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L'efficienza dei componenti di azionamento
Spesso ci si chiede quale motore presenti la massima efficienza, in particolare quando si ha a che fare con applicazioni con alimentazione elettrica limitata, come un utensile a batteria o un satellite a energia fotovoltaica. Credo sia il caso di allargare la questione anche all'intero sistema di azionamento composto da unità di comando, motore, riduttore e altri componenti meccanici. La tabella 1 fornisce una stima approssimativa delle efficienze tipiche di vari dispositivi per la conversione dell'energia.
Come si vede, molto dipende dalle caratteristiche della meccanica. Un attrito elevato nel sistema meccanico comporta molta energia. L'ottimizzazione dell'efficienza di un sistema di trasmissione del moto dovrebbe quindi iniziare sempre dal sistema meccanico.
Tenete presente che i sistemi di azionamento DC sono molto spesso alimentati con tensione fissa. Non è quindi l'efficienza complessiva che deve essere massimizzata. L'efficienza è un parametro relativo che indica le perdite di potenza di alimentazione. Tuttavia, con una tensione fissa, è necessario piuttosto minimizzare l'assorbimento di corrente (in quanto parametro assoluto). Sfruttando correttamente l'intera tensione di alimentazione è possibile ridurre il consumo di corrente e prolungare la durata della batteria.
Di seguito vi spieghiamo alcune regole per ottenere un'elevata efficienza e un consumo di corrente ridotto.
Regole per la trasformazione meccanica
- Utilizzare una meccanica a basso attrito o evitarla completamente.
- Utilizzare attrito per rotolamento (coefficiente di attrito < 0,01) anziché per scorrimento (coefficienti di attrito tipici 0,1 … 0,4) Ad es. un sistema a ricircolo di sfere presenta una frizione sensibilmente minore rispetto a un'asta filettata. Tuttavia, la soluzione a ricircolo di sfere non è autobloccante e deve essere motorizzata per rimanere in posizione di arresto. Tenendo conto quindi dell'intero ciclo operativo sono presenti situazioni nelle quali una vite di tipo acme potrebbe nel complesso consumare meno energia.
Regole per riduttori planetari e con pignoni in linea
- Utilizzare un numero di stadi ridotto.
- Utilizzare riduttori compatti con coppie nominali solo leggermente maggiori di quanto necessario. Non sovradimensionare il riduttore. L'efficienza in caso di carico ridotto del riduttore è particolarmente scarsa.
- In termini di efficienza, un motore diretto più grande senza riduttore è spesso meglio di una combinazione motore/riduttore. Tuttavia, l'azionamento diretto potrebbe essere più grande, pesante e costoso.
Efficienza del riduttore rispetto alla coppia in uscita nominale (schema). L'efficienza è pressoché costante ed elevata finché il riduttore è caricato in maniera sensata.
Regole per i motori
- Far funzionare il motore a velocità di diverse migliaia di rpm.
- Non selezionare un motore troppo grande. Non farlo funzionare quasi in assenza di carico.
- Prestare attenzione quando si seleziona l'avvolgimento. Sceglietene uno che sfrutti al meglio la tensione per raggiungere la velocità sotto carico, quindi quello che necessita di meno corrente in assoluto.
Regole per le unità di comando
Le regole sono simili a quelle dei riduttori. Caricatele bene e non fatele funzionare con una corrente insufficiente. Non selezionate unità di comando con corrente nominale eccessiva. Abbinate le dimensioni dello stadio di potenza con la corrente motore richiesta.
E per finire...
Sfruttate bene l'intera tensione di alimentazione. In questo modo è possibile ridurre il consumo di corrente e risparmiare denaro: è necessaria una tensione di alimentazione inferiore, un'unità di comando più piccola, meno schermatura del cavo, ... Come dice un mio collega: la tensione è gratuita, la corrente costa.
