proporzionl fr loro flusso cost., mntr V costnt, è invrsmnt proporzionl l flusso d' ccitzion. K( cos t. ) n K V K Φ Prciò si trtt di dcidr su quli di qusti du prmtri, V il flusso d' ccitzion, si dbb gir. Considrimo l vlocità in funzion dll V,ch è il prmtro noi più util: V n cos t. K Φ non è ltro ch l' quzion di un rtt N, mno di un costnt è proporzionl V: n n' n V Ciò vuol dir ch s noi dimo uno stsso incrmnto di tnsion d' rmtur dlt V pr bssi pr lti vlori di V, l vrizioni dll vlocità dl motor consgunti, srnno sttmnt uguli. Prndimo in sm invc l formul dll vlocità "n" in funzion dl flusso d' ccitzion. K ( ) cos t. n V t Φ cos. Si ossrvi ch un' incrmnto dlt dl flusso di ccitzion ffttuto ttorno d un vlor dl flusso piccolo provoc un notvol vrizion dl n. di giri; mntr un gul incrmnto dl flusso ffttuto ttorno d un vlor dl flusso lvto provoc un ridott vrizion dl n. di giri. 7

8 n n n' L vrizion dll vlocità dl motor dl flusso di figur non è quindi un vrizion linr, prciò qust ltrntiv non vin prs in considrzion. Quindi si girà sull V pr vrir il n. di giri "n" dl motor. Rlizzimo prciò (dopo vr ddotto l vri ossrvzioni) " il controllo coppi costnt ". DINAMO TACHIMETRICA Sull'lbro dl motor vin clttt un dinmo tchimtric con l funzion di trsdurr l vlocità in un grndzz lttric, prcismnt in un tnsion continu. L' sprssion dll tnsion di uscit dll D.T. è : K 0 d n K K Φ d dov Kd indic l costnt tchimtric, ch nl nostro cso vl 0,06 V / g.. E` vidnt ch pr vr un linrità buon Kd dv rstr il più costnt possibil ntro un vst gmm di vlocità. In rltà Kd può vrir pr i sgunti motivi: A) Pr l corrnt fornit dll D.T.. Nll crttristich dl costruttor sono comunqu smpr indict l vrizioni dll "o" (forz lttro motric) in funzion dll corrnt. Un fftto smgntizznt inoltr è prodotto nll D.T. d vntuli corto circuiti sull'uscit; qusti corto circuiti di crttr ccidntl dvono ssr vitti con un crt ttnzion. B) Pr l vlocità mssim. Il costruttor, dndo l clss dll D.T., n limit nch il vlor dll vlocità mssim. Convin distingur il limit mssimo mccnico dll vlocità dl limit lttrico. Il limit mssimo mccnico stbilisc l mssim vlocità cui l D.T. può rrivr snz prgiudicr l su crttristich mccnich (d smpio cuscintti, srrggio mccnico dgli vvolgimnti, dsion dll spzzol, tc.). Il limit lttrico invc fiss l mssim f..m. ch si può ottnr dll D.T. snz ch n sino compromss l crttristich di isolmnto dgli vvolgimnti dl collttor. C) Con l tmprtur. Essndo pr l mggior prt l D.T. costruit con mgnti prmnnti, i cmpi mgntici d qusti prodotti sono snsibili ll tmprtur. Un compnszion pr l normli vrizioni di tmprtur è prtict su tutt l D.T.. E` possibil ottnr, sguit su richist, un ultrior compnszion pr qui csi in cui l D.T. è chimt lvorr in condizioni di tmprtur prticolri. D) Ondulzion dll tnsion d' uscit. p73 Qust ondulzion è funzion dl numro di lmll dl collttor d l fin di tnr bss qust ondulzion i costruttori usno collttori con lvto numro di lmll. L prsnz poi, nll D.T., dl collttor, port ltri inconvninti. Nll'istnt di commutzion (pssggio dll spzzol tr un lmll l' ltr) si gnrno dll corrnti di corto circuito tr l du lmll, ll'tto dl distcco, uno scintillio. Con opportuni ccorgimnti qusto scintillio è ridotto l minimo, prò il sgnl dll D.T., ossrvto ll'oscilloscopio, prsntrà sovrpposti ll "o" disturbi bbstnz vidnti. Qusti disturbi dvono ssr