Esplorazione dei dispositivi di uscita: attuatori e altoparlanti

Dispositivi di uscita: attuatori

Definizione e funzione degli attuatori

Con il termine “attuatore” si intende un dispositivo che permette di trasformare una grandezza elettrica in una grandezza fisica ad essa proporzionale. Questi rappresentano l’ultimo anello di una catena di distribuzione o di un sistema di controllo e sono preposti all’utilizzo dell’uscita del blocco di elaborazione per visualizzare le caratteristiche del sistema fisico in esame o per modificarne l’evoluzione e quindi ha la funzione inversa del trasduttore.

Tipi di motori e loro utilizzo

Questo dispositivo consente di convertire l’energia elettrica d’ingresso in energia meccanica di rotazione per effetto di un’azione di tipo elettromagnetico e sono utilizzati nei sistemi di controllo della posizione e della velocità. Nei primi bisogna pilotare il motore per un’adeguata precisione di posizione e per poter bloccare il motore. Nei secondi si deve gestire il modo di accelerazione, decelerazione per garantire una velocità costante durante il movimento. Tra i vari tipi si possono considerare quelli a magnete permanente in quanto è il più utilizzato per leggerezza, precisione e rapidità di risposta, uniformità di rotazione anche a basse velocità.

Struttura del motore a magnete permanente

Il motore in c.c. a magnete permanente presenta una struttura in cui si distinguono due sottosistemi:

• Lo statore costituito da un magnete permanente con due espansioni polari che hanno la funzione di creare un campo magnetico fisso;

• Il rotore costituito da un nucleo di materiale ferromagnetico intorno al quale sono avvolti più avvolgimenti spostati di un certo angolo fra di loro. Ogni avvolgimento ha una propria alimentazione distinta chiamata tensione di armatura che fa capo ad una coppia di lamelle separate di un collettore cilindrico solidale con l’asse di rotazione.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Principio di funzionamento del motore

Per comprendere il funzionamento del motore si considera la struttura di un motore elementare dotato di un solo avvolgimento e quindi con una sola spira rettangolare che può rotare attorno ad un asse perpendicolare al campo magnetico. Nella spira viene fatta circolare una corrente ia detta corrente di armatura perpendicolare al campo magnetico B e comporta che il lato l sia soggetto ad una forza perpendicolare ad esso ed al campo magnetico e di intensità:

F= Bial

Motori passo-passo e loro applicazioni

Il motore passo-passo è un attuatore che converte un’opportuna sequenza di segnali elettrici digitali in rotazioni angolari discrete multiple di un angolo fisso chiamato Passo che consente di azionare il motore per ottenere spostamenti angolare di estrema precisione o di farlo ruotare con una velocità proporzionale alla frequenza di clock dei segnali digitali di comando. I motori passo-passo sono adatti per i controlli di posizione ad anello aperto. Esistono 3 tipi di motori passo-passo:

• A magnete permanente

• A riluttanza variabile

• Ibridi

I motori a magnete permanente sono i più diffusi in quanto possono essere bipolari o unipolari. Sono costituiti da un rotore a magnete permanente cilindrico sulla cui superficie laterale si affacciano i poli magnetici e da una coppia di espansione statori che sulle quali sono disposti due avvolgimenti o fasi. Il loro principio di funzionamento è basato sull’interazione tra intensità del campo magnetico generato dal magnete permanente del rotore ed il campo magnetico variabile generato dagli avvolgimenti dello statore quando è alimentata una sola fase o due fasi contemporaneamente. L’interazione tra i due campi origina una coppia motrice che permette il movimento regolare.

Tipi di altoparlanti e loro funzionamento

Sono dispositivi che trasformano i segnali elettrici in onde sonore udibili dall’orecchio umano. Esistono 3 tipi fondamentali di altoparlanti in base al loro tipo di funzionamento:

• Magnetodinamico

• Elettrostatico

• Piezoelettrico.

Il più diffuso è quello magnetodinamico a bobina mobile: esso è costituito da una bobina mobile dotato di spire di filo di rame avvolte sopra un supporto. La bobina è collegata rigidamente ad una membrana e viene inserita nel traferro di forma anulare di un magnete permanente ed è quindi immersa in un campo magnetico le cui linee di campo sono radiali; questo insieme al magnete-bobina mobile viene detto “elemento motore” dell’altoparlante. Se viene attraversato da una corrente istantanea i , essa viene sollecitata da una forza vibro motrice istantanea F=Bli. La bobina trascina nel suo moto la membrana che con il suo movimento provoca variazioni di pressione nell’aria. Il sistema vibrante è tenuto centrato rispetto al traferro mediante una sospensione elastica a forma di anello impedendo spostamenti laterali ed evitando che la bobina strusci contro le espansioni polari del magnete.

Tra i parametri principali vi sono:

• Sensibilità o livello sonoro: rapporto fra la pressione P e la pressione di riferimento P0 ;

• Direttività: diversa intensità sonora emessa dall’altoparlante alle varie frequenze. Essa è influenzata dalle dimensioni della membrana. In genere la membrana è di forma circolare ma per allargare la risposta in frequenza si fanno in forma ovale.

Nei sistemi di diffusione sonora ad alta fedeltà, si usano sistemi di diffusione a tre vie e quindi costituita da tre altoparlanti:

• Tweeter: per le alte frequenze

• Woofer: per le basse frequenze

• Midrange: per le frequenze intermedie.