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Elettronica per sistemi CNC

Ultimo aggiornamento: 31/07/2015

Uno dei punti piu' importanti nella costruzione di una macchina CNC è la creazione dell'alimentazione. Come già detto un controller CNC richiede due diverse tensioni: La prima che puo' andare dai 20 ai 60V o piu' per l'alimentazione dei motori mentre una seconda, da 5V, per l'alimentazione della logica dei controllers. In un altro articolo abbiamo descritto come ottenere i 5V direttamente da alte tensioni vediamo ora come realizzare un semplicissimo alimentatore per la nostra macchina CNC. 

 

Di norma una qualsiasi macchina CNC è caratterizzata dalla presenza di almeno tre motori passo-passo e normalmente tali motori sono alimentati in PWM (pulse width modulation, un metodo chiamato anche chopper, con una frequenza che va da 1 a 20-30 khz). Si usa questo metodo per fare in modo che la corrente sia costante sia a basse che ad alte velocità e garantisce un minor riscaldamento dei finali del controller, dei motori aumentando genericamente le prestazioni del sistema.

Comunque siamo ora qui a parlare di alimentazione. Nella sua forma piu' semplice, come da schema a lato, si risolve in tre semplici componenti:

  • un trasformatore  (a pannello o, meglio, toroidale);
  • un ponte rettificatore;
  • uno o piu' condensatori di filtro.

Questa è la forma minima di uno stadio di alimentatore lineare, non switching e non stabilizzato, per una qualsiasi macchina cnc.

Il trasformatore riduce il valore di tensione alternata portandola a livelli utilizzabili, il ponte la rettifica, i condensatori di filtro la livellano.

Immaginando una situazione che vede nella nostra machcina cnc 3 motori da 2amp/fase guidati da un driver chopper. A prescindere da complessi calcoli possiamo dire che il pilotaggio in pwm della corrente riduce a 2/3 il valore medio all'interno degli avvolgimenti del motore. Considerando la peggiore delle situazioni che vede tutte e sei le fasi dei motori alimentate, il nostro alimentatore dovrà essere in grado di fornire senza problemi:

  6 (fasi) x 2 Amp * (2/3 chopper) = 8 Amp. 

Immaginando che desideriamo alimentare il tutto a 24V avremo quindi la necessità di un alimentatore da 24V/8amp.

Gli elementi in gioco saranno quindi: un trasformatore da 18V (valore commerciale piu' vicino) in quanto:

(18 * 1.41)-0.7 = 24.68V dopo il processo di rettifica rispetto a massa.

La formula semplificata per il calcolo del valore minimo del condensatore di filtro sarà:

22000 / (V/a) =  9.166uF (10000 uF arrotondato);

mentre per ottenere un livello di ripple basso (al di sotto di 1V) sarà:

C(Farad) = Amp/(2xHz*V) dove per Hz porremo 50 o 60 in base ai valori nazionali.

Nel nostro caso, quindi: 

C = 8/(120*24) = 27.777uF

"In medio stat virtus" dicevano i latini e quindi useremo un condensatore elettrolitico da 20.000 uF  (o due da 10.000uF) 

Per realizzare, quindi, un alimentatore di 24V/8A sara' necessario acquistare:

  • un trasformatore, che possa fornire la corrente necessaria, diciamo da 180W (18v*10a)  (200W è il valore commerciale piu' vicino);
  • un porte raddrizzatore da 30-40A (si, 30-40A al fine di prevenire eccessivi riscaladamenti);
  • un condensatore (50-63V) di 20.000uF oppure due o tre in parallelo per raggiungere la stessa capacità.


Un altra soluzione è l'acquisto di un alimentatore switching commerciale :-) .

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