La scelta del servomotore giusto per la vostra applicazione industriale è fondamentale per ottenere il giusto equilibrio tra funzionalità, affidabilità e, naturalmente, costi.
La scelta di un motore sbagliato può comportare un degrado delle prestazioni (se mai le prestazioni sono sufficienti), danni all'hardware ausiliario, guasti al sistema e, più a valle, problemi di qualità dei prodotti o dei servizi forniti.
In questo articolo esploreremo i tipi di servomotori disponibili e come scegliere quello giusto, in modo da ottenere il massimo in termini di funzionalità e affidabilità.
Che cos'è un servomotore?
I servomotori sono dispositivi elettromeccanici di alta precisione utilizzati per il controllo del movimento dei macchinari industriali.
Funzionano con gli stessi principi fondamentali dei normali motori elettrici, nel senso che eccitano le bobine dello statore per creare un campo magnetico che aziona un rotore. La differenza principale è che i servomotori includono sistemi di retroazione, in genere sotto forma di encoder o resolver, che monitorano velocità, coppia e posizione.
Questi dati vengono inviati a un controllore che regola il funzionamento del motore utilizzando algoritmi come il controllo PID. Il risultato è un sistema ad anello chiuso che corregge gli errori in tempo reale, garantendo un movimento preciso. Questo livello di controllo è il motivo per cui i servomotori sono essenziali nella robotica, nelle macchine CNC e nell'automazione ad alta precisione.
Come scegliere il servomotore giusto?
Da un punto di vista tecnico, la scelta del servomotore sarà determinata in gran parte dai requisiti dell'hardware da movimentare. Questi requisiti includono varie coppie, velocità, tensioni, precisione di posizionamento e altre metriche di prestazione, che approfondiremo nella sezione seguente.
Determinare la coppia
Il primo passo nella scelta del servomotore giusto per le vostre esigenze è quello di determinare la coppia o le coppie necessarie per azionare qualsiasi cosa vi serva.
La coppia è l'equivalente rotazionale della forza ed è, in parole povere, la forza di torsione che il motore applica quando ruota attorno a un asse (o ruota l'albero, in questo caso).
Quando si svita una bottiglia d'acqua potabile, è la coppia che rimuove il coperchio. Se si applica una coppia troppo bassa, il coperchio non si muove. Se si applica una coppia eccessiva, il coperchio potrebbe rompersi o ci si potrebbe assicurare.
È fondamentale conoscere i requisiti di coppia, perché, come nell'analogia della bottiglia d'acqua, se non si applica una coppia sufficiente, l'oggetto che si sta cercando di far ruotare non andrà da nessuna parte (si bloccherà). Al contrario, se si applica una coppia eccessiva, si può danneggiare il macchinario.
La formula della coppia fondamentale è la seguente:
T = F x r
Dove:
T= coppia (misurata in Nm, per le unità SI)
F = forza (solitamente misurata in N)
R = il raggio, o braccio di leva (tipicamente misurato in metri)
Durante il processo di selezione dei servomotori si possono considerare diverse coppie, ma le tre principali sono la coppia continua, la coppia di picco e la coppia di accelerazione. Queste descrivono rispettivamente il funzionamento del servomotore in condizioni di carico costante, la gestione di brevi raffiche di carico elevato e la risposta alle variazioni di velocità.
Coppia continua
La coppia continua è la coppia che un servomotore deve erogare in modo costante senza surriscaldarsi o subire un degrado delle prestazioni. Rappresenta la coppia allo stato stazionario necessaria per mantenere il sistema in funzione in condizioni normali.
Per calcolare la coppia continua (Tcont), sommare le coppie di tutte le forze esterne, comprese la gravità e l'attrito:
Tcont = Testerno + Tgravità + Tattrito
dove:
Testerno tiene conto dei carichi applicati (ad esempio, nastri trasportatori, bracci robotici).
Tgravità = Fg × r, dove Fg è la forza gravitazionale e r è il braccio di leva.
