Motore Brushless o Passo-passo , questo è il dilemma!

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#1
Salve a tutti,
trovandomi nel campo della progettazione meccanica di macchinari CNC sento spesso i "tecnici" discutere animatamente sul dafarsi nella scelta dei motori per gli azionamenti.
Ora essendo un Ing. Mecc. non ho una conoscenza approfondita su questi componenti e diciamo che di solito per la scelta mi baso sulle caratteristiche mecc dei motori (inerzia , coppia massima velocità ecc.) che trovo nei cataloghi dei fornitori.
Se potete, lasciatemi le vostre opinioni su quale dei due tipi sia meglio dai vari punti di vista , considerando che sono montati su macchinari CNC ! (frese 3 - 4 5 assi!:rolleyes:)
:bekle:
 

Meccbell

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#2
Brushless con azionamento vettoriale e nulla più.
:smile:
 

stevie

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#3
Brushless o in alternativa un servomotore in corrente continua, questo per via della possibilità di retroazione e quindi un controllo closed loop da encoder.
I motori passo passo al contrario vengono in genere impiegati in applicazioni open loop su macchine di piccole dimensioni per via dell'economicità, ma hanno prestazioni dinamiche inferiori e soffrono della possibilità di "perdita del passo" con conseguente errore di posizionamento che non può essere corretto e che porta ad errori di posizionamento.
Tra brushless e motori cc la differenza sostanziale sta nella maggiore affidabilità dei brushless per via dell'assenza dei collettori (la commutazione è elettronica) e inoltre i cc hanno problemi di raffreddamento che inficiano il rendimento e la potenza (ovvero a parità di dimensione i motori cc sono meno spinti dei brushless). Detto questo vedo macchine degli anni '80 con motori cc a spazzole che lavorano ininterrottamente da più di 20 anni (quindi affidabili sono affidabili anche i cc a spazzole).

P.S. Nel settore macchine utensili dove lavori tu penso non esista fresa o centro di lavoro professionale (taiwan incluso) che non usi motori brushless quindi di fatto la scelta è obbligata.
 
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#4
Non fatico a credere che i vostri tecnici si perdano in animate discussioni in merito. Negli ultimi anni sono comparsi sul mercato nuove serie di motori stepper con diverse caratteristiche costruttive, e molti costruttori dichiarano performance che sembrano scavalcare i vecchi punti deboli di questa tipologia di motori:

Risoluzione - negli stepper tradizionali era limitata dall'angolo del passo, tuttavia la tecnologia "microstepping" permette di raggiungere risoluzioni spesso più che soddisfacenti.

Vibrazioni - erano piuttosto fastidiose (il tipico sibilo), ma la scelta di una configurazione costruttiva in stile "can-stack" permette la riduzione del cogging e di conseguenza anche la riduzione del rumore. Non c'é più il classico "dente" che da il passo, dunque non vi è più uno scatto secco, ma un passo molto più morbido. Gli stepper delle attuali stampanti sono fatti così e di conseguenza i moti di avanzamento delle nostre stampanti sono diventati molto più silenziosi.

"Salto del passo": - il conseguente errore nel riferimento di posizione è un problema superato nei cosidettti "motori ibridi" che aggiungono un controllo a ciclo chiuso, sono in definitiva dei motori stepper retroazionati, più costosi degli stepper tradizionali, ma sempre più economici dei sincroni a magnete permanente (brushless).

A parte ciò, gli stepper rimangono sempre e comunque dei motori a riluttanza e perdono rapidamente coppia all'aumentare della velocità, inoltre sui 60 ÷ 120step/sec si può incontrare la frequenza caratteristica di risonanza che è tipica dello stepper (udibile ad orecchio).

Gli stepper li vedrei più indicati su azionamenti che non necessitano alte velocità e con cicli poco gravosi.

I motori brushless sono più dinamici, scaldano meno e permettono di lavorare da fermi fino alla velocità massima con la stessa risposta di coppia.

