Trasduttori per la rilevazione di velocità e posizione.ppt
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Trasduttori per la rilevazione di velocit e posizione
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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schema di principio del resolver e forme donda in uscita al variare della posizione rotorica
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
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sonde ad effetto Hall
S1
S2
S3
S4
S1
S3
S2
S4
RESOLVER CON SONDE AD EFFETTO HALL
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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
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SENSORE DI POSIZIONE LINEARE
INDUCTOSYN
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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