opportunmnt liminti prim ch l tnsion dll D.T. ntri nll'nllo di rgolzion. Dl punto di vist mccnico l D.T. dvono vr un bsso vlor dl momnto d' inrzi. Qusto dto crttristico dv ssr prso in considrzion spcilmnt in qui controlli di vlocità in cui il motor in c.c., l qul l D.T. è clttt, è piccolo con un proprio momnto d' inrzi confrontbil qull dll D.T.. Smpr d un punto di vist mccnico v prstt molt ttnzion nll costruzion dl giunto lstico ch unisc il motor ll D.T.. Diftti in qusto prticolr punto possono ssr cus di rrori od oscillzioni. Sono inoltr disponibili in commrcio di piccoli motori pr srvomccnismi con l D.T. incorport, ni quli vin cosi` liminto il problm dll'ccoppimnto mccnico. Alcuni prgi dll D.T.possono ssr: 8

9 A) non vi sono problmi di sfsmnti di form d' ond. B) Pr vlocità null nch l tnsion d' uscit è null. C) K d comprs fr 0m V giro 00mV giro Pr contro si possono vr i sgunti diftti: A) l tnsion d' uscit è ltrt d un ondulzion l cui frqunz dipnd dll vlocità di rotzion ( non può quindi ssr gvolmnt limint con un filtro). B) Inconvninti dovuti ll prsnz di spzzol ( dl collttor sgmntto), lto vlor dll coppi d' ttrito; vibrzioni ll lt vlocità; consumo rpido dll spzzol dtriormnto dl collttor; gnrzion di rumori d lt frqunz dovuti ll commutzion; momnto d' inrzi dl rotor piuttosto lvto, spci s confrontto con ltri sistmi. L figur ch sgu riport l' ndmnto dll tnsion d' uscit in funzion dll vlocità pr divrsi vlori di crico. VDT R R 0k R 3,5k R K g/m. Vngono or spost l principli crttristich di un di un D.T : K d 006, V giro I 80 mx ma nmxgiri min TRANSISTOR UNIGIUNZIONE ( UJT ) E E P B N B B B l trnsistor unigiunzion è un dispositivo smiconduttor con tr trminli vnt l Isgunt struttur: Esso è formto d un brrtt di silicio con dbol drogggio di tipo N, con du trminli ll strmità; su di un lto dll brrtt è pplicto un lttrodo di lluminio ( drogto di tipo P ), il qul, lgndosi con il silicio drogto di tipo N, form un giunzion PN. I du trminli sono dtti rispttivmnt bsi B B, mntr l' lttrodo di lluminio, ch form l giunzion, è l' mttitor. Pr dtrminr l condizioni di funzionmnto dl dispositivo, occorr polrizzrlo in modo ch il potnzil di B si mggior di qullo di B, inoltr l giunzion PN dv ssr polrizzt dirttmnt pr cui nch il potnzil dll'mttitor dv ssr mggior di qullo di B. Polrizzzion di un UJT: 9

10 E VEB VD RB RB IB VRB B VBB B Pr dscrivr il comportmnto dll' UJT, si ricorr l circuito quivlnt sopr riportto. In sso si not ch l rsistnz RB è vribil, qusto prchè il suo vlor si modific in funzion dll corrnt di mttitor. Ess vri d lcuni Kohm d lcuni ohm, in corrispondnz di vrizioni di I d 0 d lcun dcin di ma. l rsistnz complssiv ch si vd tr i morstti B B, pr I ugul 0, è dfinit rsistnz di intrbs vl: + + VEB E B B + VBB RBB RB + RB può ssumr vlori ch vnno d lcuni Kohm ll dcin di Kohm. Vrindo prò RB, dovut d un vrizion di I, si h di consgunz un vrizion di RBB quindi dll corrnt IB: I B V R BB BB VEB l cdut i cpi di RB, con I 0, è sprss mdint il rpporto di prtizion: VBB RB VBB RB VRB VRB RBB RBB si dfinisc il rpporto intrinsco il trmin: RB n RBB risult ch: V RB n V BB Vlor tipico di n è 0,6. Allorchè l tnsion pplict ll'mttitor, V, divin mggior dll somm tr l cdut i cpi dl diodo (Vd 0,6 V) l VRB, si h l circolzion dll corrnt I, ch port d un immdito bbssmnto di RB, quindi di RBB. L tnsion di ingrsso ch prmtt l circolzion di I, vin dfinit tnsion di picco: V Vp n VBB + V d L crttristic di un UJT è l sgunt: E B B VBB - 0

