Articolo: La misurazione dell’ondulazione della coppia nelle macchine elettriche

Per misurare in maniera efficace l’ondulazione della coppia sono necessarie alcune attrezzature essenziali. È indispensabile avere un sensore di coppia con precisione e ampiezza di banda estremamente elevate, ma è altrettanto importante garantire una comunicazione della coppia priva di influenze dovute al rumore. I segnali analogici sono estremamente suscettibili al rumore in un ambiente PWM (con modulazione dell’ampiezza dell’impulso), quindi, in presenza di un segnale di 10 volt, è molto probabile che venga registrato anche il rumore di commutazione dell’inverter che può distorcere i segnali, specialmente se si sta analizzando l’ondulazione della coppia dovuta proprio alla commutazione dell’inverter.

Le celle di coppia di HBM usano un output di frequenza e la modulazione di frequenza. Producono un’onda quadra a una frequenza data e modulano la frequenza verso l’alto o verso il basso in base alla coppia. In questo modo, riducono al minimo la suscettibilità al rumore dal lato del sensore. Dal lato dell’acquisizione dei dati, è necessario un sistema in grado di registrare e tradurre questo output di frequenza non suscettibile al rumore con un’ampiezza di banda sufficiente. Se il segnale non viene acquisito e ricondizionato correttamente, tutte le informazioni dell’ampiezza di banda disponibili andranno perse. Inoltre, è necessario disporre di un sistema di acquisizione che correli la coppia di questa ampiezza di banda elevata ai segnali elettrici come tensione o corrente, ai segnali di potenza o ad altri segnali meccanici come posizione, vibrazione e spostamento.

Per poter svolgere la loro attività in maniera efficace, i tecnici hanno bisogno di due cose: un sistema di acquisizione dati di fascia alta con sensori di coppia di fascia alta; e la conoscenza che permetta loro di combinare questi dati per ottenere un’analisi dettagliata.

Precisione, ampiezza di banda e allineamento temporale sono aspetti chiave di un concetto più ampio: l’efficienza del sistema. Prendiamo un motore a combustione interna con efficienza pari al 30% o al 40%. Un errore del 3% dà un’efficienza del 39% invece che del 36%. Niente di male, in questo caso. Se consideriamo però macchine elettriche con efficienze molto superiori, l’intervallo è decisamente più importante per via della durata della batteria. Nel caso di un’efficienza del motore compresa tra 85% e 98%, un errore del 3% dà 101% invece di 98%, anche se in realtà è impossibile.

L’ondulazione della coppia assume importanza in questo contesto, in quanto una coppia con precisione elevata consente di avere in media disturbi minimi. Per capire meglio questo concetto, prendiamo un’equazione relativa a una macchina ad alta velocità: 80 kW a 20.000 giri/min. → 2093 Rad/sec x 38.22 Nm → .25 Nm La compensazione è 500 W → .625%

Questo esempio dà un’inefficienza dello 0,5%. La coppia è una misura importante che deve essere ottenuta in maniera precisa e accurata, specialmente a velocità più alte. L’ampiezza di banda per il nostro segnale deve avere un allineamento temporale in fase con tensioni e correnti poiché, ai fini dell’efficienza, viene calcolata la media tra coppia e velocità nel tempo e successivamente questo valore viene diviso per la media tra tensione e corrente nel tempo.

Inoltre, l’allineamento temporale è necessario affinché…