AZIONAMENTI ELETTRICI PER L`AUTOMAZIONE
annuncio pubblicitario
11/03/2009 AZIONAMENTI ELETTRICI PER L'AUTOMAZIONE Prof. Giuseppe Tomasso – Università di Cassino Corso di Laurea in Ingegneria meccanica TITOLO DEL CORSO: AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTOMAZIONE DOCENTE DEL CORSO Prof. G. Tomasso e-mail: [email protected] tel: 0776-2993730 Orario di ricevimento lunedì-martedì-giovedì-venerdì (9:00-14:00) Corso di Laurea Ingegneria Meccanica (3° anno) Numero di crediti 4 Corsi a scelta correlati -Laboratorio di Azionamenti Elettrici Testi consigliati Appunti distribuiti dal docente Slides del corso (consultare il sito http://webuser.unicas.it/tomasso) Modalità d’esame presentazione relazioni scritte; esame orale. 1 11/03/2009 Motore in cc ad eccitazione indipendente •principio di funzionamento; •modello matematico; •caratteristiche stazionarie •regolazione della velocità in regime stazionario •dominio di regolazione •avviamento •frenatura 4 settimane 4 settimane Introduzione agli Azionamenti Elettrici •struttura di un azionamento elettrico; •classificazione; •settori di impiego. Meccanica degli Azionamenti Elettrici •richiami sulle equazioni del moto; g di trasmissione;; •organi •punto di lavoro e stabilità. Richiami sulla conversione elettromeccanica dell’energia Azionamenti cc controllati in catena chiusa •controlli in retroazione; •regolatori industriali; •controllo in cascata motore cc ad eccitazione indipendente: anello di corrente e velocità Introduzione ai PLC •struttura di un PLC •programmazione di un PLC Motore asincrono trifase •modello matematico in regime stazionario; •circuito equivalente •caratteristiche stazionarie; •avviamento; •frenatura; •regolazione della velocità. Azionamenti in alternata •controllo V/f motore asincrono; controllo di scorrimento motore asincrono •controllo con isteresi; Dimensionamento degli azionamenti elettrici GLI AZIONAMENTI ELETTRICI: APPLICAZIONI 2 11/03/2009 Definizione di azionamento elettrico a velocità controllata (V. norma CEI C.642) Sistema che converte energia elettrica in meccanica, con l’uso di apparecchiature elettroniche di potenza, in accordo con una funzione di comando (e secondo un programma definito) AZIONE AZIONAMENTI ELEETTRICI PER L’AUTOMA Gli azionamenti elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 3 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 4 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 5 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 6 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 7 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 8 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 9 11/03/2009 10 11/03/2009 11 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO 12 11/03/2009 13 11/03/2009 GLI AZIONAMENTI ELETTRICI: GENERALITA' (PARTE 1) OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 14 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 15 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 16 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 17 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici Moto traslatorio ∑F = i i dQ d ( mv ) = dt dt F1 Fm − Fr = dQ d ( mv ) = dt dt F2 F3 Fm − Fr = d ( v) d (m) dQ d ( mv ) = =m +v dt dt dt dt se m = cost Fm − Fr = m d ( v) dt 18 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 11/03/2009 Moto rotatorio Componente traslazionale v = vG + ω × r F1 Componente rotazionale F2 G M − ML = F3 d (P) dt Proiettando sull’asse di rotazione a Mm − Mr = d (ω ) d (J ) dQ d ( J ω ) = =J +ω dt dt dt dt Mm − Mr = J d (ω ) dt POTENZA E ENERGIA ω + ML Mm − ML = (J ) J Pm d (ω ) dt ω M m − ω M L = Jω PL Potenza meccanica in ingresso Pm = PL + J ω dω dt variazione di energia cinetica immagazzinata nelle masse rotanti P Potenza t meccanica i in uscita (sul carico) t t t 0 0 Wm (t ) = ∫ Pm dτ = ∫ PL dτ + ∫ J ω 0 t ω 0 0 dω dt dω dτ dτ Wm (t ) = ∫ PL dτ + ∫ J