11 VE (v) In ss si può ossrvr ch finchè V si mntin l di sotto dl vlor di picco Vp (rgion di intrdizion) l Vp corrnt I coincid con l corrnt di polrizzzion invrs di un diodo. Qundo V Vp, cominci circolr l corrnt I dll' mttitor vrso l bs B, d ciò consgu, com già noto, un diminuzion di RB, umnto di I diminuzion di V. L zon in cui si Vv vrific ciò è dtt rsistnz diffrnzil ngtiv. L Ip Iv IE (ma) I, nll rgion rsistnz diffrnzil ngtiv, umnt fino ch l zon di brrtt di silicio comprs tr mttitor B non rggiung l sturzion. In tl condizion si h un punto dll crttristic dfinito punto di vll (V). Qundo l I supr il vlor Iv (cioè nll zon di sturzion), il comportmnto dl trnsistor è prgonbil qullo di un norml diodo. Un cmpo tipico di ppliczioni dll' UJT è l gnrzion di brvi impulsi dnti di sg. Il circuito pr l rlizzzion di qust form d'ond è il sgunt: Alimntndo qusto circuito, il condnstor C inizi cricrsi mdint l rsistnz R. Qundo l tnsion V, i cpi dl condnstor rggiung il vlor di picco Vp, si h circolzion di corrnt nll rgion E-B dll' UJT, n sgu un diminuzion di RB quindi un rpid scric dl condnstor ttrvrso l RB stss l R strn. In tl modo i cpi di R si h un tnsion impulsiv con dcrmnto sponnzil. Poichè, durnt l scric, l tnsion i cpi di C scnd vlori molto infriori Vp, il fnomno di conduzion ttrvrso l'ujt css si ritorn ll situzion inizil, cioè il condnstor ricominci cricrsi. Ordini di grndzz dll rsistnz: R 7 47Ω R 0 680Ω i vlori di R C stbiliscono l frqunz l qul è dt dll formul: f R C ln n poichè ln X 3, log X risult: f R C 3, log n ssumndo pr "n" il vlor tipico di 0,6 svolgndo i clcoli risult: f R C Il vlor di R vri tr MΩ lcunikω. Il vlor di C si clcol dll formul prcdnt scond dll frqunz dsidrt. DIODI CONTROLLATI AL SILICIO S.C.R.

12 Pssimo prciò ll spigzion dll vr propri fs dl controllo, dl suo funzionmnto. L'lmnto ssnzil di tutto il circuito è snz' ltro rpprsntto dgli SCR (Silicon-Rctifir Controlld) ch sono l' nllo di collgmnto tr motor circuito lttronico; trmit tli dispositivi industrili, si risc przilizzr l tnsion d' rmtur sul motor quindi ridurn (com si è visto in prcdnz) il numro di giri dl motor; il vntggio è ch l przilizzzion vvin in modo continuo pr tutto l` rco dl priodo, ciò si riprcuot sull vrizion dll vlocità ch risult cosi` un vrizion linr. Prciò prim di spigr i vri circuiti nlizzimo l su crttristich, l protzioni, i circuiti d' impigo circuiti di disinnsco. L' SCR è il più importnt diodo rddrizztor controllto si pr l su crttristich lttrich ch pr l su dimnsioni cczionlmnt ridott risptto ll potnz ch sso è in grdo di controllr. Esso strutturlmnt risult ssr composto d 4 strti di smiconduttor drogggio ltrno PNPN, cioè sprti d tr giunzioni scondo l sgunt disposizion: ) b) c) )Struttur di un SCR: A nodo; G gt; K ctodo; b)simbolo circuitl dll' SCR; c)schmtizzzion dll' SCR mdint un coppi di BJT complmntr con rzion positiv. Pr comprndr il funzionmnto dgli SCR è possibil sguir un schmtizzzion in cui, ssi vngono rpprsntti com du trnsitori complmntri connssi scondo lo schm di fig. "c". D tl fig. si può ossrvr ch il collttor di ciscun trnsistor è connsso ll bs dll' ltro rlizzndo in tl modo un rzion positiv. S si pplic