Semplificare il progetto di circuito per il pilotaggio di motori

7th September 2018
Posted By : Enaie Azambuja
Semplificare il progetto di circuito per il pilotaggio di motori

Poiché sono sempre più numerose le industrie attratte dai vantaggi che l'automazione è in grado di offrire, il mercato dei motori e dei relativi controlli per il loro pilotaggio è in continua espansione. Ai progettisti viene richiesto lo sviluppo di soluzioni innovative, mentre la costante riduzione dei cicli di sviluppo rende la scelta del sistema per il controllo motori più adatto un fattore critico.

In base ai dati forniti da Grand View Research1, il mercato globale dei motori elettrici varrà 155 miliardi di dollari entro il 2025. Tra i numerosi elementi che contribuiranno a questa crescita vi è la diffusione dell'automazione nel comparto manifatturiero.

Motori, azionamenti e i relativi controllori sono componenti critici di questi sistemi. Per quanto riguarda i motori, un segmento di mercato sicuramente in espansione è quello dei veicoli elettrici (EV), un comparto questo in cui tutte le principali Case automobilistiche stanno facendo importanti investimenti.

Le più recenti stime contenute nell'indagine Global EV Outlook 20182 ha evidenziato che nel 2017 le vendite di auto elettriche a livello mondiale hanno superato il traguardo del milione di unità (1,1 milioni), con la Cina che detiene la quota più rilevante con il 40%. Secondo IEA il numero di veicoli elettrici venduti potrebbe toccare quota 220 milioni entro il 2030.

I sistemi di controllo per i motori sono componenti chiave per assicurare la massima efficienza di funzionamento, che si traduce in una riduzione dei consumi di energia.

Risulta quindi sempre più importante, soprattutto dal punto di vista commerciale, che i progettisti impegnati nel settore del controllo motore sviluppino sistemi in grado di soddisfare un certo numero di requisiti essenziali.

Tra questi si possono segnalare la minimizzazione delle perdite e dei consumi di energia e la riduzione dell'impatto ambientale, a fronte di elevati livelli di flessibilità e di robustezza necessari per l'uso in applicazioni particolarmente impegnative.

Problematiche di sviluppo

Tutti i motori elettrici si basano sul medesimo principio: quando una carica elettrica viene applicata alla bobina di filo (lo statore) esso diventa un elettromagnete. Lo statore è posizionato all'interno del campo di magneti con polarità opposte che formano il rotore.

Quando la carica dell'elettromagnete viene commutata rapidamente, mediante un dispositivo chiamato appunto commutatore, è possibile far ruotare l'albero del motore. Questa è l'energia meccanica di base che viene fornita dal motore e l'evoluzione della tecnologia dei motori ha permesso lo sviluppo e il perfezionamento di vari progetti di motori.

Al giorno d'oggi esistono diversi tipi di motore, solitamente definiti come motori in corrente continua (DC – Direct Current) o in corrente alternata (AC – Alternating Current). I motori in corrente alternata possono essere sincroni o asincroni (in questo caso sono spesso denominati motori a induzione).

La differenza fondamentale è data dal fatto che i motori AC sincroni richiedono una sorgente di alimentazione in DC per fornire energia all'avvolgimento del rotore, mentre i motori di tipo asincrono non necessitano di questa fonte di alimentazione aggiuntiva.

Nelle applicazioni di automazione il motore AC a riluttanza variabile è molto diffuso in quando può essere usato come base per un motore passo-passo (stepper motor).

I motori in DC (di solito di tipo senza spazzole – BLDC) si sono affermati grazie all'elevata efficienza che sono in grado di garantire. In un motore BLDC i magneti permanenti sono posizionati sul rotore, mentre gli elettromagneti sono ubicati sullo statore.

Il motore passo-passo è un particolare tipo di motore in DC caratterizzato dalla presenza di un rotore formato da parecchi magnetici che ricordano i denti di un ingranaggio. Ciò consente di controllare in modo preciso l'angolo del motore al fine di ottenere l'uscita meccanica richiesta.

I motori passo-passo (unipolari o bipolari), i motori DC a spazzola e i servo-motori sono le tipologie più utilizzate nell'ambito dell'automazione in applicazioni quali la robotica e la progettazione per il settore automotive. I motori asincroni (a induzione) e sincroni (a magneti permanenti), robusti e di costo solitamente contenuto, sono anch'essi molto diffusi.

Le tipologie di motori disponibili per ogni data applicazione sono evolute al punto da permettere al progettista di scegliere tra un gran numero di opzioni. Il controllo digitale si è andato sempre più diffondendo, grazie al fatto che permette di adattare con precisione l'unità di controllo con il tipo di motore e l'applicazione considerata.

La velocità di motori che devono operare a una velocità di rotazione specifica (espressa in RPS – giri/minuto), come ad esempio compressori o pompe, può essere controllata in modo più accurato utilizzando un sistema di controllo digitale.

I sistemi di controllo di tipo digitale possono anche risultare efficaci con motori a velocità variabile, dove la velocità è proporzionale alla frequenza. Il concetto da tenere in considerazione è che all'evoluzione delle applicazioni dei motori deve corrispondere quella dei relativi sistemi di controllo.

Gli sviluppatori devono poter disporre di un ambiente per il progetto dei sistemi per il controllo motori flessibile ed efficiente che preveda una serie di tool atti a semplificare la progettazione di tipo iterativo e la prototipazione rapida.

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