Funzione e Controllo del Servomotore
Vantaggi dei Servomotori
I servomotori sono motori a corrente alternata, quindi possono essere motori asincroni, ma anche motori sincroni, tra i quali rientrano ovviamente anche i motori BLDC. Di norma, si utilizzano motori sincroni con magneti permanenti. Questo perché, a parità di dimensioni e di corrente di fase, possono generare una coppia più elevata nell’intervallo di velocità più basso rispetto ai motori asincroni. Grazie alla coppia più elevata, un robot può, ad esempio, spostare un pacco da A a B più velocemente. Si parla spesso anche di servomotori in corrente continua, ma anche questi sono per lo più servomotori in corrente continua senza spazzole, in pratica motori BLDC. Esistono anche servi RC per auto, barche e aerei telecomandati, ma di solito contengono solo un semplice motore CC.
Video sui Servomotori
Sistema di Azionamento con Servomotore
Un servomotore è sempre una parte di un sistema di servoazionamento elettrico composto da un servomotore, un inverter e un sensore di posizione. L’inverter viene spesso chiamato anche elettronica di potenza, servocontrollo o semplicemente controllore. Per poter controllare la posizione e la velocità in modo molto preciso, i sensori di posizione devono avere un’elevata precisione. In confronto, i motori elettrici per i ventilatori o le pompe dell’acqua sono dotati solo di sensori di Hall o addirittura funzionano senza sensori. Spesso il sistema di azionamento è costituito anche da un riduttore per aumentare la coppia o per convertire un movimento rotatorio in un movimento traslatorio.
Struttura e Funzione dei Servomotori
Qual è la differenza tra un servomotore e un motore per una pompa dell’acqua o un motore elettrico per un’auto elettrica? Per controllare sia la velocità che la posizione, è necessaria un’elevata precisione di coppia, che si ottiene al meglio con magneti esterni sul rotore. I motori elettrici con magneti esterni sono chiamati anche SPMSM. Spesso i magneti sono anche leggermente sfalsati l’uno rispetto all’altro per rendere più dolce la curva di coppia e migliorare così il controllo della velocità. Per un buon controllo della coppia, nel rotore vengono utilizzati molti poli magnetici, che conferiscono alla back EMF un maggior numero di oscillazioni sinusoidali per giro e riducono l’ondulazione della coppia. Un maggior numero di poli magnetici ha l’ulteriore vantaggio di aumentare la densità di coppia del motore, migliorandone il comportamento dinamico. Poiché i servomotori funzionano in modalità alternata, solo pochissimi di essi sono dotati di ventola o raffreddamento ad acqua. Un raffreddamento supplementare aumenterebbe la densità di potenza, ma non la densità di coppia, che è più importante per i servomotori. Invece, i servomotori hanno solo alette di raffreddamento. Sul retro si trova il sensore di posizione, che può essere ottico, magnetico o induttivo. Poiché il sensore si trova sul retro del servomotore, spesso sembra che il servomotore abbia due connessioni, ma la seconda connessione è di solito solo la presa del connettore per il sensore. Esistono anche servoazionamenti in cui l’inverter è montato direttamente sulla carcassa del motore o dietro il sensore. Tuttavia, questi servoazionamenti sono solitamente utilizzati per potenze inferiori.
Controllo del Servomotore
Quindi un servomotore non è molto diverso da un motore elettrico per una pompa dell’acqua. A causa dei numerosi poli magnetici, è necessario non solo un sensore ad alta risoluzione, ma anche un servocontrollore con un’elaborazione molto rapida dei segnali del sensore e un buon controllo. Un servomotore è controllato da un controllore a cascata. Nella cascata esterna viene controllata la posizione; il setpoint di posizione può provenire da un controllo PLC tramite un sistema bus o da un ingresso analogico sull’inverter o sul servocontrollore. Nella cascata intermedia viene controllata la velocità, che deve essere superiore alla posizione di controllo. La velocità effettiva del servomotore viene calcolata dalla prima derivata del segnale di posizione. Nella cascata inferiore viene controllata la corrente. Di solito si utilizza un FOC, che consente di controllare le correnti alternate con un semplice controllore PID.
