funzionamento motore lineare

[giobos]

Buongiorno,

 

mi trovo a lavorare con un motore lineare sincrono a magneti permanenti.

Come caratteristica tecnica indicano un dato chiamato "magnetic pitch" espresso in mm. In questo caso è 24 mm.

Cosa indica questa caratteristica?

 

Grazie

[SandroCalligaro]

E' il "passo elettrico", cioè la distanza tra gli assi di due coppie polari vicine.

https://granitedevices.com/wiki/Configuring_linear_servo_motor

In un motore rotativo sarebbe un angolo corrispondente ad un angolo giro diviso per il numero di coppie polari.

 

Sarà necessario inserire quel dato nel drive (oppure potrebbe venir rilevato con una procedura automatica), per la gestione dell'encoder.

[giobos]

Ok grazie, sarebbe il corrispettivo in mm dei gradi di una coppia polare?

Non riesco a capire bene perchè serve questo dato all'azionamento...

 

Grazie

[SandroCalligaro]

Sì. Per il controllo di un sincrono con sensore occorre conoscere la relazione tra la posizione meccanica e quella elettrica.

 

Se l'encoder misura la distanza (avrà ad esempio una specifica sul numero di impulsi a mm), il passo sarà il fattore di scala da applicare per fare la conversione posizione/velocità meccanica->elettrica (offset a parte).

 

Se invece si usa un sensore magnetico che "sente" il campo dei magneti di rotore, allora il problema è inverso, cioè occorre sapere quanta distanza si percorre meccanicamente in un periodo del sensore.

 

Nei motori rotativi è la stessa cosa, solo che in quel caso sia il numero di coppie polari che la risoluzione del sensore sono definiti sempre sull'angolo giro meccanico.

[giobos]

Grazie Sandro, ma devo confessarti che non ho ancora capito benissimo il tuo discorso.

Dalla guida che hai postato, sembra che il "magnetic pole pitch" riguardi la guida di statore più che il rotore. Quindi sembrerebbe che sullo statore ci siano i magneti e che il passo tra questi sia questo valore di "magnetic pole pitch", sbaglio?

Mentre la parte mobile del motore lineare sembra essere il "rotore" del motore rotativo sincrono, confermi?

 

Hai una guida sul funzionamento di questi motori?

 

Grazie

[SandroCalligaro]

Lo "statore" è quello alimentato (quindi non quello con i magneti); se poi pensi che il moto è relativo, è solo un discorso di convenzione.

 

La molteplicità di statore e rotore deve essere coerente, quindi il passo sarà lo stesso, sia che valuti come si ripete l'effetto degli avvolgimenti di statore, sia che guardi i magneti del "rotore".

 

Non ho materiale su questi motori, e non ci ho mai lavorato su, ma so che solitamente si fa l'analogia con un motore rotativo, in effetti c'è una figura in proposito all'indirizzo che ho postato.

[Livio Orsini]

banalizzando e semplificando.

Pensa ad un tradizionale motore rotativo che abbia un raggio di rotazione infinito ed avrai un motore lineare. Una volta che hai fatto questa analogia tutto il resto viene di con seguenza.

[giobos]

Grazie a tutti, devo studiarlo ancora un pò

Il driver che comanda il motore lineare (SINADRIVES), alla prima accensione, ha bisogno di una procedura di messa in servizio. Da manuale leggo testualmente che questa procedura viene chiamata "magnetic poles position detection" o "magnetic poles position estimation". La prima prevede l'utilizzo di appositi sensori ("CS sensor" sono sensori ad effetto hall?), mentre il secondo tipo non prevede l'utilizzo di questi sensori

Non voglio entrare nello specifico degli algoritmi di stima o altro, ma vorrei solo capire concettualmente il perchè di questa procedura.

E' tipica dei motori lineari?

Ricordo che questa procedura si fa solo dopo lo spegnimento e la successiva riaccensione dell'azionamento.

 

Spero di essermi spiegato, grazie preventivamente delle risposte

[SandroCalligaro]

La necessità di determinare la posizione elettrica iniziale (all'accensione) c'è per tutti i motori sincroni, a meno che il sensore non sia assoluto.

 

Anche con sensore assoluto normalmente occorre, durante la messa in servizio, identificare lo sfasamento tra posizione data dal sensore e posizione dello zero magnetico del rotore (a meno che questo non sia già noto, grazie ad un montaggio del sensore fatto ad hoc).

