Gli attuatori. Breve rassegna di alcuni modelli o dispositivi di attuatori nel processo di controllo

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1 Gli attuatori Breve rassegna di alcuni modelli o dispositivi di attuatori nel processo di controllo

2 ATTUATORI Definizione: in una catena di controllo automatico l attuatore è il dispositivo che riceve il segnale dal blocco regolatore ed effettua l azione richiesta per ottenere l andamento del processo desiderato. + - REGOLATORE ATTUATORE TRASDUTTORE

3 In pratica: in un ambiente si vuole controllare la temperatura: il sensore rileva la temperatura (1), trasdotta in segnale elettrico viene elaborata dal regolatore (termostato) (2) il quale, in base alle impostazioni, darà un segnale all attuatore (3) perché provveda a quanto deciso

4 Gli attuatori ricevono energia elettrica, ne modificano i parametri, oppure la trasformano in un altro tipo. Alcuni esempi Attuatore MOTORE ALLARME ELEMENTO RISCALDANTE Energia ricevuta Elettrica Elettrica Elettrica Energia trasformata o modificata Meccanica Suono più o meno potente Energia elettrica maggiore che, attraverso un elemento resistivo, produce calore

5 Il motore a corrente continua Un motore elettrico può, in base al segnale ricevuto, azionare un altro dispositivo, regolare la velocità, variare il senso di rotazione o la posizione dell asse. MOTORI ELETTRICI Motori in alternata Motori passo-passo Motori in continua Asincroni Sincroni Bipolari Unipolari Senza spazzole brushless Con spazzole

6 I motori elettrici rappresentano una parte considerevole degli attuatori; i regolatori forniscono un energia variabile o, in altro senso, controllano la potenza sviluppata dal motore che, a sua volta, può essere parte di un dispositivo più complesso ATTUATORE Circuito di attuazione Va = K*Vr Vr = segnale variabile che giunge dal regolatore del sistema

7 In presenza di un motore in corrente continua la velocità può essere controllata mediante due tecniche fondamentali: Controllo lineare Controllo PWM (Pulse Width Modulation). Il controllo lineare consente di fornire all attuatore una grandezza fisica direttamente proporzionale a quella proveniente dal regolatore. I difetti principali di questa tecnica sono la bassa efficienza, la resa dei componenti e soprattutto il notevole consumo di energia. Nel controllo PWM è necessario dotare il dispositivo di un elemento in più, ovvero un onda quadra il cui duty cycle è proporzionale al segnale del regolatore. L efficienza è però maggiore rispetto al controllo lineare e i consumi sono fortemente ridotti.

8 Esempio di circuito per il controllo lineare della velocità di un motore, utilizzando due transistor di tipo diverso e una doppia alimentazione.

9 Controllo PWM (Pulse Width Modulation) Si tratta di una tecnica largamente utilizzata. Il segnale di regolazione è costituto da un onda quadra con duty cycle variabile a sua volta inviata all ingresso di un transistor. Il motore è alimentato quando il transistor è in saturazione cioè quando l onda quadra è al suo valore massimo.

10 Un segnale con duty cycle variabile si ottiene con un circuito comparatore con amplificatore operazionale. RIFERIMENTO REGOLAZIONE COMPARATORE

11 Un segnale con duty cycle variabile si ottiene con un circuito comparatore con amplificatore operazionale. Regolazione 2 Regolazione 1 Risultato 1 Risultato 2

12 Circuito con Triac Il Triac (Triode for alternating current) è un componete a semiconduttore usato per controllare motori e carichi induttivi. Ha tre terminali; sul gate è inviato il segnale di controllo. Il Triac conduce solamente dal momento in cui viene applicato un impulso al gate sino al passaggio dell onda per lo zero

13 I Triac, che ovviamente presentano alcuni limiti legati alla loro non elevata potenza di lavoro, vengono utilizzati nella regolazione diretta della velocità di piccoli motori, come stadio a bassa potenza per regolazioni con correnti più elevate, in illuminotecnica come varialuce (N.B.: con il triac viene usato anche un diac che può essere considerato un triac senza il gate per l innesco)

14 Variazione del verso di rotazione di un motore Nel caso di un motore in continua vengono inviati quattro segnali che costringono alla saturazione e all interdizione i transistor, modificando così il percorso della corrente e conseguentemente il verso di rotazione del motore

15 Elettrovalvole Le elettrovalvole sono dispositivi che consentono il passaggio o meno di un liquido o di un gas. L'azionamento meccanico della valvola avviene mediante un circuito attuatore con motore elettrico, che aziona elettricamente l apertura o la chiusura (on-off) o la parziale apertura (regolazione proporzionale)

16 Motori passo-passo Sono motori che possono avanzare a singoli passi e bloccati in una posizione qualunque. Consentono quindi il posizionamento dell asse con grande precisione.

17 I motori passo passo funzionano facendo ruotare un magnete collegato all asse spostandolo da un passo all'altro, mediante l azionamento di campi magnetici di diverse bobine disposte attorno al magnete. Non ci sono contatti striscianti. Per muovere l asse è necessario alternare dall'esterno l alimentazione delle bobine.

18 Il pilotaggio del motore avviene con l invio di segnali di alimentazione in sequenza ripetuta, distribuiti in momenti diversi ai singoli avvolgimenti o a coppie di avvolgimenti.

19 I motori passo passo sono presenti in versioni diverse, consentendo molteplici utilizzi. Alcuni esempi: Avanzamento a un passo Avanzamento a mezzo passo Unipolari Bipolari

20 I Relé I relè sono dispositivi elettrici comandati da una variazione di corrente, solitamente modesta, che provoca un effetto in un altro circuito, solitamente alimentato con tensioni più elevate. Sono utilizzati per controlli di tipo ON-OFF N.A N.C 1. Bobina, alimentata a bassa tensione 2. Ancora, mossa dal campo magnetico 3. Contatto mobile di un circuito a tensione elevata

21 Esistono diversi tipi di relé A bulbo Tradizionale a bobina A semiconduttore

22 Due esempi di utilizzo dei relé