tr il ctodo l' nodo di un SCR ovvro tr gli mttitori di du ipottici BJT un d.d.p. con polrità positiv sull' nodo quindi ngtiv sul ctodo, si possono vrificr l sgunti du situzioni: A)In ssnz di comndo l gt, si h un d.d.p. Vb 0 pr il trnsistor T, d cui si tr ch Ib 0. L corrnt di bs dl trnsistor T in tl cso coincid con l corrnt di sturzion invrs dll giunzion collttor-bs di T, m tl corrnt è insufficint fr innscr l conduzion di T,, di consgunz, di T. In ltri trmini l'scr h l giunzion intrmdi NP polrizzt invrsmnt, prsnt di consgunz un rsistnz molto lvt tr nodo ctodo; B)S si pplic l gt un tnsion positiv risptto l ctodo si h l` ingrsso di un corrnt Ib nll bs di T, il qul si pon in conduzion f circolr un corrnt : I hfe I C B ttrvrso il proprio collttor, ovvro ttrvrso l bs di T. L corrnt: I I hfe I B C B pon in conduzion il trnsistor T, fcndo circolr in sso l corrnt: I hfe I hfe hfe I C B B Tl corrnt, grzi ll rzion positiv fluisc nch nll bs di T. L rzion positiv port rpidmnt ll sturzion i du trnsistori; il fnomno si mntin nch sl corrnt di gt vin tolto. Qusto consnt di comprndr ch mdint un comndo impulsivo di gt, è possibil porr in conduzion l' SCR in modo ch prsnti un rsistnz prssochè null tr nodo ctodo. I vlori normli di cdut tr nodo ctodo di un gnrico SCR in conduzion sono dll' ordin di pochi volt (circ V). L crttristic di funzionmnto dll' SCR è l sgunt: Crttristich dirtt invrs dl'scr.

13 Nl primo qudrnt sono rpprsntt l crttristich dirtt I > I > I > GT3 GT GT 0 dov tli corrnti sono qull di innsco dl componnt. L crttristic invrs è qull di un norml diodo. L rimnnti sigl riportt in figur srnno spigt in sguito. In tl fig. si possono ossrvr i sgunti punti crttristici: )TENSIONE DI ROTTURA DIRETTA (Vbo di brk ovr): è il vlor di tnsion ch, pplicto tr nodo ctodo dll`scr, lo pon in conduzion nch in ssnz di impulso in gt. Il motivo pr cui si vrific l rottur è il sgunt: com è noto, ciò ch mntin intrdtto l` SCR è l polrizzzion invrs dll giunzion intrmdi NP. Suprt l Vbo, pr fftto vlng, l corrnt crsc port ll distruzion il dispositivo. Tl giunzion prsnt un cpcità "c" pr cui vin fornito un impulso di tnsion i suoi cpi, circol ttrvrso l giunzion, un corrnt. S tl corrnt risult sufficint d innscr il fnomno di rzion positiv, il dispositivo si pon in conduzion. Pr qusto motivo il costruttor oltr fornir l tnsion di rottur dirtt Vbo fornisc il vlor dll drivt dll tnsion i suoi cpi risptto l tmpo ints com rpporto tnsion-durt, di un vrizion di tnsion pplict tr nodo ctodo, in grdo di portr in conduzion il dispositivo con IG 0. Tl crttristic dgli SCR è gnrlmnt dnnos, in tluni csi può ssr utilizzt l fin di produrr un innsco snz gir sul gt. S nll` lttrodo di gt vin introdott un corrnt, si ossrv un bbssmnto dll tnsion di rottur Vb, proporzionl ll` intnsità dll corrnt stss (curv rltiv : IGT, IGT, IGT3, di fig.). )CORRENTE DI MANTENIMENTO: rpprsnt il vlor minimo di corrnt ncssrio prchè bbi luogo l rzion positiv ch mntin innscto l' SCR (nl pssggio d ON OFF). 3)CORRENTE DI LATCHING: rpprsnt l minim corrnt ncssri pr dtrminr l' innsco (nl pssggio d OFF ON). 4)REGIONE DI CONDUZIONE DIRETTA: è l zon dll crttristich, ch dscriv il comportmnto tnsion-corrnt nll' SCR in conduzion. 