Ωd Ω = WL (t ) + 1 Jω 2 2 19 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici Mm OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 11/03/2009 Albero rigido Mm ω + ML M m − M L = ( Jm + J L ) d (ω ) dt Mm = mm Mn motore ML = mL Mn carico Ω =ω Ωn mm − mL = Tm dω dt Tm = ω (s) = ( J m + J L ) Ωn 1 [ mm − mL ] sTm Mn OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 20 11/03/2009 motoriduttore Mm + f2 M m − f 21Rm = J m dω m dt − f12 RL + M L = J L d ( −ω L ) dt 1 RL Rm ωm f1 ML ωL 2 f12 = f 21 ω m Rm = ω L RL 2 ⎡ ⎛ R ⎞ ⎤ dω Rm M L = ⎢ Jm + J L ⎜ m ⎟ ⎥ m RL ⎢ ⎝ RL ⎠ ⎥⎦ dt ⎣ 2 ⎛R ⎞ R J eq = J m + J L ⎜ m ⎟ = m ML RL ⎝ RL ⎠ Mm − M L,eq M m − M L,eq = J eq OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici dω m dt OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 21 11/03/2009 Impianto di sollevamento pignone v = ωr Mm, ω M L = Fr ⎛v⎞ J eq = m ⎜ ⎟ ⎝ω ⎠ 2 J tot = J p + J eq F, v Impianto di sollevamento Mm, ω ascensore pignone (raggio r) Fa v = ωr ML = F Fr ⎛v⎞ J eq = m ⎜ ⎟ ⎝ω ⎠ F v F, M m − ( M a − M c ) = J tot dω dt 2 J tot = J p + J eq Fc 22 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici 11/03/2009 Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Argano 23 11/03/2009 Carrucola e paranco Carrucola fissa 24 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 11/03/2009 Carrucola mobile Carrucola composta 25 11/03/2009 I sistemi di carrucole multiple sono anche detti paranchi. Pulegge 26 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 11/03/2009 Vite senza fine m F, v 1 E = mv 2 2 ⎛v⎞ J eq = m ⎜ ⎟ ⎝ω ⎠ Jeq M, ω E= M =F v= Δ ωΔ 2π ⎛ Δ ⎞ J eq = m ⎜ ⎟ ⎝ 2π ⎠ 27 M =F v ω P = Mω 2 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 2 1 J eqω 2 2 Δ 2π P = Fv AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO OMAZIONE Gli azionamenti elettrici: richiami sulla dinamica del moto 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici Collegamento motore‐macchina operatrice Punto di lavoro e stabilità Punto di lavoro M Coppia resistente Coppia motrice ω Coppia resistente pp M Coppia motrice pp M Coppia resistente Coppia motrice ω0 ω ω0 28 ω OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici ‐ collegamento motore‐macchina operatrice 11/03/2009 Lezione 2: Introduzione agli Azionamenti Elettrici - Meccanica degli Azionamenti Elettrici Punto di lavoro e stabilità Punto di lavoro M Coppia resistente Coppia pp motrice ω Coppia resistente M Coppia motrice M Coppia resistente Coppia motrice ω ω0 Prof. Giuseppe Tomasso ω ω0 Laurea in Ingegneria Elettrica: Corso di Azionamenti Elettrici I Lezione 2: Introduzione agli Azionamenti Elettrici - Meccanica degli Azionamenti Elettrici Modalità operative di un azionamento ω−v f f v v freno motore M-f f v f v motore Prof. Giuseppe Tomasso freno Laurea in Ingegneria Elettrica: Corso di Azionamenti Elettrici I 29 11/03/2009 Lezione 2: Introduzione agli Azionamenti Elettrici - Meccanica degli Azionamenti Elettrici Le caratteristiche del carico L azionamento deve essere dimensionato in rapporto alle caratteristiche L’azionamento del carico. Oltre alla potenza e alla velocità massima, è necessario conoscere: • La caratteristica meccanica del carico (relazione tra velocità e coppia assorbita) • La esigenza di reversibiità (velocità unidirezionale o bidirezionale; coppia motrice o frenante (ovvero funzionamento su uno, due tre o quattro quadranti) • Il ciclo di carico (carico costante, elevata coppia di spunto, carico soggetto a punte intervallate da periodi di basso carico ecc.) • Le prestazioni statiche(precisione) e dinamiche (rapidità di risposta) Prof. Giuseppe Tomasso Laurea in Ingegneria Elettrica: Corso di Azionamenti Elettrici I Lezione 2: Introduzione agli Azionamenti Elettrici - Meccanica degli Azionamenti Elettrici Prof. Giuseppe Tomasso Laurea in Ingegneria Elettrica: Corso di Azionamenti Elettrici I 30 11/03/2009 Lezione 2: Introduzione agli Azionamenti Elettrici - Meccanica degli Azionamenti Elettrici Prof. Giuseppe Tomasso Laurea in Ingegneria Elettrica: Corso di Azionamenti Elettrici I IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRICHE 31 11/03/2009 transitorio elettrico i motore carico Te t ω transitorio meccanico secondi Te 10-4 – 10-1 Tm 10-3 – 10 TT 10 – 104 t Tm Θ transitorio i i termico i TT Pm Pd Perdite a vuoto (B, ω) Perdite a carico (i) -isteresi; -correnti parassite; -attrito (cuscinetti, spazzole); -ventilazione. -effetto Joule; -effetto effetto pellicolare; -addizionali. 