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Cos'è una PCB di controllo motore e come funziona?

Sommario

I produttori di PCB progettano circuiti stampati per far funzionare dispositivi o sistemi specifici. La scheda di controllo del motore, ad esempio, aziona un motore elettrico, garantendone il corretto funzionamento, efficienza e sicurezza. Queste funzioni lo rendono una parte fondamentale delle apparecchiature e dei sistemi elettrici. Di seguito, esaminiamo più in profondità questo tipo di PCB e la sua applicazione in diversi settori.

Cos'è una scheda di controllo motore?

È un circuito stampato utilizzato per far funzionare un motore elettrico. Puoi anche chiamarlo PCB del driver del motore poiché regola la potenza che arriva ai suoi avvolgimenti, facendolo iniziare a girare o fermarsi.

La scheda contiene anche l'elettronica e i circuiti da regolare velocità e coppia. Altre funzioni includono la gestione dell'alimentazione per l'efficienza e funzionalità di sicurezza come la protezione da sovraccarico e l'arresto termico.

La tavola è disponibile in diverse tipologie e dimensioni. Può essere un semplice modulo per un piccolo motore a corrente continua oppure una scheda complessa per il motore trifase di un impianto o gruppo industriale.

Alcuni PCB driver si collegano a controller separati e ricevono ingressi di azionamento. Alcuni incorporano il microcontrollore nei loro circuiti, fornendo funzioni di controllo e di azionamento.

Un PCB di controllo per un tornio
Un PCB di controllo per un tornio
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?v=VqDopj8-BBA

Funzione PCB di controllo motore

Una scheda motore ne garantisce il corretto funzionamento. Riceve input dall'utente o informazioni dal sensore, interpretando i segnali per determinare l'operazione richiesta. Utilizzando gli ingressi svolge le seguenti funzioni:

Avviamento e arresto del motore

La funzione principale del circuito del motore è avviare e arrestare la rotazione. Il PCB apre il circuito di alimentazione per collegarlo a una fonte di tensione per la funzione di avvio.

La scheda contiene anche l'elettronica che scollega la fonte di alimentazione per arrestare il motore e un circuito che applica una tensione di frenatura inversa o resistenza di frenatura.

Fare jogging e avanzare lentamente

Fare jogging e avanzare lentamente sono operazioni motorie quotidiane. Durante il jogging, il PCB applica momentaneamente la tensione di linea completa, avviando e arrestando il motore per produrre brevi spinte di movimento. Questi movimenti quindi spostano un carico.

L'inching avvia la rotazione a raffiche brevi ma a una tensione inferiore. Queste operazioni sono utili quando si impostano macchine utensili o si utilizzano applicazioni che richiedono un posizionamento preciso del carico.

Comunicazione e Feedback

I circuiti di controllo motore per sistemi avanzati sono dotati di interfacce di comunicazione per collegarli ad altri dispositivi o sistemi. Alcuni incorporano sensori e altri dispositivi per funzionare a circuito chiuso, soprattutto se progettati per sistemi intelligenti.

Protezione del motore e del circuito

La scheda contiene circuiti di rilevamento della sovratemperatura e del sovraccarico. Questi proteggono la scheda e altri circuiti da guasti elettrici e surriscaldamento.

Tuttavia, la protezione continua oltre il livello del consiglio. Comprende anche dispositivi di sicurezza esterni come relè e interruttori automatici sovraccarico e cortocircuito protezione.

Circuiti stampati del driver del motore a ponte H
Circuiti stampati del driver del motore a ponte H
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?4cxWFa4kg_o

Metodi di controllo PCB del motore

Il driver del motore è la parte che controlla direttamente la potenza inviata alle bobine dello statore o dell'armatura. Solitamente contiene componenti discreti per gestire la corrente più elevata e funziona utilizzando gli ingressi del controller. Il tipico PCB di controllo utilizza questi tipi di circuiti driver.

Controllo del ponte H

Gli schemi di un circuito a ponte H formano una "H." È costituito da quattro interruttori raggruppati in due e comprende transistor bipolari o, più spesso, MOSFET.

La chiusura di due di questi interruttori applica l'alimentazione in una direzione. Chiudendo gli altri due interruttori si cambia la polarità e il senso di rotazione. Il driver H Bridge è il metodo di controllo più utilizzato per i motori DC.

Controllo della resistenza variabile

In questo metodo, il PCB del driver controlla la quantità di corrente che scorre nelle bobine dell'armatura utilizzando resistori. Variando la resistenza, regola la tensione, regolando così la velocità e la coppia.

Oltre al controllo della velocità, i resistori aiutano a limitare correnti di spunto. Ha il vantaggio di funzionare, garantire livelli di tensione sicuri e prevenire il surriscaldamento.

Controllo PWM

PWM significa modulazione di larghezza di impulso. Si riferisce a un metodo di controllo in cui il circuito di pilotaggio accende e spegne rapidamente l'alimentazione, producendo una serie di impulsi ad onda quadra.


