In Figura 1 e' raffigurata una simulazione con Pspice di uno scenario reale relativo ad una fase di un motore passo passo reperibile in commercio.
L'onda quadra sottostante rappresenta la tensione di alimentazione ai capi della fase le motore, sopra invece viene rappresentato l'andamento della corrente al suo interno.
Figura 1
Si nota subito un andamento ricurvo della corrente di fase rispetto alla tensione di
alimentazione della fase stessa. Questo succede perche' ci troviamo di fronte ad un tipico
circuito RL dove l'induttore, per sua natura, si oppone alle variazioni repentine di corrente
al suo interno. C'e' una correlazione diretta fra questa curva e la velocita' di rotazione del
motore, la difficolta' di commutare istantaneamente fra un valore di corrente nullo ed il
valore nominale si ripercuote negativamente sulla velocita' di rotazione e sulla coppia erogata.
Per tentare di aumentare la velocita' saremmo portati ad aumentare la frequenza degli impulsi di
tensione che alimentano la fase, ma arrivati ad un certo punto il motore non riuscira' piu' ad
aumentare la sua velocita' e perdera' il passo.
Naturalmente questo vale sia a vuoto che con una coppia applicata al rotore,
nel secondo caso il motore perdera' il passo ad una velocita' inferiore rispetto a quando
si trova a vuoto.
C'e' quindi una stretta correlazione fra velocita', corrente e coppia.
Come abbiamo detto l'induttore tende a mantenere costante la corrente che circola al suo
interno, facendo un paragone con la meccanica esso si comporta come un volano in rotazione il
quale tende a mantenere costante la sua velocita' e si oppone a tentativi di farla cambiare
repentinamente. Studiando un circuito RL alimentato da un gradino di tensione sappiamo che
la corrente che si instaura all'intenro dell'induttore segue un andamento esponenziale che
dipende dalla costante di tempo del circuito : tau = L/R.
In prima aprossimazione si assume che dopo un tempo pari a 5*tau l'induttore sia attraversato
dalla corrente nominale, allo stesso modo, in fase di scarica, la corrente scende verso lo zero
seguendo lo stesso andamento esponenziale. Risulta quindi evidente come il dover attendere che
trascorrano questi tempi pari a 5*tau vada a limitare di fatto la velocita' di rotazione del
motore.
Un discorso analogo lo si puo, fare per la coppia erogate : ad elevate velocita' ci aspettiamo
di verificare un andamento della corrente sempre piu' in ritardo rispetto agli impulsi in
ingresso. In pratica, se la velocita' e' molto elevata, la corrente non raggiungera' il valore
nominale anche dopo che sono passati 5 costanti di tempo.
Ma la coppia meccanica si origina dalla corrente che scorre nelle fasi, se questa
corrente non raggiunge il valore nominale non lo fara' nemmeno la coppia. In particolare
all'aumentare dalla velocita' diminuisce la coppia. A motore fermo abbiamo il massimo
assorbimento di corrente e di conseguenza la coppia massima, in fase di partenza la coppia
cala proporzionalmente all'aumentare della velocita', gli assorbimenti di corrente sono quindi
massimi alle basse velocita'.
Questo comportamente di opposizione alle variazioni di corrente da parte dell'induttore da
luogo anche alla necessita' di collegare in parallelo ad esso un diodo di libera circolazione
come spiegato nella
parte 1 di questo tutorial.
Al fine di aumentare la velocita' di rotazione ci sone varie tecniche, elencate di seguito :
- usare una doppia tensione di alimentazione
- usare il pilotaggio chopper con integrati dedicati (L297-L298)
- aumentare la resistenza di fase
I primi due casi presuppongono l'utilizzo di integrati dedicati, il terzo caso e' invece abbastanza semplice da realizzare mettendo una resistenza in serie all'avvolgimento, in questo modo tau diventa pari a L/R+Rext.
Naturalmetne questa opzione e' particolarmente inefficiente dal punto di vista energetico, infatti, parte della tensione di alimenentazione andrebbe a cadere sulla resistenza esterna la quale si troverebbe a dissipare la potenza in eccesso attraverso lo scambio di calore con l'ambiente esterno.
