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erluke

Come (e quale) motore elettrico controllare per erogare coppia con precisione

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erluke

Salve a tutti, primo post per un ingegnere meccanico in cerca di consigli. Senza dilungarmi troppo, sto cercando di controllare un asse in modo che immetta una certa coppia in un sistema meccanico di cui devo rilevare la risposta a tale coppia;
Ovviamente qualora il sistema meccanico non riesca a "resistergli", l'asse accelererebbe (al limite) indefinitamente; in realtà, dovendo testare proprio la risposta del sistema, tale comportamento da "generatore ideale di coppia" pare desiderabile, con gli svantaggi del caso: sarà mia cura porre fusibili (?) o freni o altro in caso di deriva.
Per queste ragioni non ho preso in considerazione quei driver+motore controllabili "in coppia" (e che uso sul lavoro) che, da quanto so, modulano in base al carico correnti e/o voltaggi e/o frequenze, potendo produrre così risultati falsati.

 

In conclusione :

  • Quale motore risulterebbe più "robusto" qualora fosse adatto ma andasse, ad esempio, "in fuga" durante i test?
  • È possibile realizzare (economicamente) un circuito di controllo che possa anche visualizzare la coppia "costante" che sta cercando di far esprimere all'asse?
  • Tale circuito potrebbe all'occorrenza essere tarato su varie coppie di rifermento (con potenziometro, reostati..)?

 

Qualche dato caratteristico : 1Nm coppia minima, circa1000 giri/min punto di lavoro. 

 

Vi ringrazio in anticipo e spero la questione risulti interessante!

 

Luca

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Livio Orsini

La soluzione più semplice, affidabile e robusta è costituita da un azionamento in corrente continua.

La funzione di trasferimento, relativa alla coppia erogata, di un motore in corrente continua con eccitazione costante è ==> Cm = K * Ia , dove Ia è la corrente di armatura e K è la costante di coppia del motore.

L'alimentatore regolatore di un azionamento in continua può ricevere come parametro il limite di corrente, quindi di coppia; la retroazione di velocità fa si che, nel caso in cui la coppia resistente è minore della coppia motrice, il motore non andrà in fuga ma limiterà la sua velocità al valore di riferimento, valore comunque compreso tra zero e la velocità nominale del motore.

 

Se hai necessità di forti accelerazioni con potenza non elvate, indicativamente < 5 kW, la versione che si fa preferire sia per costo che per prestazioni, è un azionamento composto da un motore cc a magneti permanenti, convertitore di tipo chopper e trasduttore di velocità con tachimentrica.

Per potenze maggiori è meglio ricorrere a motori con campo avvolto e convertitori a SCR.

 

Sempre nel caso di di potenze minori di 5 kW (ma è un limite indicativo) si possono usare anche azionamenti brushless sinusoidali, ma con costi maggiori.

 

Da ultimo, ma non ultimo, esistono anche motori in cc detti "dianmometrici".

Questi motori sono dotati di uno statore liberamente oscillante; applicando allo statore un braccio di lunghezza nota e calibrata si può misurare la coppia erogata per mezzo di una cella di carico a doppio effetto, posizionata all'estremità del braccio.

Questa configurazione permette sia di calibrare esattamente la costante di coppia - corrente, si la misura diretta della coppia erogata.

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selvax

brushless, riesci a dosare la coppia con molta precisione ,il motore poi permette range di velocità elevate oltre che a notevoli rampe acc /decc

 

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Livio Orsini
14 minuti fa, selvax scrisse:

brushless, riesci a dosare la coppia con molta precisione

 

Non dipende dal motore, ma dall'alimentatore - regolatore.

Nei motori brushless non c'è la medesima corrispondenza lineare e bionivoca coppia - corrente di armatura, come nei motori in corrente continua.

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selvax

brushless, intendo motore +driver, in una applicazione recente abbiamo controllato la coppia da 1 a 54 a 54Nm con velocità che variano da 500rpm a 4800rpm

 

 

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Livio Orsini

 

2 ore fa, selvax scrisse:

abbiamo controllato la coppia da 1 a 54 a 54Nm con velocità che variano da 500rpm a 4800rpm

 

 

Puoi farlo benissimo con motore cc, anzi usando dei magneti permanenti e chopper ottieni anche migliori prestazioni. con spesa inferiore.

Inoltre con un motore cc controli perfettamente la coppia anche a velocità zero. La coppia la puoi regolare in modo perfettamente lineare da velocità zero sino alla massima consentita dal motore.

In caso se ne avesse necessità, esistono anche appositi motori cc con statore basculante che ti permette di realizzare un vero e proprio dinamometro, per misure di coppia sia in modo statico che dinamico.

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erluke

Carissimo Livio,

 

ho usato questi giorni indaffarati per potermi documentare un poco sulle tue proposte, prima di poter scrivere di nuovo.
Andando per gradi, motore in cc:

Data la natura "amatoriale" nonché economica dell'applicazione, di quelli che ho visto appartenere alla categoria noto gli spazzolati, tapis roulant per intenderci (la potenza in gioco di max. 500 W forse ne è compatibile). Ho grossomodo inteso la tipologia? Di altro in rete mi pare di trovare solo brushless, della tipologia che si usa sugli scooterini moderni. 

Convertitore di tipo chopper:
Le mie ricerche hanno fatto saltare fuori solo driver per passo passo ma credo che tu ti riferissi più semplicemente a una sorta di "raddrizzatore" a schema chopper appunto, di grado industriale (o giù di lì); magari non  è possibile farlo sul forum ma potresti indicarmi il prodotto che avresti avuto in mente? (o lo schema realizzativo se ti riferivi al faidate). 
Ragionando ancora sulle tue parole quasi mi viene il dubbio che un "simil-generatore ideale di corrente", opportunamente tarato" possa fare al caso mio; è una castroneria? 

Per quanto riguarda la retroazione in velocità, poi, come si realizzerebbe?
avendo poi bisogno di una coppia "sciocca", non si presterebbe forse meglio un ciclo aperto? 

 

Perdonate le stupidaggini che certamente ho scritto e grazie per l'attenzione già concessami. 

 

Luca. 

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Livio Orsini

Per quello che vuoi realizzare devi appoggiarti ad aziende industriali, quindi niente tapis roulant e monopattini elettrici.

Per prima cosa divresti stabilire con buona approssimazione quale coppia massima ti serve ed il limite di velocità del motore. Poi in base a questi dati si dimensiona il motore e si sceglie iltipo di azionamento.

Se stain in continua devi scegliere, se rimani entro pochi kW, un motore a magneti permanenti con il relativo alimentatore-regoaltore chopper, altrimenti si va su brushless, con costi maggiori.

La retroazione di velocità la si ottiene con una tachimetrica od un encoder, dispositivi che sono già previsti sui motori a magneti permanenti, ma anche su quellia campo avvolto, solitamente provvisti di doppia uscita d'albero.

I brusheless solitamente hanno gia incorporato un resolver, che è indispensabile per la retroazione di posizione. se sono brushless in continua usano già dei magneti con sensori di hall.

L'alimentatore-regolatore, che sia per cc o per brushless, ha già incorporato ovvimante gli anelli di controllo di corrente/coppia e velocità.

 

nella sezione didattica (link nella mia firma), sottosezione elettrotecnica dovresti trovare un mio vecchio documento che illustra i criteri di scelta degli azionamenti.

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