Tattrito tiene conto della resistenza del sistema.
Coppia di picco
La coppia di picco è la coppia massima che un servomotore può produrre per brevi intervalli senza subire danni. È necessaria per superare improvvisi cambiamenti di carico, come l'avvio di un movimento, la gestione di forze d'urto o la gestione di picchi di resistenza temporanei. A differenza della coppia continua, che deve essere mantenuta indefinitamente, la coppia di picco è necessaria solo per brevi momenti.
Per calcolare la coppia di picco (Tpicco):
Tpicco = Tcont + Taccelerazione
dove:
Tcont è la coppia continua richiesta per un funzionamento costante.
Taccelerazione è la coppia di accelerazione ed è spiegato di seguito.
Coppia di accelerazione
La coppia di accelerazione è la coppia necessaria per modificare la velocità di un sistema, sia che esso parta da fermo o che aumenti la sua velocità durante il funzionamento. È fondamentale per le applicazioni in cui il motore deve rispondere a rapidi cambiamenti di velocità o superare rapidamente l'inerzia.
Questo tipo di coppia dipende fortemente dal momento d'inerzia del sistema (J), che rappresenta la resistenza di un oggetto alle variazioni della sua velocità di rotazione, e dall'accelerazione angolare (a), la velocità di variazione della velocità del motore.
Per calcolare la coppia di accelerazione (Taccelerazione):
Taccelerazione = J × a
La scelta di un motore con una coppia di accelerazione appropriata garantisce regolazioni della velocità fluide e precise, senza causare tensioni o instabilità.
Coppia di attrito
La coppia di attrito è la resistenza che si incontra quando due superfici si muovono l'una contro l'altra e che richiede una coppia aggiuntiva per essere superata. Essa deriva dal contatto tra parti in movimento all'interno di un sistema meccanico, come cuscinetti, ingranaggi o alberi. La resistenza all'attrito dipende da fattori quali il materiale della superficie, la lubrificazione e la forza normale tra le superfici. La coppia di attrito può avere un impatto significativo sull'efficienza del motore, causando perdite di energia e generazione di calore.
Per calcolare la coppia di attrito (Tattrito):
Tattrito = μ × Fnormale × r
Dove μ è il coefficiente di attrito, Fnormale è la forza normale e r è il raggio o la distanza dal centro di rotazione.
La minimizzazione dell'attrito attraverso una corretta lubrificazione e la scelta dei materiali può contribuire a ridurre la coppia di attrito, migliorando le prestazioni e la durata del motore.
Forze esterne
Le forze esterne si riferiscono ai carichi o alle resistenze esterne che un servomotore deve superare per svolgere il proprio compito. Queste forze possono includere carichi meccanici (come il peso o l'attrito delle parti in movimento), disturbi esterni (come vibrazioni o urti) e fattori ambientali (come il vento o la resistenza termica in applicazioni esterne). La coppia necessaria per superare queste forze esterne dipende dall'entità e dalla direzione del carico, nonché dalla distanza dall'asse di rotazione del motore (braccio di leva).
Per calcolare la coppia da forze esterne (Testerno):
Testerno = F × r
Dove F è la forza esterna applicata e r è la distanza dal punto di rotazione o dall'asse.
Coppia RMS
La coppia quadratica media (RMS) è una misura della coppia costante effettiva o equivalente che un motore produce nel tempo, tenendo conto delle variazioni di coppia che si verificano durante il funzionamento.
La coppia RMS è particolarmente utile per i motori che operano con carichi o velocità variabili, in quanto fornisce una rappresentazione più accurata del carico di lavoro continuo del motore rispetto alla coppia media o di picco. Il valore RMS aiuta a valutare le prestazioni del motore e la gestione termica, garantendo che il motore operi entro limiti di sicurezza senza surriscaldarsi.
Per calcolare la coppia RMS (TRMS):
TRMS= √( (T₁² + T₂² + ... + Tn²) / n )
Dove T₁, T₂, ..., Tn sono i valori istantanei della coppia in un periodo e n è il numero totale di valori.
