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Regolare la velocità di rotazione

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Spesso occorre affrontare il problema di rendere indipendente la velocità di rotazione dal carico meccanico e dalla tensione di alimentazione. Un simile problema è quello di rendere controllabile la velocità di rotazione. Esistono vari modi per ottenere questi risultati.

Regolare la velocità in "anello aperto"

L'obbiettivo è ottenere una velocità sostanzialmente omogenea senza effettuare una misura diretta della stessa. Infatti misurare la velocità di rotazione è un'operazione relativamente complessa e costosa, giustificata solo se sono richieste prestazioni elevate.

Osservando le equazioni già riportate, se la coppia resistente è costante anche la corrente assorbita lo è. In questo caso è sufficiente utilizzare un generatore di tensione costante per stabilizzare la velocità. Per regolare in modo lineare la velocità è ovviamente sufficiente cambiare la tensione di alimentazione.

Questa situazione è sostanzialmente vera anche quando la coppia resistente è variabile ma trascurabile rispetto alla coppia di spunto.

Se il carico è variabile per mantenere costante la velocità è necessario aumentare la tensione all'aumentare della corrente erogata, cioè occorre realizzare un regolatore di tensione con resistenza di uscita negativa. Si verifica infatti facilmente che se questa resistenza di uscita è uguale in modulo ma di segno opposto alla Ra equivalente del motore, la tensione applicata al generatore equivalente Eg  è costante; essendo Ke una costante ne segue che anche w è costante indipendentemente dalla coppia resistente.

Il problema potrebbe essere quello di avere un generatore reale di tensione con resistenza di uscita negativa: una cosa che, come ci hanno insegnato a scuola, non può esistere... o no? Un circuito che si comporta in questo modo è realizzabile attraverso circuiti retroazionati, che misurano più o meno direttamente la corrente in uscita e provvedono a "compensare" le cadute di tensione sulla Ra. Un esempio concreto è citato tra i circuiti applicativi dell'intergrato L200 (un regolatore di tensione prodotto da STM http://www.st.com) ma circuiti analoghi si trovano sfogliano i data book di molti amplificatori operazionali di potenza o regolatori di tensione.

Purtroppo si tratta di un metodo poco preciso essenzialmente dovuto al fatto che le due "K" presenti nelle formule non sono in realtà "costanti".

Regolare la velocità in "anello chiuso"

Per la regolazione in anello chiuso è necessario misurare la velocità effettiva per esempio attraverso una dinamo tachimetrica o un encoder incrementale. La velocità deve poi essere confrontata con la velocità voluta ed il risultato utilizzato per determinate la tensione di alimentazione del motore.

Questo metodo, peraltro necessario se viene richiesta una certa precisione, si scontra con la possibilità di creare un sistema instabile se non si fanno i dovuti calcoli utilizzando la teoria dei controlli automatici di cui questa applicazione costituisce uno degli esempi classici riportati sui testi universitari o dell'ITIS. La spiegazione dettagliata va oltre gli scopi di questo tutorial, più indirizzato agli aspetti operativi. Da notare che spesso si preferisce realizzare un doppio anello di controllo: uno interno per regolare la corrente e quindi la coppia motrice ed uno esterno regola la velocità agendo sulla coppia.

Per un esempio applicativo completo vi rimando alla nota applicativa sugli integrati L290, L291 e L292 (disponibile sul sito http://www.st.com) che implementano un sistema di tale natura: sono presentati tutti i (non pochi) conti necessari al dimensionamento. E' richiesta una certa familiarità con le trasformate di Laplace e la teoria dei controlli.

Piccoli motori DC: un tutorial


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