alcuni chiarimenti su motore dc ed encoder

[marco88]

Ciao a tutti,

mi ritrovo per la prima volta in questa sezione del forum, di solito scrivo su elettronica generale 🙂

 

Mi sto imbattendo in un motore dc, questo qui https://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8830469406750/2018EN-127.pdf , per un progetto.

Dato che costa parecchio mi hanno proposto questa alternativa https://www.servocity.com/files/index/download/id/1455650442/ .

Io dovrei occuparmi della parte elettronica ma vorrei il parere di chi ha più esperienza di me con i motori. Ho quindi delle domande:

 

- Entrambi sono motori dc con spazzole, mi chiedevo: dato un motore dc generico, se si applica un encoder ed un opportuno circuito di controllo tale che si possa controllare l'angolo di spostamento con la larghezza di impulso, esso diventa un servo? oppure il motore dc deve avere particolari caratteristiche meccaniche relative alla bassa inerzia e rapidità di movimento?

 

- Il primo motore, ha una coppia di 26.3 mNm a 24V mentre il secondo a 12V ha 0.5 kgf*cm (ovvero 49mNm). A rigor di logica posso affermare che il secondo motore riesce ad esercitare una forza circa il doppio del primo?

 

- nel primo motore si hanno 8330 rpm nominali a 24V. Nel secondo motore a 12V si hanno sotto carico 624 rpm. Queste velocità sono relative alla coppia nominale /sotto carico? Nel senso, all'aumentare della coppia dovrebbe diminuire la velocità quindi pensavo che i valori indicati debbano essere riferiti a qualche situazione di qualche carico specifico.

 

- come faccio a trovare la relazione tra coppia e velocità del motore indicato? Nel primo motore c'è un grafico, mentre nel secondo motore no.

 

- Nel secondo motore c'è un rapporto di trasmissione 52/855. Io ho letto che questo rapporto ha al numeratore la velocità angolare della ruota motrice mentre al denominatore la velocità angolare della ruota condotta. In sostanza, pensavo fosse un riduttore di velocità e mi aspettavo il numeratore maggiore del denominatore. Ho capito male io?

 

- https://www.servocity.com/files/index/download/id/1455642173/ Qui c'è il pdf dell'encoder per il secondo motore. E' un encoder incrementale con due uscite in quadratura. Adesso stavo cercando di capire il numero di impulsi per revolution. Non trovandolo, ho notato che c'è scritto 360° nel periodo dell'impulso. Vuol dire che ho un impulso per ogni giro del rotore? se cosi non è troppo poco? Diciamo che inserendo un rapporto di trasmissione che diminuisce la velocità aumenta il numero di impulsi per revolution. Ma non essendomi chiaro il rapporto scritto precedente ho qualche dubbio.

 

Spero di non aver fatto domande troppo stupide.

Grazie a chi mi darà una mano

Ciao a tutti.

 

[Livio Orsini]

18 ore fa, marco88 scrisse:

 

- Entrambi sono motori dc con spazzole, mi chiedevo: dato un motore dc generico, se si applica un encoder ed un opportuno circuito di controllo tale che si possa controllare l'angolo di spostamento con la larghezza di impulso, esso diventa un servo?

 

Con il termine "servo motore" si individua, nell'ambito dell'automazione industriale, un particolare motore che,indipendentemente che sia in continua o in alternata, ha determinate caratteristiche, principalmente sono: bassissima inerzia e elevatissimi valori di coppia a basse velocità. L'aggiunta di un trasduttore di posizione non fa di un generico motore un servo motore.

 

Esistono deglio ottimi servo ac brushless, dc brushles, ma ancora oggi, per prestazioni estreme di accelerazione si deve ricorrere a particolari motori cc, a magneti permanenti "terre rare" e forma costruttiva adatta.

 

Il primo motore che hai citato è un vero piccolo servo motore, il secondo mi sembra più un generico motorino in cc di piccola potenza.