Per determinare la richiesta di coppia continua si dovrebbe usare il calcolo della radice media quadratica, che però è laborioso senza uno strumento software, soprattutto per valori maggiori di n e per periodi più lunghi.
Determinare la velocità
La scelta della velocità giusta per il servomotore è essenziale per soddisfare le esigenze dell'applicazione. La velocità, misurata in giri al minuto (RPM), influisce sulla rapidità di funzionamento del motore. La velocità e la coppia devono essere bilanciate, poiché le velocità più elevate riducono generalmente la coppia.
Per determinare la velocità giusta, occorre considerare il profilo di movimento e il tempo di esecuzione dell'attività. Ad esempio, se un braccio robotico deve completare un'azione specifica in un tempo prestabilito, il motore deve raggiungere la velocità richiesta entro tale limite. Tenete presente che i motori con un numero inferiore di poli girano più velocemente, ma erogano una coppia inferiore a causa di fattori come il back EMF.
Inoltre, si devono considerare i componenti meccanici come gli ingranaggi o le cinghie che regolano la velocità attraverso i rapporti di trasmissione. Anche l'inerzia del carico e l'accelerazione richiesta sono fondamentali, poiché influiscono sia sulla velocità che sull'efficienza. Inoltre, la temperatura del motore è importante, in quanto un funzionamento troppo vicino ai suoi limiti può provocare un surriscaldamento che influisce sulle prestazioni.
Determinare il tipo di servomotore
I servomotori sono disponibili in diverse tipologie, ognuna delle quali è adatta a particolari applicazioni. L'elenco seguente mostra come i diversi servomotori possano essere suddivisi in base a varie caratteristiche. La maggior parte dei servomotori fornisce un movimento lineare o rotatorio e può essere ulteriormente suddivisa in base alle sue caratteristiche specifiche.
- Servomotori lineari
I servomotori lineari forniscono un movimento lineare diretto senza hardware aggiuntivo, offrendo alta precisione, efficienza e manutenzione minima per le applicazioni dinamiche. - Servomotori rotativi
I servomotori rotativi sono versatili ed efficienti e offrono un controllo preciso in applicazioni leggere e pesanti, spesso con hardware aggiuntivo. Sono il tipo di servomotore più diffuso nell'industria. - Servomotori in c.a.
I servomotori in c.a. sono ampiamente utilizzati in ambito industriale per la loro capacità di gestire vari livelli di potenza e tensioni con un'elevata efficienza. Sono il tipo più comune di servomotore e possono essere classificati secondo le seguenti tipologie:
- Servomotori CA a bassa e media tensione
Questi motori compatti offrono un'elevata densità di coppia e precisione, ideali per applicazioni con spazio limitato ma che richiedono prestazioni affidabili ed efficienti. - Servomotori CA ad alta tensione
I servomotori CA ad alta tensione forniscono una potenza robusta, in grado di gestire compiti industriali gravosi riducendo al minimo le dimensioni e massimizzando l'efficienza della coppia. - Servomotori sincroni in c.a.
I servomotori sincroni in c.a. sono caratterizzati da un'eccellente precisione, con il rotore e lo statore che ruotano alla stessa velocità, offrendo un controllo e un'affidabilità superiori. - Servomotori asincroni in c.a.
I servomotori asincroni in c.a. utilizzano l'induzione per generare la coppia e richiedono un controllo vettoriale complesso, che li rende adatti a compiti economici e di precisione.
- Servomotori DC
I servomotori a corrente continua sono efficienti, bidirezionali e compatti e sono ideali per applicazioni a bassa potenza e a velocità variabile con elevata precisione e bassa inerzia. Possono essere suddivisi in tipi a spazzole e tipi senza spazzole.
