Un generatore flessibile per azionamento e controllo motori

APPLICAZIONI INDUSTRIALI –

Grazie alla robustezza e alla compattezza dei moduli e alla versatilità del software LabView di National Instruments, è stato realizzato un generatore/acquisitore trifase programmabile per l’azionamento dei motori elettrici.

Realizzare un generatore completamente flessibile per l'azionamento e il controllo di motori elettrici monofase, bifase e trifase in laboratorio. La flessibilità del generatore deve essere data dalla possibilità di scegliere in modo arbitrario tutti i parametri dell'output (forma d'onda, frequenza, sfasamento, ampiezza) riuscendo inoltre a generare rampe di ampiezza e frequenza mantenendo la coerenza di fase dei segnali. Alla funzione di generatore devono essere affiancate l'acquisizione, la visualizzazione e il salvataggio dei dati relativi alle tensioni e correnti in gioco nel sistema alimentato, nonché una retroazione grazie alla quale il generatore può attuare una strategia di controllo seguendo un algoritmo implementato dall'utente. La realizzazione è stata possibile unendo la robustezza e la compattezza dei moduli National Instruments con la versatilità del software LabView, ambiente di sviluppo con il quale è stato creato il software di controllo. L'hardware è compattato in un rack di dimensioni ridotte e facilmente interfacciabile al Pc attraverso una porta Usb.

Descrizione del sistema

Il progetto è nato dall'esigenza di Askool di disporre un sistema da banco adatto a studiare il comportamento di pompe idrauliche o ventilatori azionati da motori elettrici (monofasi, bifasi e trifasi) in condizione di alimentazione particolari. La richiesta più banale a cui deve fare fronte il sistema è quella di poter alimentare un motore con una tensione sinusoidale diversa dalla nominale ma anche di poter variare il modulo tra le fasi (in caso di motori bifase e trifase) o creare uno sfasamento che si discosti dalle normali condizioni di simmetria. Inoltre, per testare i motori in condizioni ancora più particolari, è richiesta la totale programmabilità della forma d'onda, in modo da poter creare ad esempio un'alimentazione con dei disturbi predefiniti. Altra esigenza è quella di poter generare rampe di frequenza e di ampiezza per l'avviamento dei motori. In tutti i casi il sistema deve garantire la coerenza di fase dei segnali per controllare motori a magneti permanenti senza rischiare di perdere il sincronismo a ogni variazione di carico , oltre che per garantire misure stabili. Tutti i valori elettrici in gioco (corrente, tensione, frequenza e potenza) devono venire misurati e acquisiti, con la possibilità di creare un report finale in modo da archiviare le misure di interesse. Intesys ha fatto fronte a queste esigenze sviluppando la parte di segnale, ossia fornendo l'hardware National Instruments necessario per generare e acquisire segnali di bassa potenza e sviluppando il software LabView. Askoll, invece, ha realizzato la parte di potenza e traduzione, sia per amplificare la forma d'onda ottenuta rendendola adatta a pilotare un motore sia per permettere la lettura dei parametri elettrici da parte dell'hardware NI e la loro elaborazione da parte del software. Gli amplificatori di potenza permettono di amplificare linearmente la tensione d'uscita della parte di segnale per pilotare carichi fino alla tensione di rete.
I parametri fondamentali sono:

Guadagno = 150, Vin = +/- 2 V, Imax erogabile = 2 A.
In uscita ci sono i trasduttori di tensione e di corrente con rapporto 1:200 e 1:9 rispettivamente, per acquisire i parametri di alimentazione del carico.

Un software flessibile

Verranno brevemente presentate le caratteristiche e le principali funzionalità del software LabView sviluppato per fare fronte alle specifiche richieste. Il concetto sul quale si basa il programma è quello di permettere all'utente di avere piena libertà sulla scelta dei parametri della Vout. Ogni canale d'uscita è indipendente ed opera separatamente dagli altri ed è quindi possibile creare un sistema trifase, bifase o monofase a discrezione. Le forme d'onda ottenibili sono quelle standard (sinusoidale, quadra, triangolare, dente di sega) ma è possibile personalizzarle attraverso una intutitva sezione apposita del software. Una volta decisa la forma d'onda è immediato andarne a variare l'ampiezza, lo sfasamento tra i canali d'uscita e la frequenza. La flessibilità del software permette di creare una forma d'onda con dei disturbi, attraverso la sommma delle forme d'onda standard. Ad esempio è immediato sommare ad una fondamentale sinusoidale delle armoniche di ampiezza e frequenza specifica oppure ottenere degli spike sovarapposti alla fondamentale. Oltre alle classiche scelte sui parametri dell'output il software dispone di una sezione apposita che permette la generazione di rampe di frequenza e di ampiezza. È sufficiente impostare la forma d'onda d'uscita ed i parametri propri della rampa (tensione e frequenza a fine rampa e tempo di rampa). Parallelamente alla funzione di generatore è affiancata la funzione di misura, che permette di visualizzare i valori delle grandezze elettriche misurate sul carico. Sono riportate in una tabella i valori numerici del valore delle tensioni, delle correnti, della frequenza e della potenza, ma è possibile anche visualizzare tali randezze in tempo reale in un grafico. Inoltre è possibile effettuare delle acquisizioni, che verranno poi eventualmente archiviate in un report intestato (in formato txt). Il software permette anche di effettuare un controllo automatico sulla tensione d'uscita, andandone a modificare di conseguenza l'ampiezza o la frequenza seguendo un algoritmo implementato dall'utente.

Potenzialità e versatilità di hw e sw

Il lavoro ha sfruttato appieno le potenzialità e la versatilità dell'hardware NI nonché di LabView, che hanno permesso di soddisfare egregiamente le specifiche richieste. Si è ottenuto un alimentatore che può essere utilizzato in tutte quelle applicazioni ove è necessario variare l'alimentazione in maniera semplice, ma rapida ed efficace; può essere uno strumento potente ovunque sia necessario disporre di forme d'onda di qualsiasi tipo per testare il comportamento del carico in situazioni di interesse (rumore, distorsioni ecc.). Il tutto è semplificato dal monitoraggio preciso dei parametri elettrici
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