I motori CC a spazzole continuano a essere utilizzati in trasportatori, avvolgitori, banchi di prova e macchine di produzione obsolete perché la loro coppia è facile da controllare e i sistemi installati possono funzionare per decenni. La scelta dell’azionamento determina quanto uniformemente viene prodotta tale coppia e quanto facilmente la macchina può essere modernizzata.

Due approcci comuni sono la conversione CA a SCR con controllo di fase e la modulazione ad ampiezza degli impulsi ad alta frequenza da una sorgente CC o da un bus raddrizzato.

Un azionamento deve essere compatibile con la tensione e la corrente di armatura, la configurazione del campo, il feedback, il ciclo di lavoro e i requisiti di arresto.

Gli azionamenti a SCR controllano quando scorre la corrente di rete

Un SCR conduce dopo l’attivazione del gate e si spegne quando la corrente scende al di sotto del suo livello di mantenimento. Ritardando l’angolo di innesco in ciascun semiperiodo della CA, l’azionamento modifica la tensione media di armatura.

Questo approccio è robusto e familiare nelle macchine più vecchie, ma l’uscita contiene ondulazioni legate alla rete. A bassa velocità, la coppia può diventare meno uniforme e la forma d’onda in ingresso può presentare uno scarso fattore di potenza e armoniche. L’inversione o il funzionamento rigenerativo richiedono la topologia di ponte appropriata.

Gli azionamenti PWM controllano il ciclo di lavoro

Un azionamento PWM commuta i transistor a una frequenza molto più elevata e varia il tempo di conduzione per impostare la tensione media di armatura. L’induttanza del motore rende uniforme la corrente, garantendo buone prestazioni a bassa velocità e una risposta rapida quando l’anello di controllo è regolato correttamente.

Il ciclo di lavoro modifica la tensione media, mentre il feedback della corrente protegge il motore e regola la coppia.

Gli ammodernamenti sono decisioni di sistema

Prima di sostituire un azionamento a SCR, occorre verificare se il motore dispone di un campo a magneti permanenti o ad eccitazione separata, i valori nominali dell’armatura, il feedback del tachimetro o dell’encoder, l’inversione richiesta, l’energia di frenatura, il profilo di sovraccarico e la velocità minima. I contattori e le resistenze di frenatura dinamica esistenti possono interagire in modo diverso con un nuovo controllore.

La PWM ad alta frequenza può introdurre interferenze elettromagnetiche e tassi di variazione della tensione più elevati. Potrebbe essere necessario migliorare il cablaggio, la schermatura, la messa a terra e i filtri. Anche un motore più vecchio dovrebbe essere sottoposto a un’ispezione dell’isolamento, delle spazzole, del commutatore e dei cuscinetti prima di applicare un controllo più rapido.

I controllori disponibili sono presenti nella sezione azionamenti e controllo del movimento, mentre il coordinamento della sequenza della macchina rimane un compito dei sistemi PLC e PAC.

Selezionare in base all’intervallo operativo

Confrontate la corrente continua e di picco, l’intervallo di velocità, l’ondulazione della coppia, le esigenze a quattro quadranti, la rigenerazione verso la rete, il grado di protezione dell’involucro, il declassamento in base alla temperatura ambiente, la diagnostica e le competenze necessarie per la manutenzione. Un azionamento più economico può risultare costoso se non è in grado di riprodurre il comportamento di arresto o di tensionamento della macchina esistente.

Opinione dell’autore: la PWM è generalmente la scelta più efficace per i nuovi progetti, ma la sostituzione di un sistema a SCR funzionante dovrebbe essere giustificata da vantaggi misurabili. Il successo dell’ammodernamento dipende dal motore, dal feedback, dalla meccanica e dal circuito di frenatura, non dal solo metodo di commutazione.