- Servomotori DC a spazzole
Questi motori utilizzano spazzole per fornire corrente alla parte rotante (l'indotto). Sono comunemente utilizzati per applicazioni a basso costo e ad alta coppia, ma richiedono una manutenzione periodica perché le spazzole si consumano nel tempo a causa dell'attrito. La caratteristica principale è l'uso di spazzole che trasferiscono l'energia elettrica al rotore del motore. - Servomotori DC senza spazzole
I servomotori DC senza spazzole sono efficienti, richiedono poca manutenzione e sono compatti, offrendo prestazioni e durata superiori per attività di alta precisione in ambito industriale.
- Servomotori passo-passo
I servomotori passo-passo combinano il movimento graduale con la retroazione, offrendo una precisione e un'efficienza di coppia superiori, ideali per il controllo ad anello chiuso in operazioni di precisione. Sono per lo più di tipo CC, sebbene siano disponibili anche varianti CA.
Determinare la tensione
La scelta di un servo in base alla tensione è abbastanza semplice, poiché dipende dalla tensione di alimentazione, dal tipo di corrente e dalla fase (nel caso dei servomotori CA).
Ad esempio, se si lavora con un piccolo servomotore in c.c. alimentato da un'alimentazione a 12 V c.c., è necessario un motore con tensione nominale di 12 V c.c.. Si tratta di un abbinamento semplice. Tuttavia, se la vostra applicazione si trova in un ambiente industriale con un'alimentazione trifase, come 100VAC, 200VAC o addirittura 400VAC, dovrete scegliere un servomotore CA che corrisponda ai requisiti di tensione e fase del sistema.
È inoltre importante considerare il modo in cui il motore sarà integrato nella configurazione. Assicuratevi che il motore sia in grado di gestire la tensione di ingresso e ricordate che i motori CA richiedono una maggiore attenzione sia alla tensione che alla fase perché si basano sul ciclo di alimentazione trifase.
In breve, la scelta della tensione giusta garantisce la compatibilità con la fonte di alimentazione e aiuta a evitare potenziali problemi come prestazioni insufficienti, surriscaldamento o addirittura danni al motore. La tensione del motore deve sempre corrispondere alle specifiche del sistema.
Comprendere il ciclo di lavoro
I servomotori sono classificati in base al loro tipo di servizio, come definito dalla norma IEC 60034-1 e da norme simili.
I tipi di servizio descrivono le condizioni operative del motore, tra cui il carico, il tempo e le caratteristiche termiche.
Secondo la norma IEC 60034-1, esistono 10 tipi di servizio standard per le macchine rotanti, ciascuno dei quali specifica il ciclo operativo del motore. In generale, S1, S2 e S3 si applicano alla maggior parte dei servomotori, anche se alcuni tipi di servomotori in condizioni specifiche possono utilizzare le altre descrizioni dei cicli di lavoro.
- S1 - Servizio continuo
Il motore funziona continuamente sotto un carico costante fino a raggiungere uno stato termico stabile. Comune nei trasportatori e nelle pompe. - S2 - Servizio a tempo ridotto
Il motore funziona a carico costante per un tempo limitato senza raggiungere l'equilibrio termico, seguito da un periodo di riposo. Comune negli attuatori e nelle applicazioni a ciclo breve. - S3 - Servizio periodico intermittente
Il motore funziona a cicli con periodi di funzionamento e di riposo. L'equilibrio termico non viene raggiunto. Tipico di gru e presse.
Determinare il profilo di movimento richiesto
La definizione del profilo di movimento comporta la specificazione di parametri chiave come la velocità massima, l'accelerazione e la decelerazione. Questi fattori assicurano un funzionamento fluido ed efficiente, evitando al contempo le sollecitazioni meccaniche.
Ad esempio, un robot pick-and-place potrebbe dover accelerare a 5000 mm/s² e raggiungere una velocità di 1000 mm/s per soddisfare i requisiti di tempo ciclo. Al contrario, una macchina CNC potrebbe richiedere un controllo preciso dell'accelerazione per evitare un eccesso di velocità, utilizzando valori come 200 mm/s² per variazioni graduali della velocità.
