Programmazione di azionamenti industriali per la gerarchizzazione in albero elettrico

 5 
poter cambiare la produzione in breve tempo per ottenere il cosiddetto 
Just In Time, fondamentale per avere un prodotto di qualità e per essere 
competitivi. 
L'assemblaggio meccanico delle differenti parti della macchina aveva 
per contro un vantaggio, quello della rigidità. Se si modificava ad 
esempio la velocità di una parte dell'albero di trasmissione, la parte 
collegata modificava anch'essa la sua velocità. Allo stesso modo l'albero 
in ingresso e in uscita del riduttore erano solidamente uniti uno all'altro. 
L'alternativa elettrica/elettronica alla meccanica doveva rispettare questo 
fattore di "rigidità". 
Le diverse parti di un azionamento sono normalmente ordinate secondo 
un ordine gerarchico, questo perché in azionamenti complessi c’è molto 
spesso bisogno di una o più grandezze di riferimento che i vari 
componenti possono seguire. 
Questo lavoro di tesi è finalizzato alla gerarchizzazione in albero 
elettrico di azionamenti elettrici mediante convertitori industriali, in 
particolare si è voluto impostare un ciclo di lavoro mediante 
programmazione di un microprocessore opzionale inserito nell’inverter 
master.  
Qui di seguito sono stati sintetizzati i contenuti dei singoli capitoli per 
introdurre il lettore all’argomento trattato. 
Nel capitolo I verranno innanzitutto richiamati i componenti 
fondamentali di un azionamento elettrico, si proseguirà con un’analisi 
più approfondita degli azionamenti a moto continuo in corrente alternata, 
per poi concludere con una panoramica sui tipi di modulazione adottati 
per il controllo di inverter a tensione impressa. 
Nel capitolo II verranno illustrate alcune comuni applicazioni di 
azionamenti industriali, per poi entrare nello specifico dell’azionamento 
 6 
industriale utilizzato, l’Unidrive® della Control Techniques, di cui 
verranno evidenziate caratteristiche costruttive, potenzialità e possibilità 
di espansioni con l’uso di moduli opzionali. 
Nel capitolo III verranno illustrati i comandi e le routine più comuni per 
la programmazione del modulo opzionale UD70 mediante il software 
DPL Toolkit , si proseguirà con un flow chart del programma realizzato 
con richiami al codice utilizzato nell’implementazione del ciclo di 
lavoro. 
Il capitolo IV sarà dedicato alla descrizione delle proprietà dell’albero 
elettrico andando poi ad evidenziare vantaggi e svantaggi rispetto 
all’albero meccanico. Si darà poi una breve descrizione del modulo 
opzionale UD51, per quindi passare alle modalità di connessione in 
albero elettrico tra i due motori utilizzati, illustrando tutte le possibili 
soluzioni, specificando vantaggi e svantaggi di ogni configurazione. 
Nel capitolo V verranno illustrate le acquisizioni ottenute tramite 
oscilloscopio analogico. Si darà particolare attenzione alle forme d’onda 
che rappresentano la velocità, nelle due realizzazioni di albero elettrico 
fatte in laboratorio. Si analizzeranno anche le correnti di fase dei motori, 
monitorate per controllare il corretto funzionamento dei motori. 
Infine in Appendice verrà fornita della documentazione tecnica ed 
illustrazioni utili ad una migliore comprensione delle applicazioni 
realizzate. 
 
 
 
 
 
 
 7 
Introduction 
 
 
 
 
The mankind for its own nature has always tried to construct tools and so 
machines that could help him in his jobs and could also substitute him. 
The usefulness of machines caused an inalienable need and their spread 
is increasing in many society areas, from industry to service, from 
agriculture to domestic uses. 
Each part of the moving machine was interlocked to the motor by means 
of mechanical devices like transmission shaft, gear, pulleys and 
connections. The limitations that this mechanical devices implied, 
became evident as the need for limber machines increased, industry 
wanted to reduce the time for production and increase the quality. 
Changing kind of production means a loss of time and money as the 
substitutions of mechanical devices is an hard work. 
The production rate were limited from the operating speed of such 
devices like connections/brakes and all the part of the machine, joined 
together in a non flexible way, they weren’t able to follow the market  
demand. It was necessary to find a solution to join together directly and 
make independent each part of the machine. 
The connection should be electronically rather than mechanically. With 
the growing of low price power electronics this has became possible and 
the present trend is the revamping of firms, because to be competitive on 
the present market is not possible anymore focusing only on the quantity, 
market asks for Just In Time product, for quality product. 
 8 
The mechanical hookup of different parts had its advantage, there was a 
rigid connection between the parts. If for example the speed of a part of 
the transmission shaft changes, all the linked parts change their speeds. 
Similarly the shaft before and after the gear were strongly connected. 
The alternative electric/electronic to mechanical respect the “rigidity” 
factor. 
The different parts of  a drive are usually ordered in a hierarchical way, 
this is important because in complex drives there is often the need of one 
or more reference quantities that the manifold element can follow. 
This work of thesis is focused on the hierarchical construction of a 
digital look of electrical drives by means of industrial converters, in 
particular it was set up an operating cycle by programmation of an 
optional microprocessor inserted in the master inverter. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 9 
Capitolo I 
 
 
 
 
 
AZIONAMENTI ELETTRICI 
 
 
 
 
 
1.1  Generalità 
In questo capitolo vengono innanzitutto richiamati i componenti 
fondamentali di un azionamento elettrico, si prosegue con un’analisi più 
approfondita degli azionamenti a moto continuo in corrente alternata, per 
poi concludere con una panoramica sui tipi di modulazione adottati per il 
controllo di inverter a tensione impressa. 
 