 

I metodi sono in pratica di due tipi:

-forzare la posizione del rotore allineandolo con una corrente continua elevata (semplice, ma causa spostamento incontrollato e la precisione dipende dal carico, inoltre non funziona bene nel caso di magneti annegati nel rotore)

-sfruttare l'anisotropia magnetica del rotore (è molto variabile da motore a motore, potrebbe non funzionare su alcuni, ed è più complicato da implementare)

[giobos]

Quote

La necessità di determinare la posizione elettrica iniziale (all'accensione) c'è per tutti i motori sincroni, a meno che il sensore non sia assoluto.

 

Anche con sensore assoluto normalmente occorre, durante la messa in servizio, identificare lo sfasamento tra posizione data dal sensore e posizione dello zero magnetico del rotore (a meno che questo non sia già noto, grazie ad un montaggio del sensore fatto ad hoc).

Grazie Sandro,

 

ma come mai c'è bisogno di fare questa procedura di "ricerca dell'angolo elettrico"? Cosa intendi quando parli di "zero magnetico del rotore"?

 

Grazie

[Livio Orsini]

Il problema è abbastanza semplice. Detto in modo banale: il regolatore deve conoscere la posizione relativa tra statore e rotore per poter regolare correttamente il flusso.

Il sensore assoluto più comunenemte usato con i motori brushless ed anche con gli asincroni è il resolver, il cui segnale sinusoidale da un'informazione assoluta dell'angolo compreso tra 0 e 2pi. Però al regolatore è sconusciuta la posizione relativa tra la posizione angolare zero del resolver e quella del rotore, quindi al primo avviamento è necessario effettuare la misura di questo angolo.

[SandroCalligaro]

Avevo lasciato a metà una risposta un po' lunga, nel frattempo Livio ti ha già risposto...

Mi permetto di dire che il resolver come sensore è un po' in declino, per quanto posso vedere io, ma questo non cambia nulla nel ragionamento.

 

 

Con sensore assoluto, già all'accensione sai dove il "rotore" si trova, dal punto di vista meccanico.

Con sensore incrementale, per conoscere la posizione (meccanica) assoluta devi aver già "letto" (cioè deve essere passata per il sensore) la tacca di zero.

In entrambi i casi, la posizione che misuri è quella meccanica, ed il suo zero si trova in una certa posizione del rotore, che dipende in pratica dal montaggio dell'encoder.

 

Per il controllo, invece, occorre conoscere la posizione degli assi magnetici del rotore, che vengono comunemente chiamati asse diretto (d) ed in quadratura (q), e che sono tra loro ortogonali (vedi trasformazione di Park). Questa posizione viene convenzionalmente misurata a partire dall'asse della prima fase di statore (dal punto di vista del controllo, sarà quella che è collegata all'uscita "U" dell'inverter).

Siccome solitamente la struttura magnetica di statore e rotore si ripete più volte nel giro, la posizione e la velocità meccanico-elettrica  (cioè quelle che rappresentano come si "muovono" gli assi magnetici, e anche le grandezze elettriche durante il controllo) è multipla di quella meccanica, secondo il numero di coppie polari.

Per un motore (rotativo) a magneti permanenti, l'asse d è disposto lungo la direzione del vettore del flusso del magnete permanente. Il controllo di coppia normalmente si attua imponendo un vettore di corrente lungo l'asse q di ampiezza proporzionale alla coppia richiesta.

 

Occorre quindi sapere qual è la differenza tra la posizione meccanica misurata dall'encoder e quella meccanico-elettrica misurata dell'asse del magnete permanente. In alcuni (rari) casi, il costruttore del motore monta l'encoder in modo che questa differenza di angolo sia nota (solitamente nulla), nella maggior parte dei casi viene determinata in fase di messa in servizio (di solito nell'auto-tuning).

Il metodo più semplice per determinare la differenza di cui parlavo sopra è quello di portare il rotore nello "zero" della posizione meccanico-elettrica, cioè leggere la posizione del sensore quando (a carico molto basso) si sta imponendo una corrente continua abbastanza alta sulla fase U. Gli altri metodi si basano su un meccanismo un po' più complicato, che permette di evitare di far muovere il rotore.

[giobos]

Ciao,

Riprendo in mano questa discussione per chiedere una cosa sulla ricerca dello zero elettrico.

Il sistema di dare una corrente continua alta sulla fase u, con un carico collegato, può andare in crisi? Ho capito giusto? È meglio quindi effettuare questa procedura a vuoto e poi "salvare" questa misura se l'azionamento lo permette?

 

Grazie 

[SandroCalligaro]

Sì, è esatto.

La precisione dell'allineamento con corrente DC è influenzata dal carico meccanico, addirittura anche dagli attriti.

