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Schema di controllo con tecnologia DTC (Abb)

DTC, Direct Torque Control

en-lang DTC, Direct Torque Control

Nel controllo degli azionamenti e dei motori elettrici, la tecnologia DTC (Direct Torque Control) controlla direttamente le variabili del motore “coppia” e “flusso”, oltre a garantire una risposta rapida alle variazioni del carico motore per assicurare un funzionamento più costante.

A partire dagli anni ’90, grazie alla diffusione degli inverter, il motore asincrono o a induzione è stato largamente impiegato anche negli azionamenti a velocità variabile, ottenendo elevate prestazioni dinamiche ed affidabilità, tanto da eguagliare i moderni azionamenti con motori brushless.

Le tecniche di controllo impiegate negli azionamenti di motori asincroni si possono distinguere in tecniche scalari (controllo a V/f costante) e tecniche vettoriali quali il controllo a orientamento di campo (FOC, Field Oriented Control), l’autocontrollo diretto (DSC, Direct Self Control) e il controllo diretto di coppia (DTC, Direct Torque Control).

La tecnologia DSC, originata dagli studi svolti da Manfred Depenbrock, ha costituito per anni la soluzione più avanzata nel settore della trazione pesante in conseguenza della sua capacità di sfruttare al meglio le pur limitate capacità di commutazione degli interruttori statici di grossa potenza (Tiristori o GTO).

Dalla metà degli anni ’80 andò affermandosi la tecnica DTC (Direct Torque Control, Controllo Diretto di Coppia) introdotto da Isao Takahashi come generalizzazione ed evoluzione del DSC verso soluzioni di tipo “sensorless” dove non si prevede alcun elemento di misura delle variabili meccaniche.

L’espressione “controllo diretto di coppia” si riferisce al fatto che il controllo della coppia e della velocità si basano direttamente sullo stato elettromagnetico del motore, analogamente ai motori in corrente continua, ma diversamente dalle modalità d’uso della frequenza d’ingresso e della tensione da parte dei tradizionali azionamenti PWM (Pulse-Width Modulation).

Poiché la coppia e il flusso sono i parametri del motore che vengono controllati direttamente, non è necessario utilizzare un modulatore, come nella tecnologia PWM, per controllare la frequenza e la tensione. Questo contribuisce ad accelerare la risposta dinamica dell’azionamento al variare della coppia.

Seppure esistano diverse soluzioni DTC custom e commerciali, nel 1994 ABB ne brevettò una sua versione ottimizzata per il risparmio energetico. Nel DTC di ABB la frequenza di commutazione può variare in funzione del carico, pertanto la potenza installata viene utilizzata in modo più completo, senza alcuna dissipazione termica.

 

Tecnica e principio operativo

 

Attraverso la tecnologia DTC vengono calcolati i vettori di tensione da applicare ai capi del motore direttamente in funzione delle stime di errori di coppia e di flusso.

Negli azionamenti controllati con tecnica DTC le variabili di controllo primarie sono la coppia e il flusso di statore. Il loro valore di riferimento viene confrontato con quello calcolato attraverso modelli matematici, i quali ricevono come ingressi le misure delle correnti e delle tensioni statoriche. Possono dunque operare senza l’uso dei trasduttori di velocità.

La necessità di controllare contemporaneamente due grandezze è dettata dalla natura stessa della macchina asincrona poiché la corrente assorbita dallo statore è al tempo stesso responsabile del flusso e della coppia.

Il DTC utilizza il flusso e la coppia del motore come variabili di controllo, riuscendo a ottenere un maggior grado di precisione rispetto ad altre tecnologie.

Con la tecnologia DTC l’orientamento del campo si ottiene senza retroazione, utilizzando un’avanzata teoria che si basa su un modello matematico del motore in corrente alternata capace di calcolarne la coppia direttamente.

Con la tecnologia DTC non vi è alcun modulatore né necessità di una tachimetrica o di un encoder per la retroazione della velocità o della posizione dell’albero motore. La tecnologia DTC utilizza velocissimi DSP e avanzati modelli matematici con riferimento alle modalità di funzionamento del motore stesso. Il risultato è un azionamento con una risposta in coppia più veloce e con maggiore precisione dinamica di un azionamento in c.a. o in c.c.

 


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