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Cavi schermati: eliminare le interferenze elettromagnetiche (EMI) nei sistemi di movimento

30 Set 2019
Emily Blanchard

Se nel vostro sistema di motion si verificano movimenti indesiderati o si osservano difetti inspiegabili degli azionamenti, vi possono essere diverse cause. Ad esempio, un movimento indesiderato può essere imputabile alla configurazione del movimento tramite l'azionamento, a un programma non sviluppato adeguatamente a livello di controllo o allo sfasamento di commutazione del motore o del dispositivo di retroazione di 180 gradi. Per questo studio, andremo a esaminare situazioni generate dall'intervento di cavi motore scelti e installati senza la dovuta attenzione.

Nell'universo dell'EMI (interfaccia elettromagnetica) vi sono alcune regole che occorre rispettare. Le norme FCC per i dispositivi di classe B, note anche come norme sulla compatibilità elettromagnetica, ci obbligano a mantenere il rumore EMI che generiamo entro una determinata ampiezza all'interno di tale intervallo. Le unità di controllo, gli azionamenti e i motori, in abbinamento con altri elementi della macchina, devono avere emissioni EMI minime e un livello basso di accettabilità. Inoltre, le macchine non devono accettare fonti esterne di EMI entro l'intervallo di 30-300 megahertz. Poiché è impossibile avere un ambiente privo di EMI, un sistema (azionamento, cavo, motore) deve funzionare correttamente pur in presenza di specifici livelli di EMI. Una parte di questa resistenza dipende dalla progettazione del prodotto. Un'altra parte è legata all'integrazione del sistema.

Perché ci occupiamo dell'EMI anche per quanto riguarda i cavi? Perché un cavo soggetto a frequenze elettromagnetiche è molto simile a un'antenna. Spesso le antenne sono formate da lunghe estensioni metalliche che consentono di catturare e trasmettere le onde radio. Casualmente, i cavi sono costituiti da lunghe e sottili estensioni in metallo, per cui, maggiore è la lunghezza del cavo nel vostro sistema, più probabilità si hanno di intercettare un'onda. Questa è una delle ragioni che inducono a limitare le lunghezze dei cavi.

Se si consente un rapporto segnale/rumore eccessivo nel sistema, la macchina non funzionerà come previsto. Si possono osservare movimenti indesiderati, come un mancato arresto nella posizione stabilita, un movimento quando la macchina non dovrebbe farne alcuno o, al contrario, un arresto non previsto. Si possono anche osservare rari guasti dell'azionamento per aspetti legati ai dispositivi di retroazione o ai loop di corrente.

Uso di cavi schermati con doppini incrociati. La schermatura intorno a un cavo serve a proteggere il cavo in questione dall'EMI generata da altre aree del sistema di movimento. Si consiglia vivamente di utilizzare uno schermo magnetico per impedire che le radiazioni entrino ed escano dal cavo. (Il requisito di schermatura minima per i sistemi di azionamento e motori Kollmorgen è dell'85%, mentre per i cavi di Kollmorgen è del 90%)

Ovviamente i cavi non funzionano se non sono fissati e collegati a terra a entrambe le estremità.

Se si verificano problemi relativi al sistema, assicuratevi che il controllo dei cavi sia contemplato dalla procedura di risoluzione dei guasti. In realtà, questo potrebbe essere l'aspetto più semplice della ricerca dei problemi, pertanto andate avanti e procedete all'analisi. Che cosa state cercando?

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La prima cosa da fare è verificare la connessione del cavo all'azionamento. Nella zona del cavo in cui l'incamiciatura è stata rimossa, deve essere presente un serraggio a 360° direttamente a contatto con la schermatura. Il serraggio deve essere collegato alla piastra di terra fissata all'azionamento che, ovviamente, deve essere collegata a terra. Detto questo, potrebbe risultare l'aspetto più difficile da controllare. Spesso la piastra di messa a terra è collegata all'armadio. Se il collegamento della messa terra dell'armadio è a contatto con il metallo, allora la messa a terra funziona. Tuttavia, se nell'armadio in corrispondenza del punto di messa a terra è presente della vernice, in realtà la messa a terra non funziona. Se l'armadio è anodizzato, è probabile che la messa a terra non funzioni appieno. Se la piastra ha l'aspetto di una normale piastra metallica ma si riesce a grattare via uno strato chiaro, la messa a terra non funziona del tutto. Se la piastra di messa a terra non è opportunamente installata, i componenti collegati a essa non hanno una messa a terra corretta, quindi i fili del cavo all'interno della schermatura sono vulnerabili.

È bene ricordare che una messa a terra per EMI ad alta frequenza non è uguale alla messa a terra richiesta da codici elettrici per impedire incendi o elettrocuzione. I segnali ad alta frequenza tendono a propagarsi sul rivestimento di un filo e non attraverso l'anima di tale filo. Le viti zincate fungono da resistenza. Vernice o sottili strati di materiale tra conduttori fungono più da condensatore che da isolante. La mancanza di un percorso a bassa impedenza verso la messa a terra può comportare la diffusione del segnale EMI (trasmette, diventa aereo).

La messa a terra della schermatura contribuisce a proteggere il cavi dal rumore dovuto a EMI. La soluzione migliore potrebbe essere eliminare il rumore EMI dalla fonte. In molti casi un errore di cavo su un asse ha generato problemi su un asse completamente diverso. L'unico modo per risolvere questo problema è scollegare tutti i cavi tranne quelli dell'asse contagiato (o vittima) per confermare il funzionamento normale, quindi aggiungere nuovamente il cavo dell'asse secondario fino a quando non si individua il problema.

La capacità di un azionamento di ottenere dal motore le prestazioni e il movimento desiderati è direttamente correlata al funzionamento del cavo. Se si verifica un movimento indesiderato, verificate la messa in fase, la programmazione e le connessioni dei cavi.

Per approfondire l'argomento, potete consultare la nostra check list relativa al rumore da interferenza elettromagnetica disponibile come ampia nota applicativa in formato PDF tramite KDN e che abbiamo anche pubblicato come blog riepilogativo, nonché il libro bianco dal titolo "Grounding and Shielding Existing Equipment". L'articolo sull'eliminazione dell'EMI nei sistemi di movimento è disponibile nella pubblicazione online Machine Design.

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Info sull'autore

Emily Blanchard

Emily Blanchard - Author
Emily lavora per Kollmorgen da più di 9 anni. Dopo gli inizi nell’area vendite, ha proseguito il suo percorso professionale come Technical Writer e attualmente ricopre il ruolo di e-Learning Instructional Designer (per Kollmorgen è stata attiva anche nel mondo dei Social media). Emily è laureata in Comunicazione presso la Virginia Tech e sta conseguendo un Master in Istruzione e Formazione per Adulti. È sempre pronta a scambiare una parola scherzosa e ha scoperto che anche il mondo dell’engineering e del business hanno un loro senso dell’umorismo. Nel tempo libero le piace guardare film, si diletta in cucina e nel giardinaggio, e, soprattutto, adora trascorrere il tempo con il marito e i due figli. Emily Blanchard

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