Inoltre, fattori come il tempo di sosta, il jerk (velocità di variazione dell'accelerazione) e l'inerzia del sistema influiscono sull'efficienza del movimento. Un profilo di movimento ben ottimizzato bilancia velocità e controllo, riducendo l'usura e il consumo energetico e garantendo al contempo l'accuratezza in applicazioni come la robotica, i trasportatori o la lavorazione di precisione.
Determinare il rapporto di inerzia
Il rapporto di inerzia è un parametro fondamentale nella progettazione dei sistemi di servomotori. È definito come il rapporto tra l'inerzia del carico e l'inerzia del rotore del motore, diviso per il quadrato del rapporto di riduzione. Matematicamente, si esprime come:
Rapporto d'inerzia = Jcaricare / Jmotore × (Rapporto di trasmissione)2
Dove:
Joad = Inerzia del carico
Jmotore = Inerzia del rotore del motore
Questo rapporto quantifica la resistenza del carico alle variazioni di movimento rispetto alla capacità del motore di controllare tale movimento.
La comprensione e il calcolo del rapporto di inerzia è un passo fondamentale per comprendere le prestazioni del servosistema. Un rapporto di inerzia adeguato consente al motore di rispondere rapidamente senza essere sopraffatto dall'inerzia del carico. Se l'inerzia del carico è troppo elevata, il motore può diventare lento, con una scarsa precisione e tempi di assestamento più lunghi. Un rapporto di inerzia basso, invece, può portare a instabilità o a un'eccessiva reattività, causando oscillazioni o stress.
Molti principianti non tengono conto di questo fattore nel dimensionamento di un servomotore, causando potenzialmente sistemi inefficienti o guasti. Idealmente, si consiglia un rapporto di inerzia compreso tra 3:1 e 10:1, anche se può variare a seconda dell'applicazione specifica.
Impatto del rapporto d'inerzia sulle prestazioni del servo
Miglioramento delle prestazioni
Le prestazioni del servo migliorano al diminuire del rapporto di inerzia. Rapporti più bassi rendono il sistema più reattivo, riducono l'overshoot e migliorano la precisione e la stabilità.
Regolazione del loop di controllo
Un rapporto di inerzia più basso facilita inoltre la regolazione dell'anello di controllo. Il servo risponde in modo più prevedibile, con meno oscillazioni o ritardi, contribuendo a ottenere un movimento preciso e stabile.
Linee guida del rapporto di inerzia
Un rapporto d'inerzia ideale è di circa 5:1 per la maggior parte dei sistemi, che offre un buon equilibrio tra controllo ed efficienza. 10:1 è spesso il limite massimo accettabile. I rapporti inferiori a 1:1 in genere non offrono prestazioni migliori e possono portare a motori sovradimensionati e più costosi senza un reale beneficio.
Costi e prestazioni
Abbassare troppo il rapporto d'inerzia può far lievitare i costi senza ottenere vantaggi significativi. Dopo un certo punto, una riduzione non si traduce in prestazioni sensibilmente migliori.
Meccanismi del mondo reale
I sistemi reali presentano imperfezioni: le cinghie si allungano, i giunti si flettono e gli ingranaggi hanno un gioco. Questi effetti peggiorano con rapporti di inerzia elevati, causando un ritardo o una "elasticità" nel modo in cui il motore sposta il carico.
Problemi di feedback e controllo
I servomotori utilizzano encoder e controllo PID per mantenere la precisione. Ma con rapporti di inerzia elevati, l'effetto molla può causare instabilità o oscillazioni. La riduzione del guadagno aiuta, ma a costo della reattività.
Servoazionamenti ad alte prestazioni
I moderni servoazionamenti, dotati di funzioni quali l'autotuning, la soppressione della risonanza e la reiezione dei disturbi, possono gestire rapporti di inerzia fino a 30:1. Gli azionamenti più semplici, invece, hanno spesso bisogno di rapporti di 3:1 o inferiori per funzionare in modo affidabile.
