Un azionamento elettrico (spesso indicato con il termine "controller elettrico") è un dispositivo che consente di controllare l'uscita di un motore utilizzato, ad esempio, per produrre un movimento lineare. L'azionamento controlla con precisione l'uscita e la risposta del motore rispetto a un ingresso di controllo.

Che cos'è un azionamento elettrico?

Un azionamento elettrico (spesso indicato con il termine controller elettrico) è un dispositivo che consente di controllare l'uscita di un motore utilizzato, ad esempio, per produrre un movimento lineare in un attuatore elettrico. Nel nostro articolo sui motori elettrici abbiamo descritto il meccanismo di retroazione di un servomotore, indicato schematicamente qui sotto.

L'azionamento controllerà con precisione l'uscita e la risposta del motore rispetto a un ingresso di controllo (nset nello schema precedente).

Come funziona un azionamento elettrico?

Gli azionamenti elettrici richiedono un'alimentazione trifase a corrente alternata e frequenza fissa in ingresso, che viene raddrizzata per fornire un segnale in corrente continua, che viene smussato: la circuiteria provvede a disaccoppiare gli stadi di ingresso e uscita come illustrato di seguito.

Lo stadio di uscita utilizza transistor a bi-giunzione con gate isolato (IGBT) controllati via software per commutare e fornire al motore un'alimentazione trifase in corrente alternata a frequenza variabile. Per comprendere meglio lo stadio di uscita, possiamo fare riferimento al seguente circuito equivalente.

Nel circuito, gli IGBT sono rappresentati dagli interruttori da 1 a 6: il rubinetto centrale di ciascuna colonna di interruttori è collegato a una singola fase degli avvolgimenti del motore. Nello schema, gli interruttori 5 e 4 sono chiusi, consentendo il passaggio della corrente attraverso le fasi W e V. Nella modalità di funzionamento successiva, gli interruttori 5 e 4 possono aprirsi e il 3 e 2 chiudersi: in questo modo la corrente passerà attraverso le fasi V e U. Il software controlla l'apertura e chiusura successive degli interruttori e la durata di ciascun passo, creando una modulazione di larghezza di impulso.

La variazione dell'ampiezza dell'impulso simula una forma d'onda CA vista dal carico degli avvolgimenti del motore. Ad esempio, in corrispondenza della A del diagramma precedente, un'ampiezza dell'impulso pari a "0" determinerà una tensione nulla sugli avvolgimenti, mentre in corrispondenza di B verrà applicata la tensione massima.

Come scegliere un azionamento elettrico?

L'azionamento deve essere in grado di alimentare e controllare il motore, che verrà adattato ai requisiti di un'applicazione.

La tensione del motore, la potenza nominale e la corrente a pieno carico dovranno essere adeguate e occorrerà tener conto di eventuali requisiti di sovraccarico, ad esempio se è richiesta una coppia più elevata per l'avviamento.

Occorre soddisfare il meccanismo di feedback e qualsiasi requisito di ingresso/uscita (I/O).

Valutare i protocolli di comunicazione, ad esempio CANOpen, Profibus, ecc e la temperatura di esercizio e la necessità di ventilazione o raffreddamento forzato.

Tipi di azionamento elettrico

Gli azionamenti dovranno controllare motori in CC o in CA, questi ultimi monofase o trifase. Occorreranno diverse varianti, a seconda dei parametri sopra menzionati, ad esempio in relazione alla tensione.

È possibile classificare gli azionamenti in singoli, gruppi e multimotore: quelli singoli sono il tipo più semplice, spesso utilizzato negli elettrodomestici. I gruppi sono adatti ai sistemi più complessi e i motori multipli vengono utilizzati nelle applicazioni pesanti o dotate di più motori.

Cos'altro occorre per far funzionare gli azionamenti elettrici?

Occorrerà un cablaggio per l'alimentazione e i segnali di controllo del motore, oltre a un'alimentazione adeguata per l'utilizzo dell'azionamento.

È buona norma prevedere fusibili in ingresso per la protezione: se le EMI dovessero rappresentare un potenziale problema, è possibile inserire filtri nei circuiti. In caso di temperature di esercizio elevate, occorrerà una ventola di raffreddamento con una ventilazione adeguata.

A seconda dei requisiti dell'applicazione, è disponibile un freno dinamico.

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