 

Inoltre, ma non è certamente il tuo caso, nei motori IPM (cioè a magneti permanenti annegati), anche senza carico meccanico la procedura può essere sbagliata, cioè invece di trovare lo zero elettrico si trova una posizione relativamente vicina, con un errore che può essere consistente (decine di gradi).

[giobos]

Buongiorno,

 

scusate se riprendo in mano questa discussione a distanza di 1 anno ma sto ancora lavorandoci su.

Credo che questa procedura che il driver fa vada sotto il nome italiano di "fasatura" del motore brushless (lineare o rotativo che sia), confermate?

 

Mi trovo ad avere sul motore lineare una situazione alquanto strana. Premetto che la riga ottica ha un encoder incrementale TTL A-B-Z.

La procedura di fasatura credo venga effettuata come ha detto Sandro, cioè imponendo una corrente continua sulle varie fasi del motore.

La procedura va sempre a buon fine (il drive non segnala nessun errore), ma quando vado su con le velocità (3000 mm/s) vedo la coppia saturare in maniera anomala in un solo verso del moto.

E' possibile che questo problema sia dovuto alla fasatura del motore non perfetta? Magari perché come ha detto Sandro il carico ha degli attriti o, all'atto della fasatura, si trova in una posizione "scomoda" (dal punto di vista della riga)?

 

Ho visto che è possibile eseguire la fasatura con i sensori ad effetto Hall. Porterebbe dei vantaggi rispetto al metodo di imprimere corrente DC sulle fasi del motore?

 

 

[Livio Orsini]

Se i sensori ad effetto hall sono usati per rilevare la fase statore-rotore, o l'equivalente in un motore lienare, si ha un riconoscimento di fase più grossolano ed impreciso rispetto ad un trasduttore di posizione tradizionale come un encoder o un resolver.

I sensori hall sono solitamente usati nei brushless trapezoidali o cc.

[SandroCalligaro]

Immagino che giobos si riferisca alla sola fasatura dell'encoder basata sulle sonde di Hall.

È comunque vero quello che dice Livio: l'informazione è più grossolana, pertanto è improbabile che migliori.

 

Se hai a disposizione delle acquisizioni che mostrino il problema, riportale qui, così possiamo provare ad interpretarle.

Lo "sbilanciamento" tra i due versi dovrebbe esserci principalmente durante le accelerazioni, è così?

 

Se sospetti che il problema sia legato ad una fasatura errata, potresti provare a modificare manualmente (di poco) il valore di fasatura, e poi ripetere la stessa prova, magari ricercando (se esiste) il valore per il quale non hai differenze al cambiare del verso.

[giobos]

Quote

Lo "sbilanciamento" tra i due versi dovrebbe esserci principalmente durante le accelerazioni, è così?

 

Confermo, allego immagine che conferma il comportamento.

 

Grazie delle risposte

[SandroCalligaro]

Se interpreto bene la figura, il drive sta inseguendo una variazione (indietro) della posizione di riferimento.

Se è così, la figura non dimostra molto: è normale che ci sia una differenza tra accelerazione (cioè aumento della velocità in valore assoluto) e decelerazione (diminuzione in valore assoluto), a causa delle perdite meccaniche (che "aiutano" nel riportare la velocità a zero).

Bisognerebbe confrontare questa prova con una nella quale si impone una variazione di posizione della stessa ampiezza, ma nel verso opposto.

 

PS: Sarebbe forse meglio mostrare il riferimento di posizione invece che l'errore (credo sia "Position instruction"), e fare il possibile perché i colori non siano alterati (usa immagini non compresse, es. PNG, se possibile)...

PPS: La traiettoria impostata sembra essere molto più veloce di quanto il drive sia in grado di inseguire.

[Livio Orsini]

2 ore fa, SandroCalligaro scrisse:

PS: Sarebbe forse meglio mostrare il riferimento di posizione invece che l'errore (credo sia "Position instruction"), e fare il possibile perché i colori non siano alterati (usa immagini non compresse, es. PNG, se possibile)...

PPS: La traiettoria impostata sembra essere molto più veloce di quanto il drive sia in grado di inseguire.

 

Concordo con Sandro Calligaro in tutto.

2 ore fa, SandroCalligaro scrisse:

a causa delle perdite meccaniche (che "aiutano" nel riportare la velocità a zero).

 

Questo è un fattore ben noto che deve essere tenuto sempre in debito conto quando si fanno regolazioni controllate in coppia come, ad esempio, nei controlli di avvolgimento.