In che modo i fattori ambientali influiscono sulla selezione dei servomotori?
Quando si sceglie un servomotore, è fondamentale considerare i fattori ambientali che possono influire sulle sue prestazioni e sulla sua durata. Ecco alcune considerazioni ambientali fondamentali:
Temperatura ambiente
Temperature ambientali più elevate possono ridurre la capacità di coppia continua del motore. In ambienti caratterizzati da temperature elevate o da esigenze di coppia continua, i sistemi di raffreddamento a liquido possono contribuire a mantenere le prestazioni. Tuttavia, è essenziale evitare il contatto diretto con la meccanica e le connessioni del motore.
Contaminazione
Polvere, sporcizia e altri agenti contaminanti possono influire sulle prestazioni del motore, soprattutto in ambienti industriali. La sigillatura del motore o l'uso di coperture protettive possono contribuire a tenere lontani gli agenti contaminanti, garantendo un funzionamento più fluido e una maggiore durata del motore.
Vibrazione
Le vibrazioni eccessive possono compromettere la precisione del motore e ridurne la durata. Per gli ambienti soggetti a vibrazioni elevate, la scelta di motori con design resistenti alle vibrazioni o l'utilizzo di dispositivi aggiuntivi di smorzamento delle vibrazioni possono contribuire a proteggere il sistema.
Curve velocità-coppia: Comprensione e utilizzo
Le curve velocità-coppia mostrano la coppia che un servomotore può erogare a diverse velocità. Esse contribuiscono a garantire che il motore soddisfi i requisiti dell'applicazione senza surriscaldarsi o sottoperformare.
Leggere la curva
La curva presenta due zone principali:
- Regione continua - qui il motore può funzionare indefinitamente senza surriscaldarsi.
- Regione intermittente - coppia più elevata, ma solo per brevi intervalli, in base ai limiti di coppia RMS.
La tensione è importante
Le prestazioni del motore dipendono dalla tensione di ingresso. A 480 VCA, un motore può erogare la coppia massima fino a 3000 giri/min, ma la coppia diminuisce a velocità superiori. A 380 VCA, lo stesso motore potrebbe faticare a raggiungere i 2500 giri/min o a fornire la coppia richiesta.
Indebolimento del campo
A velocità molto elevate, i motori entrano nel campo di indebolimento del campo, dove la coppia diminuisce indipendentemente dalla tensione. La scelta della tensione giusta è fondamentale per rimanere in zone operative sicure.
Strumenti pratici
Software come gli strumenti di azionamento di KEB visualizzano queste curve, facilitando l'abbinamento dei motori (come il TA3S) all'applicazione sulla base di dati reali sulle prestazioni.
Selezionare i riduttori e gli ingranaggi appropriati
I riduttori aiutano a ottimizzare le prestazioni dei servomotori per i carichi reali. Sebbene alcune applicazioni traggano vantaggio dai motori ad azionamento diretto, la maggior parte delle macchine richiede la riduzione degli ingranaggi per sfruttare appieno la coppia di un servo in un'ampia gamma di velocità.
Perché usare la riduzione a ingranaggi?
I riduttori adattano il motore al carico in tre modi principali:
- Riduzione della velocità - rallenta la potenza del motore per soddisfare le esigenze dell'applicazione.
- Aumento della coppia - la coppia in uscita aumenta in proporzione al rapporto di trasmissione.
- Rapporto di inerzia più basso - l'inerzia del carico che si riflette sul motore si riduce del quadrato del rapporto di trasmissione, migliorando il controllo e la reattività.
Considerazioni chiave per la scelta del cambio:
- Rapporto di trasmissione - Calcolato in base al rapporto dei denti tra gli ingranaggi. Scegliere un rapporto che bilanci le esigenze di coppia e l'inerzia.
- Velocità del motore - I motori ad alta velocità necessitano spesso di una riduzione per evitare di sovraccaricare il carico.