5)REGIONE INVERSA: pplicndo i cpi dll' SCR un tnsion invrs (ctodo positivo nodo ngtivo ), il comportmnto ch si riscontr è il mdsimo di un diodo polrizzto invrsmnt. Si ossrvi tuttvi ch in tl cso l giunzio ni polrizzt invrsmnt sono du. Gli SCR sono rpribili in commrcio suddivisi in bs ll sgunti spcifich: IGT CORRENTE D` INNESCO: minim corrnt richist in gt, pr pssr dllo stto di intrdizion qullo di conduzion, con un crt tnsion dirtt pplict; IH CORRENTE DI MANTENIMENTO: minim corrnt dirtt (d nodo ctodo ), pr mntnr in conduzion l' SCR dopo il pssggio dll corrnt principl IT(v); IT(v) MASSIMA CORRENTE DIRETTA con conduzion 80 grdi ( smipriodo ). IRMS MASSIMA CORRENTE EFFICACE. Vbo TENSIONE DI ROTTURA DIRETTA: tnsion positiv ( tr nodo ctodo ) mssim, ch l' SCR è in grdo di tnr i propri cpi. Suprndo tl tnsion l' SCR può ntrr in conduzion nch con IG 0. VDRM MASSIMA TENSIONE INVERSA DI PICCO ( riptitivo ) ch l' SCR è in grdo di bloccr llorchè è intrdtto. Suprndo tl tnsion l` SCR ntr in conduzion invrs ( ctodo-nodo ). VFM MASSIMA CADUTA DI TENSIONE IN CONDUZIONE DIRETTA. VGT TENSIONE D' INNESCO TRA GATE E CATODO, ncssri pr dr luogo ll corrnt d' innsco. Il cmpo ttul di vlori di tnsion corrnt di qusti Corrnti: IT(v) d 350 Ampr Tnsioni: Vbo d Volt. smiconduttori è il sgunt: 3

14 Gli SCR vngono suddivisi in fmigli, i cui componnti hnno tutti l mdsim IT(v) vlori di Vbo divrsi. I vri componnti dll mdsim fmigli sono distinti l' un dll' ltro mdint un lttr o un numro nll sigl. DISINNESCO DEGLI SCR IN CORRENTE ALTERNATA E` noto ch, nl funzionmnto in c.., i diodi controllti si disinnscno utomticmnt llorchè l tnsion ltrnt di limntzion pss pr lo zro. Tuttvi, s il crico cui i diodi sono pplicti è di ntur induttiv, si origin uno sfsmnto tr tnsion corrnt, ch h com consgunz il mntnimnto dll conduzion, ovvro produc rinnschi indsidrti. Pr il corrtto funzionmnto dll' SCR si dvono prndr in considrzion lcuni prmtri crttristici, prcismnt " l Drivt di tnsion di corrnt " cioè: dv dt di dt o mglio l vlocità di vrizion dll tnsion i suoi cpi o dll corrnt ttrvrso sso. Inftti ss h di limiti pr vitr l distruzion dl dispositivo. ( dt ) è dll' ordin di microsc.. Supponimo di pplicr un tnsion dl tipo di fig., l drivt di tnsion non è ltro ch dv / dt ch com già visto in prcdnz si dv limitr pr vitr p73 l' innsco in ssnz di impulsi di gt. Pr non fr innscr l' SCR l drivt di tnsion di corrnt dvono ssr: dv V dt 300 di A µ S dt 00 µ S Qundo si hnno grdinti supriori qusti, si dv ricorrr dll protzioni: )pr qunto rigurd dv si ricorr ponndo in prlllo ll' SCR un rsistnz un cpcità com in dt figur. Tli ordini di vlori dipndono d com è costruito l' SCR. )pr il di dt si pon in sri ll' SCR un induttnz com in figur. Ess si oppon inftti ll vrizion di corrnt i suoi cpi. L' induttnz dv sturr in un tmpo di 0 0 microsc. dopo il qul l corrnt è rgim l' fftto prodotto dll` induttnz scompr. Prciò rissumndo il circuito complto pr l protzion contro i grdinti di V di I. è il sgunt : Nonostnt qusto, l'scr non è prottto dl tutto contro l sovrcorrnti, srv quindi in sri ll' induttnz un fusibil. Esso è d' obbligo qundo si trtt dl cmpo di controlli di lvt potnz. L grndzz ch crttrizz il fusibil è l corrnt l qudrto pr il tmpo cioè l' nrgi di fusion dovrà smpr ssr vrifict l sgunt rlzion: Nonostnt tutto dv ssr bn chiro il ftto ch l' SCR ssolv l su funzion solo nl cso lo si fcci funzionr nll condizioni trmich pr cui è stto costruito. L' SCR può gstir limit un corrnt mggior bst ch si rffrddto in modo stto. D ciò si cpisc l' importnz ch rivst l dissipzion. ALIMENTATORE MONOFASE A PONTE SEMICONTROLLATO 4