32 t IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Pe IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Lezione 3: Riscaldamento delle macchine elettriche – Fenomeni transitori 11/03/2009 Y A E B F H C Temperatura max [°C] Sovratemperatura max [°C] 90 105 65 120 80 130 90 155 115 180 140 >180 temperatura ambiente di riferimento: 40°C Y A E B,F,H cotone e carta non impregnati cotone e presspan impregnati resine epossidiche, materiali polivinilici mica, fibre di vetro Regola di Montsinger: la vita dell’isolante si dimezza in corrispondenza di un superamento continuativo della temperatura ammissibile di circa 8-9°C macchina elettrica Energia prodotta IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Ipotesi: •corpo omogeneo; •sorgenti di calore uniformemente distribuite •capacità di smaltimento uniforme sulla superficie esterna IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE CLASSE Energia immagazzinata Energia scambiata per convezione Equazione di equilibrio energeticoPdt = Cdϑ + α Sϑ dt P è lla potenza di i fi i di scambio bi dissipata nell tempo d dt attraverso lla superficie S, C è la capacità termica del motore, ϑ la sovratemperatura rispetto a quella ambiente, dϑ la variazione di temperatura che si produce nel motore nel tempo dt, α il coefficiente di scambio termico per convezione. 33 11/03/2009 P=C ϑ (t ) = (ϑ0 − ϑ∞ )e − t T dϑ + Aϑ dt C A P ϑ∞ = A T= + ϑ∞ se ϑ0 = 0 A =αS ϑ transitorio di riscaldamento ϑ∞ − t ϑ (t ) = ϑ∞ (1 − e T ) T ϑ (t ) = ϑ∞ e − t T' t transitorio di raffreddamento ϑ∞ t T’ Generalmente T’ > T valori di alcune costanti di tempo termiche motori di piccola potenza motori aperti a ventilazione forzata motori chiusi a ventilazione forzata motori ermetici 5-30 minuti 50-70 minuti 90-120 minuti 120-240 minuti 34 IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE ϑ IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Pdt = Cdϑ + α Sϑ dt 11/03/2009 Servizio continuativo Servizio di durata limitata Servizio intermittente periodico Servizio intermittente periodico con avviamento Servizio intermittente periodico con frenatura elettrica Servizio ininterrotto periodico con carico intermittente Servizio ininterrotto periodico con frenatura elettrica Servizio ininterrotto periodico con variazioni correlate di carico e velocità Servizio con variazioni non periodiche di carico e velocità TEMP. θMAX t θMAX t tS < 3-4 T tP > 3-4 T CARICO tP t PERDITE CARICO t (S1) - Servizio continuo (S2) - Servizio di durata limitata tS > 3-4 T tS t PERDITE t TEMP. CARICO PERDITE t tP t θMAX t IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE tS TEMP. S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 9 tipi di servizio IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Norme CEI 2-3, IEC 34-1 (S3) - Servizio intermittente periodico rapporto di intermittenza 35 ts ts + t p 11/03/2009 L’equivalenza viene determinata imponendo parità di sollecitazioni termiche fra la macchina destinata ad un servizio non continuativo e quella equivalente. Perdite a carico Perdite a vuoto ⎛ I ⎞ Pp = k1Pn + k2 Pn ⎜ ⎟ ⎝ In ⎠ IPOTESI: 2 Costanti k1 e k2, la capacità di smaltimento del calore verso l’ambiente e la costante di tempo termica vengono considerate uguali per la macchina in servizio non continuativo e per quella equivalente. ϑ ϑ∞ ϑa b a t tc Pn Pd .l . t ⎛ − ⎞ → ϑ = ϑa ⎜ 1 − e T ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ t ⎛ − → ϑ = ϑ∞ ⎜ 1 − e T ⎜ ⎝ ( curva ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ( curva a) b) Funzionamento con carico normale Funzionamento con sovraccarico 36 IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Riduzione di un servizio di durata limitata IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE Riduzione di un servizio non continuativo al servizio continuativo equivalente 11/03/2009 ⎜ ⎝ per t = tc − t T ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ϑa = con t ⎛ − ϑ = ϑ∞ ⎜1 − e T ⎜ ⎝ definendo q = ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ Pp,n ϑ = ϑ∞ ⎜1 − e ⎜ ⎝ A ϑ t = tc Pp,n Pp,n A Pp,d .l . Pp ,n q= tc T A ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ϑ∞ = ϑa ⎛ 1 ⎜1 − e ⎜ ⎝ − tc T ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 I t i considerando Ipotesi: id d i valori l i di tensione, t i rendimento e (eventualmente) fattore di potenza uguali per il funzionamento in regime di d.l. e per quello in regime continuo ⎛P ⎞ k1 + k2 ⎜ d .l . ⎟ ⎝ Pn ⎠ q= ( k1 + k2 ) − Pp,d .l . I d .l . Pd .l. = In Pn 2 ⎛ Pd .l . k ⎞ k = ⎜1 + 1 ⎟ q − 1 Pn k2 ⎝ k2 ⎠ Potenza massima sviluppabile dalla macchina in servizio di d.l. per un tempo tc 37 IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE q= ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ϑ∞ = con ⎜ ⎝ −c Pp,d .l . ⎛ ⎜1 − e T A ⎜ ⎝ ⎛I ⎞ k1Pn + k2 Pn ⎜ d .l . ⎟ ⎝ In ⎠ = ( k1 + k2 ) Pn ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ϑa = ϑ∞ ⎜1 − e t = t T ⎛ = ϑa Pp,d .l . − IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE ⎛ ϑ = ϑa ⎜1 − e 11/03/2009 IL RISCALDAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRRICHE RICHIAMI SUI CONCETTI DI BASE 38 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici 39 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici 40 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Generalità sui sistemi elettromeccanici 41 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO IL RELE' OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO IL RELE' 42 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Attuatori elettromagnetici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Innesti elettromeccanici 43 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore in corrente continua 44 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore in corrente continua OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore in corrente continua 45 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore in corrente continua OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore passo‐passo 46 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I Motori elettrici – il motore passo‐passo OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata 47 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata Vantaggi rispetto al monofase: -semplicità costruttiva ed efficienza di generatori e motori E1 O E2 E3 + 1 I1 Z1 + 2 I2 Z2 + 3 I3 Z3 - risparmio di rame N Generatore trifase (a stella) Carico trifase (a stella) 48 O’ OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata E1 + 400 300 O E2 + U12 200 E1(t) E2(t) E3(t) E3 te ensione [V] 100 + 0 -100 -200 E1 (t ) + E2 (t ) + E3 (t ) = 0 -300 -400 Tensione concatenata U = 3E 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 tempo [normalizzato a T=20ms] 1.6 1.8 2 Andamento temporale dei generatori Carico equilibrato: E1 Z1 = Z2 = Z3 O E2 + 1 I1 Z1 + 2 I2 Z2 + 3 I3 Z3 Potenza assorbita: P = 3EI cos ϕ = 3UI cos ϕ Potenziali di O e O’: E3 N VOO ' = 0 La rimozione del filo di neutro non altera il funzionamento della rete. 49 O’ OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata 50 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: i motori in alternata 51 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: brushless OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: brushless 