Una cosa a cui occorre fare attenzione nell'uso di questi motori, è il rischio di risonanza nella catena cinematica: essendo motori molto "reattivi" possono reagire a dei fenomeni di richiamo elastico della struttura meccanica, innescando una risonanza. Se questo si dovesse verificare, i tuoi tecnici elettronici ti diranno che l'asse è "nervoso" e cercheranno di risolvere abbassando il guadagno del controllo. Ma questo di sicuro è il tuo pane quotidiano.

Ciao
 
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#5
Quanto detto mi pare soddisfacente. Aggiungerei solo alcune cose:
1) tipicamente i motori passo sono usati quando le coppie sono basse. Anche se gli step sono morbidi, il ripple di coppia innesca risonanze nella struttura, anche perché è un ripple che ricorda molto un onda quadra (anche se abbastanza arrotondata), e quindi piuttosto ricco in armoniche

2) perché tralasciare i bravi vecchi motori asincroni trifase con controllo, scalare o vettoriale che sia? Costano meno dei brushless ed hanno più o meno le stesse caratteristiche. Il controllo poi è un po' più semplice perché si basa su una terna trifase invece della doppia onda creata partendo da zero dei brushless.
 

Jeffcott

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#6
Salve, ho trovato interessante questa discussione così voglio approfittarne per porvi un questito. Sono un ingegnere meccanico da poco entrato in una piccola azienda operante nel campo dell’automazione, attualmente alle prese con la progettazione di una peso-prezzatrice. Il nastro lavorerà 24h e per esso ho ipotizzato in carico con urti moderati. Adesso vi chiedo: scegliereste un motore Brushless o un motore DC? La mia scelta era orientata verso un Brushless ma il mio superiore (alias il 'Lupo') vuole un DC per fini economici. Cosa ne pensate a riguardo?
 

meccanicamg

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#7
Salve, ho trovato interessante questa discussione così voglio approfittarne per porvi un questito. Sono un ingegnere meccanico da poco entrato in una piccola azienda operante nel campo dell’automazione, attualmente alle prese con la progettazione di una peso-prezzatrice. Il nastro lavorerà 24h e per esso ho ipotizzato in carico con urti moderati. Adesso vi chiedo: scegliereste un motore Brushless o un motore DC? La mia scelta era orientata verso un Brushless ma il mio superiore (alias il 'Lupo') vuole un DC per fini economici. Cosa ne pensate a riguardo?
Ciao Jeffcott,
siamo sempre lì a decidere con i nostri titolari cosa scegliere. Io mi chiedo: perchè una volta tanto non imparano a far valere la tecnica e non solo il maledetto denaro?

Non è detto che tu debba scegliere nessuno dei due... un buon motore asincrono trifase dimensionato a dovere con il suo riduttore e un encoder. Costa ancora meno de DC. Comunque alla fine se devi mettere anche una regolazione della velocità direi che pressapoco siam lì tra il brushless e il dc i l'inverter per asincrono trifase... poi dipende che livello di gamma si sceglie.
 

Jeffcott

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#8
Ne approfitto ancora una volta per porvi un ulteriore quesito relativo ai motori.
Quale meccanico privo di esperienza, non so come va determinato il rapporto di riduzione per la scelta di un opportuno riduttore. Dopo aver determinato diamentro dei rulli, velocità e coppia, relativamente la progettazione della pesatrice precedentemente accennata, devo andare a determinare la potenza del motore da utilizzare nota l'equazione P=(Coppia nastro x numero di giri nastro)/(9550 x Rendimento dinamico).
Il rendimento dinamico è però funzione, da tabella, del rapporto di riduzione, come procedo dunque in modo corretto alla scelta di tale valore?
 

meccanicamg

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#9
Faccio presente che se devi dimensionare devi considerare il fattori di servizio e mediamente si arriva a circa il doppio della potenza nominale. Il rapporto di riduzione non centra assolutamente con la potenza da installare al motore ma solo per il numero di giri. Il rendimento sarà quello da tabella fornitore in funzione dei rapporti di trasmissione tabellati. Alla fine si parte dalle forze e coppie agenti sull'utilizzatore e si risale.
 