- Requisiti di coppia - La riduzione degli ingranaggi può amplificare la coppia senza bisogno di un motore più grande.
- Corrispondenza d'inerzia - Un rapporto di trasmissione adeguato migliora notevolmente la stabilità del servo e la regolazione dell'anello di controllo.
- Inerzia del riduttore - Utilizzare i dati dei produttori di riduttori per tener conto dell'inerzia totale del sistema.
Sebbene l'azionamento diretto sia ideale in alcuni casi, i servosistemi a ingranaggi rimangono essenziali per molte applicazioni di precisione e a coppia elevata.
In che modo la compatibilità del sistema di controllo influenza la scelta del servomotore?
La compatibilità con il sistema di controllo è un passo fondamentale nella scelta di un servomotore. Il motore deve integrarsi perfettamente con l'architettura di controllo e azionamento esistente per garantire una comunicazione affidabile, un controllo del movimento accurato e prestazioni efficienti del sistema.
Considerazioni sul sistema di controllo delle chiavi:
Compatibilità dell'interfaccia di controllo
I servoazionamenti utilizzano diversi metodi di controllo. La scelta di quello giusto dipende dal sistema esistente:
- Controllo analogico - Utilizza segnali di tensione o di corrente per regolare la velocità o la coppia. Semplice ma meno preciso.
- Controllo a impulsi e direzione - Comune nelle applicazioni di sostituzione di CNC e stepper.
- Reti servo (ad esempio, EtherCAT, CANopen, PROFINET) - Forniscono comunicazioni sincronizzate ad alta velocità, una diagnostica migliore e un cablaggio minimo. Ideale per sistemi complessi o multiasse.
Comunicazione azionamento-motore
Verificare che il servoazionamento possa comunicare efficacemente sia con il motore che con il PLC o il controllore, utilizzando i protocolli supportati. Sistemi incompatibili possono richiedere convertitori o integrazioni personalizzate, con conseguente aumento della complessità e dei costi.
I servomotori devono corrispondere agli standard di comunicazione, ai metodi di controllo e ai sistemi di retroazione utilizzati dall'infrastruttura di controllo esistente. La scelta di componenti compatibili semplifica l'integrazione, riduce i tempi di configurazione e garantisce un controllo fluido e preciso.
Selezionare i servoazionamenti e i componenti di trasmissione di potenza giusti
Dopo aver scelto il servomotore, il passo successivo è quello di scegliere un servoazionamento adatto al sistema, nonché i vari componenti hardware necessari per trasmettere la coppia dal motore al carico. Ecco come assicurarsi che sia adatto alle proprie esigenze:
Scegliere il servoazionamento giusto
- Capacità di corrente: Assicurarsi che il servoazionamento abbia una capacità di corrente superiore di almeno 25% a quella che si prevede di utilizzare nel sistema. Questo margine aggiuntivo consente di gestire condizioni impreviste come l'aumento dell'attrito o l'usura della macchina.
- Spazio per la tensione: Scegliere un alimentatore e un servoazionamento con un buffer 25% superiore ai limiti di sottotensione e sovratensione. Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni con fluttuazioni di tensione o frenatura rigenerativa, come i carichi verticali.
- Isolamento: Utilizzare un trasformatore di isolamento o un isolamento ottico per proteggere il sistema da rischi elettrici e danni ai componenti. In questo modo si mantengono separate le masse di segnale e di alimentazione, evitando i problemi legati alle masse fluttuanti.
- Appropriazione di energia: Non sopravvalutate il vostro fabbisogno energetico. Una potenza eccessiva può comportare uno spreco di spazio e di costi. Adattare la potenza erogata alle esigenze specifiche dell'applicazione per ottenere la massima efficienza.
Caratteristiche della trasmissione di potenza:
Quando si scelgono i componenti della trasmissione di potenza, si devono considerare caratteristiche essenziali come gli alberi motore con chiavetta, le guarnizioni dell'albero, i freni di mantenimento (soprattutto per i carichi verticali) e le resistenze di frenatura esterne.
