Trasduttori per la rilevazione di velocità e posizione

TACHIMETRI A CORRENTE CONTINUA strutturalmente sono dei piccoli generatori in corrente continua eccitati con magneti permanenti (AlNiCo: stabilità termica) 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) errore di linearità =V/ VM : massimo scostamento V dalla retta ideale, riferito al valore di fondo scala VM scostamenti tra la caratteristica reale e ideale di un tachimetro in c.c.

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) caratteristica effettiva caratteristica lineare

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TACHIMETRO ASINCRONO Ω=0 fmm risultante (parte reale)=0 Re v comp. diretta inversa FMM STATORE FMM ROTORE ˜ V s R X d E i 2 m ' rd I r ri

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 risultante ωt=90° Ω≠0 Re fmm risultante (parte reale)≠0 agente sull’avvolgimento in quadratura non è quindi più =0 e quindi si misura una tensione≠0. ˜ v ωt=0° V s R X d E i 2 m ' rd I 2s r ri 2(2-s)

TACHIMETRI PER BASSE VELOCITÀ solidali con la cella di carico 4. circuito ferromagnetico 3. magnete permanente 5. cella di carico 2. disco conduttore 1. albero motore solidali con il rotore 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

ENCODER INCREMENTALI ED ASSOLUTI ENCODER INCREMENTALE: contando gli impulsi permette di valutare lo spostamento rispetto ad una posizione iniziale ENCODER ASSOLUTO: fornisce la posizione assoluta fotorivelatori LED fotorivelatore 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)

˜ RESOLVER – SCHEMA DI PRINCIPIO v v 400 Hz ˜ v Schema di principio di un resolver a induzione (con spazzole)

RESOLVER – senza spazzole avvolgimenti di statore albero per l’accoppiamento al motore avvolgimenti di rotore secondario del trasformatore rotante primario del trasformatore rotante (f=8 kHz) statore rotore statore Ve=10 V 8 kHz VR V2 V1 statore

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

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-S2 C1 C2 C1-C2