Sebbene gli encoder siano i dispositivi di retroazione maggiormente applicabili per i servosistemi che richiedono la massima precisione, anche i resolver e i sensori a effetto Hall sono scelte appropriate per affrontare sfide specifiche. Qui esploriamo come funzionano, le opzioni disponibili e i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna in relazione a specifiche applicazioni.
Sensori a effetto Hall
Quando una macchina non richiede un controllo preciso della velocità o un'alta risoluzione dal sistema di motion, i sensori di retroazione a basso costo come i dispositivi a effetto Hall sono un'opzione ideale. Questi sensori digitali on/off misurano l'intensità di un campo elettromagnetico o di un campo magnetico permanente, generando un impulso a ogni passaggio del campo.
I dispositivi a effetto Hall sono disponibili in pacchetti autonomi che sono montati all'interno del servomotore. Nei servomotori brushless, questi sensori sono a volte incorporati negli avvolgimenti dello statore e attivati dai magneti del rotore. Questi dispositivi segnalano la posizione dell'albero, che può anche essere convertita in dati di velocità o accelerazione.
I dispositivi a effetto Hall sono comunemente utilizzati nei servosistemi a sei fasi commutati, un tipo di commutazione elettronica che richiede elettronica di azionamento relativamente semplice e che è spesso utilizzata per sistemi CC brushless. I sensori a effetto Hall sono utilizzati al meglio se abbinati a un encoder incrementale, comunemente noto come comcoder. Il vantaggio di questo accoppiamento è che puoi ottenere una risoluzione più alta rispetto a un dispositivo a effetto Hall da solo, e non è necessario eseguire una sequenza di "wake and shake" per determinare l'angolo di commutazione, poiché questo è gestito dal sensore a effetto Hall.
Tuttavia, il controllo trapezoidale piuttosto che sinusoidale supportato dai sensori a effetto Hall potrebbe non essere adatto ad alcune applicazioni industriali di servomotori perché può essere meno efficiente nella produzione di coppia rispetto ad altri metodi di commutazione. Peggio ancora, questo controllo grossolano può generare elevate fluttuazioni di coppia a causa di brusche transizioni di corrente, che di solito producono piccole ma rilevabili variazioni di velocità. In alcuni casi, la fluttuazione della coppia può deteriorare seriamente le prestazioni complessive di un sistema di azionamento.
Con gli azionamenti a corrente sinusoidale, i sensori Hall possono essere utilizzati in combinazione con retroazione dell'encoder incrementale per fornire una commutazione sinusoidale precisa. Nei servoazionamenti, i sensori Hall funzionano anche come sensori di corrente per chiudere l'anello di corrente. In altre applicazioni industriali, possono essere utilizzati per rilevare la posizione degli alberi a gomito, delle camme o di altri dispositivi meccanici.
Resolver
I resolver, insieme agli encoder, gestiscono la maggior parte dei compiti di controllo del motion ad anello chiuso. Un resolver è un trasformatore rotante con un primario e due secondari. Il primario è alimentato da una tensione CA. I secondari accoppiano la tensione di ingresso in modo raziometrico in base alla posizione dell'albero.
I segnali sinusoidali risultanti, seno e coseno, vengono convertiti in segnali digitali nel controller di azionamento tramite convertitori da resolver a digitale (RDC) o tramite software di interpolazione nell'azionamento. Un resolver a due poli (a velocità singola) fornisce un segnale di posizione assoluta all'interno di una rivoluzione del motore.
Poiché i resolver sono dispositivi analogici, forniscono segnali relativamente puliti. La loro ampia gamma ad alta tensione li rende anche meno suscettibili al rumore. La risoluzione di uscita convertita è generalmente determinata nell'azionamento e può arrivare fino a 16 bit. Tuttavia, la risoluzione potrebbe essere limitata dalla velocità del motore a causa di una limitazione della frequenza massima.
I resolver possono essere a velocità singola o multipla, con il numero di "velocità" che indica il numero di cicli elettrici generati per ogni rivoluzione meccanica (da non confondere con la velocità fisica). In altre parole, i conteggi per rivoluzione aumentano di un fattore della "velocità" del resolver.
I resolver hanno molte caratteristiche positive: sono dispositivi robusti che sono altamente resistenti al rumore EMI e sono molto tolleranti al calore, alle vibrazioni e agli urti. I resolver sono comunemente classificati a 155ºC, con modelli speciali in grado di resistere a 230ºC, e possono anche essere resistenti alle radiazioni.
Tuttavia, i resolver richiedono più elettronica per la conversione del segnale rispetto a quanto necessario per i sistemi basati su encoder. Inoltre, sono generalmente meno precisi degli encoder ottici, sebbene alcune versioni, conosciute come unità a denti avvolti, migliorino questo aspetto. Le tecniche di produzione utilizzate per queste unità mantengono al minimo la variazione da parte a parte, il che aumenta l'accuratezza della produzione di circa il 50%.
I resolver brushless frameless sono comunemente utilizzati nei servomotori grazie alle ridotte esigenze di manutenzione e a un ampio foro passante che può ospitare modifiche al motore come alberi cavi e opzioni aggiuntive di estensione dell'albero.
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