 

18 ore fa, marco88 scrisse:

Il primo motore, ha una coppia di 26.3 mNm a 24V mentre il secondo a 12V ha 0.5 kgf*cm (ovvero 49mNm). A rigor di logica posso affermare che il secondo motore riesce ad esercitare una forza circa il doppio del primo?

 

Non credo proprio. Se fai i conti con i dati che citi avrai che:

• 500gcm di coppia sono 4,935 Ncm ovvero 0.04935 Nm, mentre il primo ha ben 26.3 Nm, ovvero ben 532 volte la coppia del secondo

18 ore fa, marco88 scrisse:

come faccio a trovare la relazione tra coppia e velocità del motore indicato?

 

Non esiste una relazione coppia - velocità, ma esiste un relazione coppia-corrente di armatura, relazione che è una costante del motore.

Nei motori a magneti permanenti esiste un limite di coppia in funzione della velocità, nel caso del primo motore è il grafico con 2 aree (rossa e bianca) che indica il limite per uso continuo e uso istantaneo,mentre la curva è il limite massimo.

 

18 ore fa, marco88 scrisse:

In sostanza, pensavo fosse un riduttore di velocità e mi aspettavo il numeratore maggiore del denominatore. Ho capito male io?

 

Sembra di si. Per leggerlo bene devi pensare che per circa 16.4423 giri effettuati dall'albero motore si avrà 1 solo giro completo dell'albero di uscita.

Questa riduzione di velocità comporta un incremento simile della coppia all'albero lento, diminuito delle perdite della trasmissione, perdite che possono anche essere notevoli con questi rapporti.

 

18 ore fa, marco88 scrisse:

Nel senso, all'aumentare della coppia dovrebbe diminuire la velocità quindi pensavo che i valori indicati debbano essere riferiti a qualche situazione di qualche carico specifico.

 

No, come ho scritto prima non esiste un corrispondenza coppia velocità, se non che nei motori a magneti permanenti esiste un limite di coppia funzione della velocità.

Tanto per confonderti ancora di più le idee, semplifico alcuni concetti fondamentali sull'erogazione di coppia, dei motori a magneti permanenti.

C'è un valore di coppia che può essere richiesto da velocità zero sino alla massima.

C'è un valore di coppia che può essere erogato solo sino a certi limiti di velocità.

C'è un valore di coppia che può essere erogato solo per brevissimi periodi transitori.

C'è un valore limite di coppia oltre al quale i magneti che forniscono il campo si smagnetizzano in modo irreversibile.

 

18 ore fa, marco88 scrisse:

Non trovandolo, ho notato che c'è scritto 360° nel periodo dell'impulso.

 

NO!

Questi 360° si riferiscono al periodo dell'impulso; un semiperiodo vale 180° o, meglio, pigreco; l'intero periodo vale 360° ovvero 2*pigrego. La differenza di fase tra i due impulsi vale 90° o 1/2 * pigreco.

 

Modificato: 4 aprile 2019 da Livio Orsini

[marco88]

Ciao Livio, grazie mille per le dritte.

riguardo alla coppia del primo motore, non che voglia contraddirti, ma io leggo mNm  non Nm. Comunque a parte questo dettaglio di poco conto, il primo motore ha molte più informazioni sul suo datasheet.

Quote

Non esiste una relazione coppia - velocità, ma esiste un relazione coppia-corrente di armatura, relazione che è una costante del motore.

la relazione coppia-corrente di armatura a questo punto credo che sia quella segnata con la voce "torque constant" la cui misura è mNm/A. ma speed/torque gradient quindi cos'è?

 

Quote

NO! Questi 360° si riferiscono al periodo dell'impulso

Ok, ma come faccio a capire la relazione tra gli impulsi e la rotazione del rotore?  se non ho capito male, l'encoder incrementale, permette di riconoscere il verso di rotazione dallo sfasamento tra le due uscite, permette di individuare la velocità tramite la frequenza di questi segnali ma non dovrebbe anche dare informazioni sulla posizione tramite il numero di impulsi?

