Back to top

La schermatura dei cavi: eliminare le interferenze elettromagnetiche (EMI) nei sistemi di motion

03 Gen 2022
Esperti di Kollmorgen

Se nel vostro sistema di movimento si verificano movimenti indesiderati o si osservano difetti inspiegabili degli azionamenti, vi possono essere diverse cause. Per esempio, la configurazione del motion attraverso l'azionamento, un programma mal progettato all'interno del controllo e la commutazione del motore o del feedback a 180 gradi fuori fase possono causare tutti un movimento indesiderato. Per questa analisi considereremo come le carenze nella scelta e nell'installazione dei cavi del motore possono contribuire a queste problematiche.

Nell'universo delle EMI (interferenze elettromagnetiche) vi sono alcune regole che occorre rispettare. Le norme FCC per i dispositivi di classe A e B, note anche come EMC (ossia compatibilità elettromagnetica), ci obbligano a mantenere il disturbo 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 suscettibilità. Inoltre, le macchine devono presentare una mancanza di suscettibilità alle 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 delle 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 catturano e trasmettono le onde radio. Casualmente, i cavi sono costituiti da lunghe e sottili estensioni in metallo, per cui maggiore è la lunghezza dei cavi del 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/disturbo eccessivo nel sistema, la macchina non funzionerà come previsto. Si possono osservare movimenti indesiderati, come un mancato arresto nella posizione stabilita, un movimento della macchina che non dovrebbe avvenire o un arresto non previsto. Si possono anche osservare rari guasti dell'azionamento per aspetti legati ai dispositivi di retroazione o ai loop di corrente.

Per evitare questi problemi, occorre utilizzare cavi con coppie intrecciate e schermatura. La schermatura intorno a un cavo serve a proteggere il cavo dall'EMI generata da altre aree del sistema di motion. 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%. Per i cavi 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? 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 installato 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 ad essa non hanno una messa a terra corretta, quindi i fili all'interno della schermatura del cavo 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 è essenziale per proteggere il cavi dal disturbo dovuto a EMI. Ma la soluzione migliore potrebbe essere eliminare alla fonte il disturbo dovuto a EMI. In molti casi un errore di cavo su un asse ha generato problemi con 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 i cavi dell'asse secondario uno a uno 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 checklist relativa al disturbo da interferenza elettromagnetica e vedere i temi correlati sotto.

Info sull'autore

Kollmorgen Experts

Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

Consulta un esperto
Aerospaziale e Difesa
Applicazioni
Business
Embedded Motion
Engineering
Fieldbus
Food Regulations
Generale
I veicoli a guida automatica
Installazioni - consigli
Interconnectivity
La nostra storia
Medicale
Oil and Gas
Packaging
Partnerships universitarie
Robotica
Tecnologia