15 Considrimo il pont smicontrollto ch può ssr costituito in du configurzioni divrs L diffrnz consist nll divrs posizion dgli SCR pr l prsnz nl scondo circuito dl diodo volno (DV). Il primo circuito h il vntggio di non vr bisogno dl suddtto diodo; m complic prò il circuito d' innsco poichè gli SCR ssndo sullo stsso rmo dl pont hnno i loro ctodi divrso potnzil. Il funzionmnto prò pr ntrmbi è il mdsimo. In sso i crichi induttivi, l prsnz di du diodi normli sullo stsso rmo ( nl primo cso ) dl diodo volno ( nl scondo cso ) fcilit il prcorso dll corrnt induttiv dl crico. Volndo rpprsntr su di un grfico l' ndmnto dll tnsion sul crico in funzion dll' ngolo lf si ottin un ndmnto cosinusoidl com in figur: Pr fcilitr ncor più l comprnsion di tl grfico è stt riportt in ordint il rpporto tr tnsion Vc sul crico qull Vco ch si vrbb s i diodi non fossro controllti ( smpr con sgnl d' ingrsso V ltrnto ). Si vd ch s lf è ugul zro tl rpporto è ugul uno, inftti non vi è przilizzzion; nl cso in cui lf foss ugul 90 grdi il rpporto vl 0,5, inftti l przilizzzion è sttmnt l mtà. SINCRONISMO Pr l' innsco dgli SCR non vin invito un solo impulso m un trno di impulsi d un crt frqunz, inftti l' SCR innsc solmnt in corrispondnz dl primo impulso ch lo trov prdisposto ll' innsco. Poichè l' SCR dv soprttutto svolgr l funzion di rgolzion dll corrnt ( cioè dll potnz fornit l motor ), gli impulsi di innsco DEVONO ESSERE SINCRONIZZATI CON LA FREQUENZA DI RETE. I grfici ch dimostrno tl ftto sono i sgunti: D tli grfici si cpisc chirmnt ch più l' ngolo di innsco è grnd, più il vlor mdio dll form d' ond nl tmpo sul crico diminuisc. Prciò ffinchè nl tmpo l potnz rimng przilizzt costntmnt pr tutto l' rco dl suo utilizzo, con qul vlor mdio gli impulsi (o mglio il primo impulso ) DEVE CAPITARE SEMPRE NELLO STESSO ISTANTE DALL'INIZIO DEL PERIODO. Si vrà in tl modo ch l potnz srà smpr llo stsso vlor. SCHEMA A BLOCCHI COMPLETO DEL SISTEMA DI CONTROLLO Ftt l prmss tcnich sul comportmnto di componnti smiconduttor impigti, utili l fin di comprndr com funzion il controllo dl motor; si pss llo schm blocchi dfinitivo di tl controllo, tnndo bn prsnt ch il trsduttor è di tipo nlogico (dinmo tchimtric). Lo schm blocchi complssivo è il sgunt: Dov "P" è il potnziomtro di "St point" (vlor di rifrimnto dll vlocità), NC è il nodo di confronto; VCO è l' oscilltor controllto in tnsion; P.S.C. è il pont smi-controllto; M è il motor c.c.; l D.T. è l dinmo tchimtric ovvro il trsduttor di vlocità impigto. Si nlizz or brvmnt ogni singolo lmnto costitutivo dl prcdnt schm blocchi, prcismnt gli lmnti circuitli ch lo compongono. MODULATORE DI POTENZA 5