Jeffcott

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#10
Ho facilmente definito il mio fattore di servizio seguendo quanto riportato sul catalogo scaricato da transtecno.com Sempre da catalogo la potenza sarà funzione anche del rendimento dinamico Rd che a sua volta sarà preso da opportune tabelle e legato al rapporto di trasmissione. Alla fine partendo da forze e coppie agenti sull'utilizzatore arriverei a determinare la potenza richiesta dal motore ma sarei comunque interessato a conoscere le modalità con le quali si va a scegliere il rapporto di trasmissione.
 

meccanicamg

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#11
Ho facilmente definito il mio fattore di servizio seguendo quanto riportato sul catalogo scaricato da transtecno.com Sempre da catalogo la potenza sarà funzione anche del rendimento dinamico Rd che a sua volta sarà preso da opportune tabelle e legato al rapporto di trasmissione. Alla fine partendo da forze e coppie agenti sull'utilizzatore arriverei a determinare la potenza richiesta dal motore ma sarei comunque interessato a conoscere le modalità con le quali si va a scegliere il rapporto di trasmissione.
Il rapporto di trasmissione lo si sceglie in funzione solitamente di uno di questi due fattori: coppia o numero di giri. E l'altro lo si verifica. Se serve il numero di giri si sale o si scende di potenza motore. I rendimenti dei riduttori sono tutti sostanzialmente sopra il 90% mentre i motori hanno valori che si attestano attorno a 85% per gli asincroni trifase.
 

sampom

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#12
Ho facilmente definito il mio fattore di servizio seguendo quanto riportato sul catalogo scaricato da transtecno.com Sempre da catalogo la potenza sarà funzione anche del rendimento dinamico Rd che a sua volta sarà preso da opportune tabelle e legato al rapporto di trasmissione. Alla fine partendo da forze e coppie agenti sull'utilizzatore arriverei a determinare la potenza richiesta dal motore ma sarei comunque interessato a conoscere le modalità con le quali si va a scegliere il rapporto di trasmissione.
Forse non ho capito la domanda..
Ma il rapporto di trasmissione si sceglie semplicemente in base alla velocità che deve avere l'organo utilizzatore:

V2=V1/i
i=V1/V2

Dove V1 è la velocità del motore, i il rapp di trasmissione e V2 la velocità del tuo rullo (mi sembra di aver capito trattasi di rullo per nastro?). Sceglierai un riduttore che abbia un rapporto vicino a quello di calcolo, poi aggiusti con il diametro del rullo e/o con il controllo/regolazione dell'azionamento.

Trovata la potenza di calcolo (quella che ti serve con tutti i fattori di servizio, sicurezza, rendimenti ecc. ecc.) determinerai la potenza motrice. E qui entra in gioco il rapporto del riduttore che diminuirà (se appunto riduci) la coppia/potenza necessaria in ingresso (quella fornita dal motore).
..E' un semplice rapporto di trasmissione, se è quello che intendevi e se ho capito la domanda:biggrin:

Tutto ciò molto semplicemente ed in linea generale.. poi con quegli azionamenti il discorso si amplia ulteriormente.

Saluti
Marco:smile:
 

Jeffcott

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#13
Ero già a conoscenza della definizione di rapporto di trasmissione, del resto sono un meccanico, ma non mi era ben chiaro come conoscendo soltanto la coppia in uscita dovessi andare a scegliere un opportuno rapporto "i". Comunque ne approfitto ancora per un ultima domanda in riferimento a qualche testo da suggerirmi in merito alla scelta dei motori elettrici. Per esser più chiaro sono interessato a tutte quelle considerazioni che debbono essere fatte per stabilire il tipo di motore elettrico da utilizzare nelle diverse applicazioni. Come scegliere tra DC e AC, sincrono e asincrono, passo-passo, brushless o altro?
 
Professione: ingegnere
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#14
Buona sera a tutti, in merito a motori stepper qualcuno saprebbe dirmi come faccio a scegliere i driver per comandare un motore passo passo? cioè quali parametri del motore elettrico si prendono in considerazione per selezionare il driver corretto?