Gli attuatori
Breve rassegna di alcuni modelli o dispositivi
di attuatori nel processo di controllo
ATTUATORI
Definizione: in una catena di controllo
automatico l’attuatore è il dispositivo che
riceve il segnale dal blocco regolatore ed
effettua l’azione richiesta per ottenere
l’andamento del processo desiderato.
+
REGOLATORE
ATTUATORE
TRASDUTTORE
In pratica: in un ambiente si vuole controllare la
temperatura: il sensore rileva la temperatura (1),
trasdotta in segnale elettrico viene elaborata dal
regolatore (termostato) (2) il quale, in base alle
impostazioni, darà un segnale all’attuatore (3) perché
provveda a quanto deciso
Gli attuatori ricevono energia elettrica, ne modificano i
parametri, oppure la trasformano in un altro tipo.
Alcuni esempi
Attuatore
Energia
ricevuta
Energia trasformata o
modificata
MOTORE
Elettrica
Meccanica
ALLARME
Elettrica
Suono più o meno potente
ELEMENTO
Elettrica
RISCALDANTE
Energia elettrica maggiore
che, attraverso un elemento
resistivo, produce calore
Il motore a corrente continua
Un motore elettrico può, in base al segnale ricevuto,
azionare un altro dispositivo, regolare la velocità,
variare il senso di rotazione o la posizione dell’asse.
MOTORI ELETTRICI
Motori passo-passo
Motori in alternata
Motori in continua
Asincroni
Sincroni
Senza spazzole
brushless
Bipolari
Con spazzole
Unipolari
I motori elettrici rappresentano una parte considerevole degli
attuatori; i regolatori forniscono un’energia variabile o, in altro
senso, controllano la potenza sviluppata dal motore che, a sua
volta, può essere parte di un dispositivo più complesso
ATTUATORE
Circuito di
attuazione
Vr = segnale variabile che
giunge dal regolatore del
sistema
Va = K*Vr
In presenza di un motore in corrente continua la
velocità può essere controllata mediante due
tecniche fondamentali:
Controllo lineare
Controllo PWM (Pulse Width Modulation).
Il controllo lineare consente di fornire all’attuatore una
grandezza fisica direttamente proporzionale a quella
proveniente dal regolatore. I difetti principali di questa tecnica
sono la bassa efficienza, la resa dei componenti e soprattutto
il notevole consumo di energia.
Nel controllo PWM è necessario dotare il dispositivo di un
elemento in più, ovvero un’onda quadra il cui duty cycle è
proporzionale al segnale del regolatore. L’efficienza è però
maggiore rispetto al controllo lineare e i consumi sono
fortemente ridotti.
Esempio di circuito per il controllo lineare della
velocità di un motore, utilizzando due transistor di
tipo diverso e una doppia alimentazione.
Controllo PWM (Pulse Width Modulation)
Si tratta di una tecnica largamente utilizzata. Il segnale di
regolazione è costituto da un’onda quadra con duty cycle
variabile a sua volta inviata all’ingresso di un transistor. Il
motore è alimentato quando il transistor è in saturazione
cioè quando l’onda quadra è al suo valore massimo.
Un segnale con duty cycle variabile si ottiene con un
circuito comparatore con amplificatore operazionale.
RIFERIMENTO
COMPARATORE
REGOLAZIONE
Un segnale con duty cycle variabile si ottiene con un
circuito comparatore con amplificatore operazionale.
Regolazione 2
Regolazione 1
Risultato 1
Risultato 2
Circuito con Triac
Il Triac (Triode for alternating current) è un componete a
semiconduttore usato per controllare motori e carichi induttivi.
Ha tre terminali; sul gate è inviato il segnale di controllo. Il Triac
conduce solamente dal momento in cui viene applicato un
impulso al gate sino al passaggio dell’onda per lo zero
I Triac, che ovviamente presentano alcuni limiti legati alla loro non
elevata potenza di lavoro, vengono utilizzati nella regolazione
diretta della velocità di piccoli motori, come stadio a bassa
potenza per regolazioni con correnti più elevate, in illuminotecnica
come varialuce (N.B.: con il triac viene usato anche un diac che
può essere considerato un triac senza il gate per l’innesco)
Variazione del verso di
rotazione di un motore
Nel caso di un motore in continua vengono inviati quattro
segnali che costringono alla saturazione e all’interdizione i
transistor, modificando così il percorso della corrente e
conseguentemente il verso di rotazione del motore
Elettrovalvole
Le elettrovalvole sono dispositivi che consentono il
passaggio o meno di un liquido o di un gas. L'azionamento
meccanico della valvola avviene mediante un circuito
attuatore con motore elettrico, che aziona elettricamente
l’apertura o la chiusura (on-off) o la parziale apertura
(regolazione proporzionale)
Motori passo-passo
Sono motori che possono avanzare a singoli passi e
bloccati in una posizione qualunque. Consentono quindi il
posizionamento dell’asse con grande precisione.
I motori passo passo funzionano facendo ruotare un
magnete collegato all’asse spostandolo da un passo all'altro,
mediante l’azionamento di campi magnetici di diverse bobine
disposte attorno al magnete. Non ci sono contatti striscianti.
Per muovere l’asse è necessario alternare dall'esterno
l’alimentazione delle bobine.
Il pilotaggio del motore avviene con l’invio di segnali di
alimentazione in sequenza ripetuta, distribuiti in momenti
diversi ai singoli avvolgimenti o a coppie di avvolgimenti.
I motori passo passo sono presenti in versioni diverse,
consentendo molteplici utilizzi. Alcuni esempi:
Avanzamento a un passo
Avanzamento a mezzo passo
Unipolari
Bipolari
I Relé
I relè sono dispositivi elettrici comandati da una variazione di
corrente, solitamente modesta, che provoca un effetto in un
altro circuito, solitamente alimentato con tensioni più elevate.
Sono utilizzati per controlli di tipo ON-OFF
N.A
N.C
1. Bobina, alimentata a bassa tensione
2. Ancora, mossa dal campo magnetico
3. Contatto mobile di un circuito a tensione elevata
Esistono diversi tipi di relé
A bulbo
Tradizionale a bobina
A semiconduttore
Due esempi di utilizzo dei relé