16 Pr i discorsi prcdntmnt ftti sul comndo dgli SCR, s il sgnl rror ch sc dl nodo di confronto è positivo si dv nticipr l' innsco dll' SCR, s è ngtivo si dv ritrdr l' innsco dgli stssi, il ch quivl d vr un' r minor dll smiond, vlor mdio minor quindi potnz sull' rmtur dl motor minor con consgunt riduzion dll vlocità. Pr l costruzion dl circuito ch gnr impulsi tli d fr innscr prim o dopo gli SCR ci si srv di un prticolr circuito dnominto VCO (Voltg Controlld oscilltor). Esso è un oscilltor comndto in tnsion nl qul l frqunz dll rmp gnrt in uscit è proporzionl ll tnsion di pilotggio in ingrsso. Lo schm complto di tl oscilltor è il sgunt: Il blocco VCO, ricv in ingrsso il sgnl rror provnint dl nodo di confronto N.C.. Tl sgnl è l diffrnz tr il " SET POINT " impostto ttrvrso il potnziomtro P d il sgnl provnint dll D.T.. Tnto più lto è l'rror tnto più l vlocità dl motor è lnt lontn d qull impostt sul potnziomtro P; quindi tl sgnl gisc sul VCO nticipndo l`innsco dgli SCR dl pont, fornndo prtnto mggior nrgi l motor il qul potrà umntr il proprio numro di giri riducndo di consgunz il sgnl rror. Il circuito VCO può ssr scomposto com sgu: Si nlizzno or i sgunti singoli blocchi: Gnrtor di corrnt, è costituito d du trnsistori l silicio. Fr bs mss dl primo trnsistor T di tipo NPN giung il sgnl rror provnint dl nodo di confronto N.C.. L funzion di tl trnsistor polrizzto com in figur è qull di gnrtor di corrnt di tipo SINKING. Al collttor di tl trnsistor è connss l bs dl trnsistor T di tipo PNP; l funzion di qust'ultimo è qull di gnrtor di corrnt di tipo SOURCING cioè rogtor di corrnt positiv vrso il condnstor. All'umntr dl sgnl rror in bs T umnt l corrnt di collttor dllo stsso quindi umnt l su tnsion fr collttor +Vcc. Qusto umnto comport di consgunz un umnto dl sgnl in bs T ch provoc su volt un umnto di corrnt di collttor di T. A qusto scopo si può dimostrr ch con un sgnl rror costnt quindi, con corrnt costnt di collttor di T il condnstor C si cric con lgg linr, sist cioè un lgm di proporzionlità. Spndo ch l corrnt nl condnstor vl: i C dq dt m ssndo Q C V si può scrivr ch: i C dv C dt ovvro è pri ll drivt dll quntità di cric risptto l tmpo. S in tl formul "ic" è costnt, com in qusto cso fornit dl trnsistor T d ovvimnt C è costnt srà costnt nch il sgunt rpporto: dv i dt C C cos t. Ciò signific ch l' ndmnto di Vc in funzion di "t" vri con lgg linr com volvsi dimostrr, il digrmm è il sgunt: 6

17 dov tg ic i C tg C C E` importnt ossrvr ch risptto l circuito dll' oscilltor spigto nll prt toric sull' UJT è stto sostituit ll rsistnz R., il gnrtor di corrnt sopr indicto l fin di ottnr un cric dl condnstor linr nzichè sponnzil llo scopo di linrizzr l rgolzion. Inoltr è importnt notr ch risptto l circuito torico è stto sostituit ll rsist. R di bsso vlor il primrio di un trsformtor d impulsi l cui crttristich fondmntli sono qull di vr du scondri isolti glvnicmnt utilizzti pr pilotr i du gts dgli SCR dl pont smi controllto. Il VCO è stto limntto con un ond trpzoidl ottnut mdint un pont di GRAETZ pr prmttr l sincronizzzion dl sgnl dnt di sg prsnt sul cond. C con l tnsion ltrnt di rt. Tl limntzion trpzoidl consnt di scricr il cond. C, qundo qust v zro. Inftti l tnsion fr Bs Bs scnd nch` ss zro, quindi l giunzion di mttitor conduc llor il condnstor si scric. Qundo l tnsion trpzoidl sl d 0 Vz (tnsion di znr), può riprtir un nuovo ciclo di cric dl condnstor C ch consntirà quindi di gnrr un nuovo impulso di innsco pr gli SCR. D notr ch in un priodo T dll tnsion di limntzion trpzoidl (ch vl 0 ms con un frqunz di rt di 50 Hz) di impulsi n possono ssr gnrti nch più di uno prò srà solo solmnt il primo ch dtrmin l'innsco. Lo schm complto dl modultor è il sgunt: Elnco componnti: R5,6k DN4007 R6,8k DN4007 R3K D3N4007 R40K D4N4007 R5,8K