La scelta delle corrette apparecchiature di misura avvantaggia i costruttori di motori elettrici ad alta efficienza

Quale parte delle unità di trazione, molte nazioni hanno stabilito delle norme sul consumo minimo di energia (MEPS), per poi rendere obbligatorio l'impiego di motori ad alta efficienza. Un rapido sguardo ai numeri coinvolti sottolinea la necessità di questo cambiamento.

I motori ad alta efficienza hanno un rendimento fra il 2 % e l'8 % superiore ai motori standard. Ciò significa che il risparmio energetico in Cina sarebbe di 76,5 miliardi di kWh all'anno se l'efficienza di tutti i motori elettrici del paese fosse migliorata del 5 %. Esso equivale a tutta l'energia generata nel 2008 dalla più grande stazione idroelettrica del mondo, la Three Gorges Hydropower Station.

A seconda di dove essi vengono impiegati, esistono numerose norme internazionali che i motori elettrici devono soddisfare. La corrispondente norma cinese, la GB18613, è stata frequentemente aggiornata. La GB18613-2006 entrò in vigore nel Luglio del 2011. La ancor più recente GB18613-2012 lo fu nel Settembre del 2012 e l'ultima norma, la GB2, verrà attuata nei successivi tre anni. 

Molte aziende stanno incrementando la ricerca, sviluppo e produzione di motori ad alta efficienza per conformarsi a queste nuove norme ed aspettative. Tali programmi di sviluppo richiedono la prova rigorosa di molteplici parametri per stabilire che ogni nuovo progetto soddisfi - e possibilmente superi - i requisiti delle norme pertinenti.

Una delle aree di prova più importanti è la misurazione della coppia e, in molti casi, esiste più di un metodo. La HBM dispone di numerose e differenti soluzioni per andare incontro alle individuali necessità dei clienti.

Torsiometro T20WN

Ad esempio, il torsiometro HBM T20WN misura coppie statiche e dinamiche, velocità ed angolo di rotazione per parti di macchine rotanti o statiche. Esso è progettato per la misurazione di coppie piccole o medie, come quelle che si verificano per le prove di prestazione o funzionalità nei banchi prova per macchine domestiche od aziendali. Il  T20WN possiede cuscinetti integrati che consentono l'impiego come appoggi di supporto e ne semplificano la gestione, oltre all'elettronica con segnale di uscita di ±10 V.

Torsiometro digitale T40B

Il torsiometro digitale T40B è in grado di misurare coppie statiche e dinamiche su alberi rotanti. Esso possiede anche un sistema magnetico di misura della velocità. Data la sua struttura corta si possono realizzare banchi prova estremamente compatti, ed è adatto an una gamma di applicazioni molto ampia.

I regolamenti cinesi impongono che la strumentazione utilizzata per misurare la coppia abbia accuratezza del ±0,2 % a fondo scala e quella per misurare la frequenza abbia accuratezza del ±0,1% a fondo scala. La misurazione della velocità deve essere accurata entro lo 0,1 % od 1 giro al minuto come errore massimo. 

L'influenza della temperatura sul TK0 e TKC della serie HBM T40B è dello 0,05 % / 10 K (50 Nm = 0,1 % / 10 K). Tuttavia la maggioranza delle applicazioni di prova dei motori subiscono basse variazioni termiche, per cui viene maggiormente focalizzata la linearità e la ripetibilità. Ciò significa che, tenendo conto dei parametri più importanti, i torsiometri T401B della HBM possono garantire l'accuratezza migliore dello 0,2 % a fondo scala.

Inoltre i torsiometri T40B sono disponibili con diverse coppie nominali - 5 kNm, 1 kNm, 200 Nm, 50 Nm – per cui soddisfano facilmente i requisiti dei sensori di coppia per le prove su motori, con la loro accuratezza dello 0,2 % a fondo scala. Tutto ciò comporta il risparmio dei costi, semplifica l'installazione e facilita la manutenzione.

Il T40B è caratterizzato dall'uscita di 1024 impulsi / giro da 50 Nm a 10 kNm per tutti i campi di misura. Il sistema magnetico di misura della velocità di rotazione con alto numero di impulsi consente la precisa misurazione anche alle basse velocità rotazionale, fornendo valori di misura molto affidabili.

Nei banchi prova, i provini (motori elettrici) necessitano della frequente installazione e disinstallazione. Talvolta gli operatori devono sostituire perfino i torsiometri ed i dinamometri. Risulta pertanto essenziale che i banchi prova consentano il facile montaggio, smontaggio ed  allineamento.

La sottostante figura mostra un esempio di banco prova per motori elettrici:

Oltre alla misurazione della coppia stessa, per ottenere le informazioni più accurate da ogni prova si devono prendere in considerazione anche l'acquisizione dei dati ed il conseguente condizionamento del segnale. La HBM dispone di numerose soluzioni compresa la gamma di prodotti PME, la quale offre diversi tipi di condizionamento segnale per la registrazione di tutte le grandezze di misura rilevanti per l'elaborazione, quali forze, spostamenti, pressioni, temperature, velocità, frequenze e momenti torcenti.

Il sistema PME si basa su una struttura modulare che consente di condizionare uniformemente i segnali di misura provenienti da diversi tipi di trasduttori. Tutti i moduli hanno visore LCD, tastierino, interfaccia CAN e svariati dispositivi addizionali per ottimizzare il segnale.

Un'alternativa è il PMX, il più recente sistema di acquisizione dati e condizionatore segnali della HBM, da impiegare nel controllo produzione e nei banchi prova industriali. Il PMX fornisce risultati precisi ed affidabili, abilitando l'acquisizione professionale di forze, coppie, vibrazioni, pressioni, deformazioni, temperature, tensioni, correnti e molte altre grandezze. Il PMX dispone di 16 canali di misura e 32 canali di calcolo, tutti con 19.200 campionamenti al secondo. Ciò significa che il PMX può gestire fino a 400.000 valori di misura al secondo. Il PMX supporta anche la comunicazione in tempo reale tramite la Ethernet Industriale e dispone di un moderno software utente basato su browser e di flessibili schede-inserto.