Variando la velocità di accensione/spegnimento (frequenza) si modifica l'ampiezza degli impulsi. Ciò, a sua volta, varia la tensione, consentendo al PCB di regolare la velocità senza ridurre la corrente e perdere coppia.

Progettazione e layout della scheda di controllo del motore passo-passo
Progettazione e layout della scheda di controllo del motore passo-passo
Risorsa: https://www.researchgate.net

Tipi di circuiti stampati di controllo motore

Diversi tipi di motori utilizzano vari tipi di circuiti stampati di controllo. Sulla base di questo metodo di classificazione, abbiamo i seguenti tipi: PCB CA, CC, passo-passo e servomotore.

PCB di controllo motore CA

Puoi anche chiamarlo driver a velocità variabile o inverter CA. Funziona modificando la frequenza di alimentazione per controllare funzioni come velocità e coppia. Il driver AC è adatto agli usi che richiedono una variazione costante di velocità.

PCB di controllo motore CC

Il tipo CC trasforma l'ingresso CA in una corrente pulsata unidirezionale. Viene generalmente utilizzato nei motori CC funzionanti con alimentazione CA. La scheda CC è popolare nelle applicazioni a bassa velocità.

PCB di controllo del motore passo-passo

Questo tipo di driver converte la potenza in ingresso in un'uscita CC pulsata, alimentandola alle fasi dello statore e facendole ruotare in "passi". Questo metodo di controllo elimina la necessità di un sistema di feedback. Aumentando la velocità degli impulsi aumenta la velocità di rotazione e viceversa.

PCB di controllo del servomotore

La scheda PCB del controller di un servomotore utilizza a resistenza variabile (potenziometro) e segnale PWM per la regolazione della posizione, della velocità o della coppia. Le versioni digitali utilizzano invece un microprocessore. Un meccanismo a circuito chiuso con un sensore consente ai circuiti del controller e del driver di garantire il corretto posizionamento.

Il circuito di controllo del motore di uno scooter
Il circuito di controllo del motore di uno scooter
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?tbB3edRw4o4

Applicazioni PCB di controllo motore

La scheda del motore elettrico è standard in molte applicazioni, dagli elettrodomestici ai sistemi di automazione avanzati presenti negli impianti produttivi. Di seguito è riportato un elenco di applicazioni che richiedono questo tipo di circuito.

Elettronica di consumo

Questi PCB sono parte integrante dell'elettronica di consumo come ventilatori, lavatrici, condizionatori d'aria, ecc. Le schede ne regolano il funzionamento e si interfacciano con vari ingressi di dispositivi per fornire opzioni di controllo avanzate.

Attrezzature e sistemi di produzione

La scheda gestisce sistemi motorizzati come trasportatori, Macchine a controllo numericoe attrezzature per lo smistamento o l'imballaggio nell'industria manifatturiera. Regola varie funzioni come la rotazione, il mantenimento del carico e l'attuazione.

Sistemi automobilistici

Diversi sistemi automobilistici utilizzano PCB dedicati per regolare il funzionamento di vari componenti cruciali per il corretto funzionamento dei veicoli. Questi includono aria condizionata, tergicristalli, pompe multiple e sistemi di apertura e chiusura delle finestre.

Robotica

I sistemi robotici elettrici si affidano ai circuiti stampati di controllo per muovere bracci, pinze e altre parti. Questi sistemi robotici trovano applicazioni pratiche nell’automazione industriale, nei dispositivi e apparecchiature mediche e in altri settori.

Veicoli elettrici

Auto elettriche, scooter e altri veicoli elettrici si affidano all'elettronica controllata da PCB per la rotazione precisa e altre funzioni. I circuiti si collegano ad altri dispositivi, compresi i sensori, per regolare la propulsione e la frenata.

Equipaggiamenti militari e sistemi di difesa

I dispositivi militari motorizzati e i sistemi di difesa contengono controller e circuiti driver unici che avviano, arrestano e variano la velocità per ottenere le funzioni desiderate. Il controllo elettronico rende i sistemi estremamente accurati, con altri vantaggi come efficienza energetica.

Sistemi aerospaziali

I motori elettrici muovono i flap dell’aereo, il carrello di atterraggio e altri componenti. Tutti questi sistemi richiedono che i PCB ricevano input e regolino la potenza, garantendo movimenti precisi. Le schede devono funzionare in modo affidabile e resistere ad ambienti difficili.

Conclusione

La PCB di controllo del motore è una parte fondamentale di dispositivi o sistemi che utilizzano motori elettrici, dagli elettrodomestici agli immensi macchinari degli impianti di produzione. Ha un circuito unico in grado di regolare il funzionamento, consentendo velocità variabili e altri vantaggi come protezione da sovraccarico e sovratemperatura.

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