 

Per tutto il resto, cercherò qualche testo per studiare meglio queste cose.

 

Grazie

[Marco Fornaciari]

Poi sapere la posizione angolare gestendo il segnale di zero: Z.

Sempre se nell'encoder c'è. In quello che presenti non c'è.

Va da se che il riconoscimento inizia dopo il primo passaggio per lo zero.

Un alternativa è utilizzare il primo impulso dell'encoder come quello del grado 0. Poi giocando sugli sfasamenti usando entrambi i canali calcoli la posizione angolare, che in ogni caso è sempre +/- 360/impulsi giro dell'encoder.

 

Poi, a parte i discorsi sulla coppia, e al resto scritto da Livio.

In linea di principio se devi fare un vero servo da utilizzare per dei posizionamenti di precisione e veloci devi controllare l'albero di uscita con un apposito encoder, ovvero un encoder sul movimento. Eventulamente l'encoder calettato sull'asse del motore serve per mantenere costante la velocità.

Se la precisione deve essere assoluta, e magari mantenuta in assenza di corrente, ci vuole un encoder assoluto sull'asse di uscita o sul movimento.

Per mantenere costante la coppia devi gestire la corrente d'armatura assieme alla velocità.

Su alcuni servomotori che all'albero di uscita non compiono il giro completo qualcuno mette anche dei potenziomentri di precisione.

 

In ultimo, direi che in commercio quasi sicuramente esiste quello di cui hai bisogno ... probabilmente, e se necessario, basta metterci la tua etichetta.

[Livio Orsini]

13 ore fa, marco88 scrisse:

ma io leggo mNm  non Nm.

 

Hai ragione! Avrei dovuti accorgemene se avessi fatto osservazione al peso, troppo basso, ed alla velocità elevatissima con una potenza di soli 20 W.

Ma, anche se non è una giustificazione ma solo una spiegazione, andavo un po' troppo di fretta. me ne scuso.

 

13 ore fa, marco88 scrisse:

a relazione coppia-corrente di armatura a questo punto credo che sia quella segnata con la voce "torque constant" la cui misura è mNm/A. ma speed/torque gradient quindi cos'è?

 

Si è la costante coppia-corente, è quella k_c che compare nella funzione di trasferimentio C_m = k_c*I_A , mentre la costante "torque constant" sinceramente non la trovo molto utile ma, ha unn suo significato.

Pensa ad un diagramma cartesiano in cui in ordinata ci siano i valori di coppia erogabile sino al valore di cooppia di stallo. Questo valore corrisponde a quel valore di coppia resistente che, applicato al rotore, blocca la rotazione del motore.

In ascisse ci sono tutti i valori di velocità possibili da zero sino al valore di massima velocità a vuoto.

Ora traccia una retta che unisca questi 2 punti.

La spiegazione sul significato e uso di questo diagramma sarebbe molto lunga; questo articolo in inglese può, forse, aiutarti a capire meglio.

 

13 ore fa, marco88 scrisse:

Ok, ma come faccio a capire la relazione tra gli impulsi e la rotazione del rotore? 

 

Ci  sono solo 3 modi:

1. Trovi il data sheet dell'encoder in cui è riportato il numero di impulsi per giro
2. Se l'encoder ha un segnale che da un impulso di zero, conti gli impulsi tra 2 marche di zero consecutive.
3. Fissi tu una marca di zero e fai come nell'ìopzione 2.

 

Ti ricordo che, comunque, il motore genera la coppia richiesta, se minore della coppia di stallo, assorbendo la corrente necessaria. Quindi se non c'è limite di corrente, ovvero il limite di corrente è posto al volore corrispondente alla massima prevista per quel motore, puoi controllare il motore in velocità semplicemente agendo sulla tensione di alimentazione.

Al crescere dellla corrente assorbita aumenta la caduta di corrente per effetto della resistenza di armatura, quindi se non c'è una reazione di velocità il motore tenderà a rallentare.