D5N448 R68K DzV 0W R7470 TBC37 R83,3K TBC350 R9K T3N646 R0K W DTDINAMO TAC R6,8K 5W PK TRTRASF. IMP. C nf In ltr prol lo schm rispcchi l'union di ogni singolo p73 circuito finor studito. In tl schm inoltr si può ossrvr ch in sri l potnziomtro P di "SET POINT", sono dispost du rsistnz R d R, l quli hnno il compito di limitr l vlocità minim mssim, prcismnt l R fiss il limit di vlocità mssim 500 giri/min., com stbilito dl costruttor snz il qul il motor si port ll vlocità limit di 500 giri/min. con consgunt surriscldmnto dllo stsso; l R fiss il limit di vlocità minim di 30 giri/min. snz l qul l disotto di tl numro di giri pr vr un coppi costnt il motor è chimto d ssorbir un corrnt molto lvt con consgunt surriscldmnto dllo stsso. Il diodo disposto in sri ll R7 h il compito di ffttur l compnszion trmic dovut ll Vb dl trnsistor T pr limitr il fnomno dll driv trmic di du trnsistor. CIRCUITO DI POTENZA Si è già spigto in prcdnz l costituzion l'utilità di vri circuiti di limntzion di potnz con diodi rddrizztori controllti, nlizzimo prciò com risult costituito in qusto cso il circuito di potnz il cui schm è il sgunt: R 50 R 50 C3 0,47 microf D PI 60 IR 0 A D PI 60 IR 0 A D3 PI 60 IR 0 A D4 N4007 D5 N4007 D6 N4007 SCR SCR C 07 F Fusibil A Non dovndo ffttur il rcupro di nrgi in rt, il pont srà di tipo "SEMICONTROLLATO", cioè composto d du SCR du diodi di potnz. Il diodo volno D3 è dllo stsso tipo dgli ltri du diodi di potnz (Imx0A) Poichè si dv limntr si l'vvolgimnto di rmtur con tnsion V ch l'vvolgimnto di ccitzion con tnsion Vcc, si èricvto sul pont smicontrollto l'limntzion dll'vvolgimnto di ccitzion sfruttndo i du diodi D D. Poichè tli diodi sono di potnz con corrnt mssim di 0 mpr, si sono ggiunti solmnt du diodi D4 D5, collgti com in figur 7

18 rlizzndo un norml pont diodi pr vr disposizion un tnsion di ccitzion sprt. Si dv tnr prsnt inftti ch in qusto cso si controll un tipo di motor d ccitzion indipndnt. Il circuito si comport com l' insim di du ponti, uno norml l'ltro controllto. Qusto è stto possibil poichè si sono vuti disposizion i diodi: D, D, D3, di lvt potnz ch sopportno bn nch il scondo dovuto ll' ccitzion dl motor. Tutti gli ltri lmnti ch formno il circuito di potnz non sono ltro ch lmnti di protzion dllo stsso. Inftti com si è già prlto prcdntmnt il compito di gruppi RC (R3-C3 ; R4-C4)posti in prlllo gli SCR, è qullo di limitr l drivt di tnsion, cioè l vlocità di vrizion dll tnsion fr nodo ctodo i cpi di du SCR, ch s troppo lvt fvorisc l'innsco nch in ssnz di impulsi sui gts, non rndndo più controllbil tutto il sistm. I vlori di componnti dl gruppo RC sono: R50 Ohm, C470nF. Il compito di dio p73 di D6 D7 dl tipo N4005 posti in sri l scondrio dl trsformtor impulsi, l gt di ogni SCR, è qullo di grntir l`rrivo sul gt dll sol prt positiv dgli impulsi d'innsco; d qunto si vd tli diodi hnno il ctodo connsso l gt di ogni SCR. Sull' limntzion in ltrnt, vin posto un fusibil ch grntisc l protzion dll vntuli sovrcorrnti, ch s sollcitssro troppo gli SCR li dnnggrbbro irrprbilmnt. CONCLUSIONI In tl schm di potnz complssivo non è stto prvisto un sistm di protzion dll corrnt mssim ssorbit dl motor. Tuttvi sul pont è stto insrito in sri ll lin di limntzion un fusibil d,5 Ampr l fin di protggr il motor di sovrccrichi dll corrnti di corto circuito