 
 
1.2 Azionamenti elettrici: generalità 
Il sistema che, a partire da una generica linea elettrica, è in grado di 
alimentare energeticamente una macchina operatrice e di regolarne le 
funzioni è detto Azionamento Elettrico. Alla sua affermazione ha 
contribuito in maniera determinante lo sviluppo dell’elettronica e 
dell’informatica di questi ultimi decenni. L’introduzione dei dispositivi a 
semiconduttore nei circuiti di potenza ha reso più flessibile le reti 
elettriche di alimentazione, mentre l’impiego di sofisticati circuiti di 
 10 
regolazione e di controllo sia analogici che digitali ha consentito di 
migliorare enormemente le prestazioni degli azionamenti contenendone, 
al tempo stesso, i costi e le dimensioni. 
La struttura base di un azionamento elettrico è schematizzata in       fig. 
I.1, in cui, per semplicità rappresentativa, si fa riferimento ad un 
azionamento monomotore. 
 
 
 
 
Figura I.1 – Rappresentazione schematica di un Azionamento Elettrico 
 
L’energia elettrica, prelevata dalla rete di alimentazione per il tramite dei 
dispositivi di manovre (contattori, fusibili, interruttori, etc.), viene 
opportunamente adeguata dal convertitore (raddrizzatori controllati, 
chopper, convertitori di frequenza, etc.) che alimenta il motore elettrico 
(motori in c.c., motori asincroni, motori sincroni, etc.) il cui albero è 
connesso alla macchina operatrice attraverso un organo di trasmissione 
del moto (giunti, ingranaggi, ruote di trasmissione, etc.). 
Al fine di osservare il comportamento delle diverse parti componenti 
l’azionamento viene normalmente predisposto un sistema di misura 
 11 
(strumentazione, sistemi di acquisizione dati, etc.). Il sistema di misura 
può essere di semplice monitoraggio, o in sistemi più avanzati 
interconnesso con moduli dedicati alla segnalazione (acustiche, 
luminose, etc.) a loro volta connesse al sistema di protezione che, in caso 
di necessità determina l’intervento delle protezioni (relé termici, di 
massima corrente, etc.). Nel caso di azionamenti per i quali è previsto un 
controllo in controreazione, bisogna considerare anche la presenza di un 
unità di controllo (analogica, digitale o ibrida) che sulla base delle 
grandezze rilevate e dei riferimenti imposti, permette un adeguamento 
automatico delle caratteristiche di alimentazione. 
Gli azionamenti elettrici possono essere classificati secondo diversi 
criteri: dal punto di vista del moto, del senso di avanzamento, del tipo di 
controllo, delle grandezze da controllare, o infine del tipo di motore 
utilizzato. Lasciando per una trattazione specifica dei singoli 
azionamenti i testi di riferimento, si preferisce soffermarsi sul perché in 
questa esperienza sono stati utilizzati azionamenti con motori asincroni. 
 
 
 
 
1.3 Azionamenti con motori asincroni 
Il motivo che sta alla base della scelta di un azionamento con motori 
asincroni è sicuramente la disponibilità di convertitori statici che hanno 
permesso l’uso di motori asincroni con rotore a gabbia, che com’è noto 
sono molto più robusti e hanno bisogno di una minore manutenzione 
rispetto a i motori a corrente continua nei quali è presente il 
commutatore meccanico (collettore). Il convertitore permette di variare 
 12 
le caratteristiche dell’alimentazione elettrica andando quindi a variare 
velocità e coppia del motore asincrono, che fino a qualche decennio fa 
era utilizzato solamente in applicazioni a velocità fissa, poiché in assenza 
di dispositivi elettronici di potenza, l’unico modo per ottenere 
performance dinamiche accettabili da un motore elettrico era utilizzando 
motori a corrente continua, per i quali però  le regolazioni di velocità, la 
frenatura e l’avviamento avvenivano mediante grossi reostati e quindi 
con metodi altamente dissipativi. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura I.2 – Motore asincrono sezionato  
Il traferro è il più piccolo 
possibile per ridurre la 
dispersione del flusso 
magnetico 
Rotore di bassa resistenza 
costruito con barre di 
allumino di alta qualità 
per migliorare il 
rendimento 
Statore formato di lamine 
di materiale magnetico 
per ridurre le perdite 
Cuscinetto di alta 
qualità per ridurre le 
perdite per attrito 
Avvolgimento 
statorico 
Ventola di 
raffreddamento. 
Introduce perdite  
 13 
Il motore asincrono è, a grandi linee, un motore a velocità praticamente 
costante se la frequenza è costante. Nella zona di stabilità (fig.I.3), che 
va dalla velocità di sincronismo alla velocità cui si ha la coppia massima, 
la caratteristica meccanica è in genere ripida e  la variazione di velocità è 
grossomodo del 10%. 


Figura I.3 – Grafico s-C  



Se poi si tiene conto che la corrente non può superare il valore nominale 
che si ha alla velocità nominale cui corrisponde uno scorrimento 
sull’ordine del 3-5%, l’intervallo di variazione si riduce drasticamente, 
non potendo il motore sostenere per lungo tempo una velocità inferiore, 
per il surriscaldamento che l’intensità di corrente, superiore al valore 
nominale, determina. C’è dunque una variazione dipendente dal carico 
che non è controllabile in modo efficace modificando la tensione.