Queste caratteristiche sono necessarie per garantire che la coppia del motore sia trasferita in modo affidabile al carico, migliorando al contempo la sicurezza e le prestazioni del sistema. Gli alberi del motore con chiavetta impediscono lo slittamento, le guarnizioni dell'albero proteggono dalla contaminazione e i freni di stazionamento assicurano la stabilità per le applicazioni a carico verticale. Le resistenze di frenata esterne gestiscono l'energia in eccesso della frenata rigenerativa, evitando il surriscaldamento e garantendo un uso efficiente dell'energia.
Efficienza
L'efficienza dei servomotori riguarda la quantità di corrente necessaria per mantenere una coppia costante (nota come costante di coppia, Kt). Gli avvolgimenti del motore sono disponibili in diverse configurazioni:
- Gli avvolgimenti con una migliore efficienza di corrente hanno capacità di velocità inferiori.
- Gli avvolgimenti con capacità di velocità superiori hanno un'efficienza di corrente inferiore.
Scegliete l'avvolgimento in base alla velocità richiesta e alla scelta più efficiente per le vostre esigenze.
Durata e manutenzione
La durata di un servomotore è influenzata da vari fattori, tra cui l'ambiente operativo e le esigenze specifiche dell'applicazione. Sebbene la maggior parte dei produttori stimi una durata di 20.000-30.000 ore, la longevità effettiva dipende in larga misura dalla configurazione, dalla manutenzione e dalle condizioni di utilizzo.
In condizioni ideali, un servomotore potrebbe funzionare per decenni, ma in condizioni di stress estremo o di scarsa manutenzione potrebbe guastarsi in meno di un anno. La scelta del servomotore giusto per l'applicazione richiesta può allungare notevolmente la durata di vita del servomotore. Oppure, per dirla in un altro modo, scegliere quello sbagliato può portare a un guasto precoce molto rapidamente.
Costo
Infine, arriviamo all'elemento costo, che per molti potrebbe essere la prima cosa da considerare.
Il costo di un sistema di servomotori varia in base a fattori quali il tipo di motore, le specifiche dell'azionamento e la complessità dell'applicazione. I modelli di fascia più alta, come i servomotori brushless in c.c. o in c.a., offrono maggiore efficienza, precisione e longevità, ma hanno un prezzo più elevato.
Anche i componenti aggiuntivi, come i servoazionamenti, gli elementi di trasmissione di potenza e le funzioni opzionali (come i freni di mantenimento o le resistenze esterne), possono aumentare il costo. Tuttavia, investire in un servosistema di qualità è spesso più conveniente nel lungo periodo, in quanto riduce la manutenzione, migliora le prestazioni e prolunga la durata dell'apparecchiatura.
Come dice il vecchio detto, compra bene... o compra due volte!
Conclusione
Dopo aver letto questo articolo, si spera che siate meglio attrezzati per decidere quale servomotore scegliere per l'applicazione prevista.
Come abbiamo visto, la scelta del servomotore giusto dipende da una serie di requisiti tecnici che vanno dalle coppie e velocità alle considerazioni ambientali. L'acquisto di un servomotore non conforme alle specifiche può comportare il mancato funzionamento del sistema (nel migliore dei casi) o la distruzione dell'apparecchiatura e potenzialmente anche lesioni (nel peggiore dei casi).
E naturalmente c'è l'aspetto dei costi. L'acquisto del servomotore giusto (magari con un po' di margine in più in termini di prestazioni) garantirà al macchinario prestazioni ottimali al miglior prezzo, mentre l'eccesso di elementi indesiderati può far lievitare il prezzo.
Se seguite la nostra guida e fate una scelta informata, il vostro motore avrà una lunga vita, funzionerà in modo affidabile e farà ciò che sa fare meglio: torcere, far girare gli oggetti e spostare i carichi in modo estremamente preciso.
