Trasduttori per la rilevazione di velocità e posizione

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

TACHIMETRI A CORRENTE CONTINUA

nkΦV n: n° di giri/min

scostamenti dalla proporzionalità:• dissimmetrie costruttive (scentramenti del rotore, irregolarità

del traferro, ecc.)• caduta di tensione alle spazzole (la corrente assorbita deve

essere piccola per evitare l’effetto 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 linearità =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 dall’alternanza denti-cave dell’indotto, sia alla commutazione. SOLUZIONE: aumento del traferro, inclinazione delle cave rotoriche; filtri passa basso per ridurre l’influenza della commutazione.

NB: nel caso risulti importante la velocità di risposta (impiego del segnale della dinamo tachimetrica in un controllo retroazionato della velocità) l’impiego di un filtro passa basso può 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 velocità 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 nell’indotto principale determinano una fem per mutua induzione nell’indotto del tachimetro; effetto della reazione d’indotto 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 nell’avvolgimento 2 è nulla perché gli

avvolgimenti statorici sono a 90°; inoltre, in questa situazione, le f.e.m. indotte nel rotore, (la f.e.m. indotta nell’avv. 1 è di tipo trasformatorico e le correnti rotoriche creano un campo di reazione diretto come l’asse magnetico dell’avvolgimento 1). • a rotore in moto compaiono f.e.m. mozionali, di ampiezza proporzionale alla velocità che fanno circolare correnti rotoriche che creano un campo di reazione con asse magnetico coincidente con quello dell’avvolgimento 2 inducendo una f.e.m. proporzionale alla velocità 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 dell’ordine di 10÷30 mV per accoppiamenti parassiti fra i due avvolgimenti statorici sconsiglia l’impiego a basse velocità. Da evitare inoltre il funzionamento vicino alla velocità di sincronismo (si ha una buona linearità per scorrimenti non troppo diversi da 1)

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

Vup.u.caratteristica lineare

caratteristica effettiva

comp.diretta

comp.inversa

FMM STATORE

FMM ROTORE

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TACHIMETRO ASINCRONO

˜

ωt=0°

ωt=90°

Ω=0

fmm risultante (parte reale)=0

Re

v

V

sR sX

dE

iE

2Xm

2Xm

'rdI'

2rR

'2rX

'riI

'2rX

'2rR

ωt=0°

ωt=90°

Ω≠0

Re

fmm risultante (parte reale)≠0

˜

v

con Ω≠0 le componenti diretta ed inversa della fmm indotta nel rotore non sono più uguali (lo scorrimento e quindi l’impedenza rotorica sono diversi per le due componenti). La fmm risultanteagente sull’avvolgimento in quadratura non è quindi più =0 e quindi si misura una tensione≠0.

V

sR sX

dE

iE

2Xm

2Xm

'rdI'

2srR

'2rX

'riI

'2rX

'2(2-s)

rR

TACHIMETRI PER BASSE VELOCITÀ

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, è sede di correnti indotte che determinano una coppia di reazione proporzionale alla velocità di rotazione, che viene misurata da un trasduttore di pressione, ad esempio una cella di carico: il segnale ottenuto è di tipo continuo e la sua inversione di polarità indica l’inversione del verso del moto. La precisione ottenibile è elevata

ΩΦΦEΦIT 2

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

avvolgimenti di statore

albero per l’accoppiament

o al motore

avvolgimenti di rotoresecondario del trasformatore rotante

primario del trasformatore rotante (f=8 kHz)

RESOLVER – senza spazzole

Ve=10 V

8 kHz

statore rotore statore

statore

VR V2

V1

schema di principio del resolver e forme d’onda in uscita al variare della posizione rotorica

cossin1 tVV s

sinsin2 tVV s

tVV se sin

sin

cos

sinsin tVV sFD

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

50 100 150 200 250 300 350

1.5

1

0.5

0.5

1

1.5

sonde ad effetto Hall

S1

S2

S3

S4

S1S3 S2 S4

RESOLVER CON SONDE AD EFFETTO HALL

SENSORE DI POSIZIONE MAGNETICO SCHEMA DI PRINCIPIO

VANTAGGI: il segnale di uscita nelle bobine secondarie può 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 S2S1

S1-S2

C2C1

C1-C2