Trasduttori per la rilevazione di velocit e posizione

strutturalmente sono dei piccoli generatori in corrente continua eccitati con magneti permanenti (AlNiCo: stabilit termica)

TACHIMETRI A CORRENTE CONTINUA

n: n di giri/min

scostamenti dalla proporzionalit:

dissimmetrie costruttive (scentramenti del rotore, irregolarit del traferro, ecc.)caduta di tensione alle spazzole (la corrente assorbita deve essere piccola per evitare leffetto della reazione di indotto): si usano quindi spazzole con basse cadute (contenenti polvere di Ag)

scostamenti tra la caratteristica reale e ideale di un tachimetro in c.c.

errore di linearit =V/ VM : massimo scostamento V dalla retta ideale, riferito al valore di fondo scala VM

PROBLEMA: oscillazioni segnale in uscita dovute sia alla pulsazione del flusso causata dallalternanza denti-cave dellindotto, sia alla commutazione.

SOLUZIONE: aumento del traferro, inclinazione delle cave rotoriche; filtri passa basso per ridurre linfluenza della commutazione.

NB: nel caso risulti importante la velocit di risposta (impiego del segnale della dinamo tachimetrica in un controllo retroazionato della velocit) limpiego di un filtro passa basso pu essere controindicato.

VANTAGGI: il segnale continuo non crea problemi di frequenza o di fase.

SVANTAGGI: inerzia rotorica relativamente elevata, usura del sistema collettore-spazzole, errori relativi consistenti alle basse velocit dovuti alle cadute alle spazzole

Alcuni servomotori in cc hanno un tachimetro incorporato, costituito da un secondo avvolgimento indotto sovrapposto al principale, collegato ad un collettore indipendente. VANTAGGI: compattezza e robustezza, INCONVENIENTI: le variazioni di corrente nellindotto principale determinano una fem per mutua induzione nellindotto del tachimetro; effetto della reazione dindotto sul flusso principale e quindi sulla fem del tachimetro

TACHIMETRO ASINCRONO

generatore tachimetrico asincrono con indotto a gabbia (a sx) indotto a tazza (a dx)

a rotore fermo, la f.e.m. indotta nellavvolgimento 2 nulla perch gli avvolgimenti statorici sono a 90; inoltre, in questa situazione, le f.e.m. indotte nel rotore, (la f.e.m. indotta nellavv. 1 di tipo trasformatorico e le correnti rotoriche creano un campo di reazione diretto come lasse magnetico dellavvolgimento 1). a rotore in moto compaiono f.e.m. mozionali, di ampiezza proporzionale alla velocit che fanno circolare correnti rotoriche che creano un campo di reazione con asse magnetico coincidente con quello dellavvolgimento 2 inducendo una f.e.m. proporzionale alla velocit di rotazione. valori tipici della f.e.m.: qualche volt/(1000 giri/min.);

VANTAGGI: segnale di uscita a frequenza costante (tipicamente 400 Hz), inerzia ridotta con indotto a tazza, assenza di contatti striscianti; con rotore a tazza, assenza di oscillazioni nella fem dovute alla presenza delle cave.

PROBLEMI: la f.e.m. residua a rotore fermo dellordine di 1030 mV per accoppiamenti parassiti fra i due avvolgimenti statorici sconsiglia limpiego a basse velocit. Da evitare inoltre il funzionamento vicino alla velocit di sincronismo (si ha una buona linearit per scorrimenti non troppo diversi da 1)

caratteristica lineare

caratteristica effettiva

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TACHIMETRO ASINCRONO

comp.

diretta

comp.

inversa

FMM STATORE

FMM ROTORE

fmm risultante

(parte reale)=0

t=0

t=90

=0

Re

v

V

s

R

s

X

d

E

i

E

2

X

m

2

X

m

'

rd

I

'

2

r

R

'

2

r

X

'

ri

I

'

2

r

X

'

2

r

R

t=0

con 0 le componenti diretta ed inversa della fmm indotta nel rotore non sono pi uguali (lo scorrimento e quindi limpedenza rotorica sono diversi per le due componenti). La fmm risultante

agente sullavvolgimento in quadratura non quindi pi =0 e quindi si misura una tensione0.

t=90

0

Re

fmm risultante

(parte reale)0

v

V

s

R

s

X

d

E

i

E

2

X

m

2

X

m

'

rd

I

'

2s

r

R

'

2

r

X

'

ri

I

'

2

r

X

'

2(2-s)

r

R

TACHIMETRI PER BASSE VELOCIT

1. albero motore

2. disco conduttore

3. magnete permanente

4. circuito ferromagnetico

5. cella di carico

solidali con il rotore

solidali con la cella di carico

Il disco di rame, ruotando nel campo prodotto dal magnete, sede di correnti indotte che determinano una coppia di reazione proporzionale alla velocit di rotazione, che viene misurata da un trasduttore di pressione, ad esempio una cella di carico: il segnale ottenuto di tipo continuo e la sua inversione di polarit indica linversione del verso del moto. La precisione ottenibile elevata

ENCODER INCREMENTALI ED ASSOLUTI

LED

fotorivelatore

fotorivelatori

tracce

ogni livello ha una risoluzione doppia rispetto a quello inferiore; con 10 tracce vengo ad avere una risoluzione di 210=1024 impulsi per giro (nota: i segnali provenienti dai fotorivelatori possono essere interpretati direttamente come una codifica binaria della posizione)

ENCODER INCREMENTALE:

contando gli impulsi permette di valutare lo spostamento rispetto ad una posizione iniziale

ENCODER ASSOLUTO:

fornisce la posizione assoluta

RESOLVER SCHEMA DI PRINCIPIO

Schema di principio di un resolver a induzione (con spazzole)

400 Hz

v

v

RESOLVER senza spazzole

Ve=10 V

8 kHz

statore

rotore

statore

statore

VR

V2

V1

avvolgimenti di statore

albero per laccoppiamento al motore

avvolgimenti di rotore

secondario del trasformatore rotante

primario del trasformatore rotante (f=8 kHz)

schema di principio del resolver e forme donda in uscita al variare della posizione rotorica

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

sonde ad effetto Hall

S1

S2

S3

S4

S1

S3

S2

S4

RESOLVER CON SONDE AD EFFETTO HALL

SENSORE DI POSIZIONE MAGNETICO

SCHEMA DI PRINCIPIO

VANTAGGI: il segnale di uscita nelle bobine secondarie pu avere potenza sufficiente da pilotare direttamente gli switch.

PROBLEMI: segnale residuo per accoppiamento non nullo nelle bobine non coperte dal segmento rotante

SENSORE DI POSIZIONE LINEARE

INDUCTOSYN

SENSORE LINEARE A VARIAZIONE DI RILUTTANZA

S1

S2

S1

S1-S2

C2

C1

C1-C2

n

k

V

=

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

W

W

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

V

u

@

p

.

u

.

D

E

I

T

2

50

100

150

200

250

300

350

-

1.5

-

1

-

0.5

0.5

1

1.5

(

)

t

V

V

s

e

w

sin

=

(

)

(

)

g

w

cos

sin

1

t

V

V

s

=

j

cos

(

)

(

)

g

w

sin

sin

2

t

V

V

s

=

(

)

(

)

j

g

w

-

=

sin

sin

t

V

V

s

FD

j

sin