52 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: asincroni OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: asincroni 53 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO I motori elettrici: asincroni GLI AZIONAMENTI IN CONTINUA 54 11/03/2009 Va Ia Ra E Va = Ra I a + La dI a +E dt Ve = Re I e + N e dΦ e dt J La dω = M − ML dt E = kΦω M = kΦI a Ie Φ = Φ e − Φ σ ,e Ve X(t) t regime stazionario dI a +E dt dΦ e Ve = Re I e + N e dt dω J = M − ML dt Va = Ra I a + La Va = Ra I a + E M = ML E = kΦω M = kΦI a 55 UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc transitorio UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc Va = Ra I a + E M = ML E = kΦω M = kΦI a ω= Va Ra − M kΦ kΦ 2 b g ω Ia macchina non compensata macchina non compensata ω0 macchina compensata macchina compensata M M dI a + kφω dt dω kφ I a − M L = J dt ω Va = Ra I a + La ω0 ω= ωn Va R − a ML kφ ( k )2 φ Va = Ra I a + kφω kφ I a = M L M ML,n Ia Ia,n Ia = V R ω = a − a 2 ML kφ ( k ) φ Ia = ML kφ ML,n 56 ML kφ M UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 Variazione della tensione di armatura ω ω0 ω0 ω1 ω2 ω3 ω= Va R − a 2 ML kφ ( k ) φ Va1 Va2<Va1 Va3<Va2 Va4<Va3 M ML,n Ia Ia,n Ia = ML,n Variazione della tensione di armatura: spostamento del punto di lavoro ω ω0 P2 ω0 ω1 P1 Va1 Va2 P3 M ML,n Ia Ia,n Ia = ML,n 57 ML kφ M M SISTEMI DI MOVIMEENTAZIONE ELETTROMECCCANICI Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc ML kφ UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 SISTEMI DI MOVIMEENTAZIONE ELETTROMECCCANICI Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc Variazione della resistenza di armatura ω ω0 P1 ω0 ω1 ω= Va R − a 2 ML kφ ( k ) φ Ra1 P2 Ra2 P3 M ML,n Ia Ia,n Ia = ML kφ M ML,n Variazione del flusso di eccitazione ω ω1 ω0 P3 ωn P1 V R ω = a − a 2 ML kφ ( k ) φ P2 φ2 φ1 M ML,n Ia φ2 φ1 Ia Ia,n Ia = ML,n 58 ML kφ M UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 Variazione del flusso di eccitazione ω Van = Ra I an + kφ nω n ω1 ωn Van = Ra I an + kφ 1ω1 kφ nω n = kφ 1ω1 M ML,n Ia M n = kφ n I an Ia,n M 1 = kφ 1I an Ia = M nω n = M 1ω1 = costante ML,1 ML,n Dominio di regolazione ω deflussaggio 2 Va=Va_nominale 1 variazione della tensione di armatura M 59 ML kφ M UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc UA AZIONAMENTI ELETTRICI IN CONTINU Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc controllo in regime stazionario ω∗ sistema di controllo it di t ll attuatore tt t motore t ω ML SI TRATTA DI UN CONTROLLO A CATENA APERTA Vantaggi: 1. semplicità; 2. possibilità di regolazione senza un convertitore statico; 3. assenza di sensori. Svantaggi: 1. bassa precisione; 2. basse prestazioni dinamiche; 3. perdita del controllo nella fase transitoria. 60 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc 11/03/2009 x(t) Si utilizza una struttura di controllo a catena chiusa t transitorio regime stazionario ω∗ sistema di controllo ω convertitore Ia dI a +E dt dΦ e Ve = Re I e + N e dt dω J = M − ML dt Va = Ra I a + La OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: azionamenti in cc OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: il regolatore PID 61 11/03/2009 I CONVERTITORI STATICI DI ENERGIA ELETTRICA OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: i convertitori Convertitori DC/DC: il chopper 62 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: i convertitori Convertitori DC/AC: inverter OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: i convertitori Convertitori AC/DC: raddrizzatori 63 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione SISTEMI DI MOVIMEENTAZIONE ELETTROMECCCANICI Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione 64 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione 65 11/03/2009 OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione OMAZIONE AZIONAMENTI ELETTRICI PER L’AUTO Gli azionamenti elettrici: gerarchizzazione 66
