motore CC a 24 V: alimentazione sicura ed efficiente per i tuoi dispositivi

Vantaggi in termini di sicurezza dei motori CC a 24 V: conformità SELV e riduzione del rischio del sistema

Perché i 24 V CC rientrano nei limiti della tensione di sicurezza extra-bassa (SELV) secondo la norma IEC 61800-5-1 e lo standard UL 508A

I sistemi che operano a 24 volt in corrente continua rientrano nella categoria denominata "Tensione di Sicurezza Extra-Bassa" (SELV), secondo entrambi gli standard IEC 61800-5-1 e UL 508A. La classificazione SELV indica fondamentalmente circuiti che rimangono al di sotto di determinati limiti, tipicamente non superiori a 50 volt in corrente alternata o a 120 volt in corrente continua durante il funzionamento normale. Ciò colloca i nostri 24 V in corrente continua nella fascia di sicurezza per quanto riguarda il contatto accidentale con parti conduttive. Per la maggior parte delle configurazioni industriali, ciò significa che non è necessario ricorrere a involucri collegati a terra o a strati complessi di isolamento che, altrimenti, sarebbero richiesti. Un altro importante vantaggio è la riduzione del rischio di archi elettrici. Poiché l’intensità dell’arco elettrico cresce con il quadrato del livello di tensione, un impianto a 24 V in corrente continua presenta meno dell’1% del pericolo rispetto a un sistema alimentato a 240 V in corrente alternata. Questa caratteristica rende la corrente continua a 24 V particolarmente adatta per apparecchiature in cui le persone operano in prossimità delle macchine, come i robot collaborativi impiegati nella produzione industriale o diverse apparecchiature mediche, nelle quali la sicurezza del paziente è di fondamentale importanza, ma permangono essenziali tempi di risposta rapidi e un controllo preciso.

Isolamento semplificato, ridotto rischio di arco e maggiore sicurezza per l’operatore negli ambienti con presenza umana

La conformità SELV consente tre principali vantaggi in termini di sicurezza:

• Richieste di isolamento ridotte , che consentono rivestimenti più sottili per gli avvolgimenti e progetti di motori più compatti
• Potenziale di arco elettrico trascurabile — i calcoli dell’energia incidentale secondo NFPA 70E indicano valori inferiori a 8 cal/cm² a 24 V, rispetto a oltre 40 cal/cm² a 120 V
• Intervento più rapido in caso di guasto , ottenibile mediante interruttori automatici standard anziché dispositivi di protezione specializzati

I benefici in termini di sicurezza diventano davvero evidenti quando gli operatori devono interagire quotidianamente in modo diretto con le attrezzature. Si prenda, ad esempio, una linea di imballaggio. Secondo i rapporti dell’OSHA, lo scorso anno gli stabilimenti che hanno sostituito i motori con modelli a corrente continua da 24 V hanno registrato una riduzione dei problemi legati alla sicurezza elettrica pari a circa il 60%, un risultato piuttosto impressionante rispetto a quanto accade con sistemi a tensione più elevata. Ciò assume un’importanza particolare in ambienti come gli ospedali, dove sono in funzione apparecchiature per risonanza magnetica (MRI), o negli stabilimenti alimentari, dove i rischi di contaminazione devono essere ridotti al minimo assoluto. Eliminando quella pericolosa tensione in circolazione, non sussiste alcun rischio di scosse elettriche né di fastidiose interferenze elettromagnetiche che potrebbero compromettere il funzionamento di strumenti delicati durante le operazioni di manutenzione. E non va dimenticato neppure l’aspetto della certificazione: la procedura UL per questi sistemi a bassa tensione riduce di circa il 30% la quantità di documentazione normalmente richiesta per gli impianti standard a 120 V. Ciò significa che i prodotti raggiungono più rapidamente il mercato e le aziende impiegano meno tempo a districarsi tra le procedure burocratiche.

Efficienza energetica e risparmi sui costi operativi con sistemi a motore in corrente continua da 24 V

Efficienza superiore a carico parziale rispetto ai motori CA: dati reali tratti dagli standard NEMA MG-1 e ISO 50001

La maggior parte dei motori industriali funziona effettivamente a una potenza inferiore rispetto alla capacità massima per la maggior parte del tempo, ed è proprio in queste condizioni che piccoli miglioramenti dell’efficienza assumono un’importanza rilevante. Secondo gli standard di settore universalmente riconosciuti (NEMA MG-1 e ISO 50001), i motori in corrente continua a 24 V tendono ad essere circa dal 10 al 15 percento più efficienti rispetto ai comuni motori asincroni in corrente alternata quando non operano alla potenza massima. Perché? Innanzitutto, le perdite dovute agli effetti elettromagnetici sono inferiori e, inoltre, gli avvolgimenti interni sono progettati in modo più efficiente. Analizzando applicazioni come nastri trasportatori o ventilatori di estrazione, dove la coppia varia costantemente, i motori in corrente continua raggiungono tipicamente un’efficienza pari al 47%, mentre quelli in corrente alternata si attestano intorno al 33%. Anche i test condotti nella pratica quotidiana confermano questi dati. Le aziende che hanno sostituito i propri sistemi con motori in corrente continua a 24 V hanno registrato una riduzione delle bollette elettriche annuali compresa tra il 12 e il 18 percento in diversi stabilimenti produttivi.

Perdite I²R ridotte al minimo e compatibilità con le moderne alimentazioni switching a 24 V

Le perdite resistive, note come perdite I quadrato R, diminuiscono notevolmente nei sistemi in corrente continua a 24 V poiché questi assorbono complessivamente una corrente inferiore. Combinando tali sistemi con moderne alimentazioni switching ad alta efficienza, o SMPS (Switched Mode Power Supplies) per brevità, si ottengono efficienze di sistema che nella pratica superano spesso il 90%. L’ultima generazione di modelli di SMPS a 24 V mantiene infatti una regolazione molto precisa della tensione di uscita, con un ripple tipicamente inferiore al 5%, il che garantisce un funzionamento più fluido, una fornitura di coppia costante e una minore generazione di calore nei componenti. Mettendo insieme tutti questi vantaggi, si ottiene un risparmio energetico pari a circa il 20–30% rispetto ai vecchi alimentatori lineari. Esiste inoltre un ulteriore beneficio: la possibilità di frenata rigenerativa, che contribuisce a migliorare la sostenibilità recuperando parte dell’energia cinetica durante le fasi di rallentamento, mantenendo nel contempo un controllo stabile della velocità e ottime caratteristiche di coppia durante l’intero processo.

Selezione del tipo di motore CC a 24 V più adatto alle esigenze della vostra applicazione

Motore in serie vs. motore a derivazione vs. motore CC a magneti permanenti: compromessi tra coppia, regolazione della velocità e ciclo di lavoro

La scelta del giusto motore in corrente continua a 24 V dipende essenzialmente da tre fattori principali: la coppia richiesta, la necessità di mantenere costante la velocità e il tipo di carico cui il motore sarà sottoposto nel tempo. I motori ad avvolgimento in serie sono ideali quando è necessaria una grande potenza all'avviamento, rendendoli perfetti per applicazioni come i nastri trasportatori che devono partire da fermo. Lo svantaggio? Non regolano bene la velocità in presenza di variazioni del carico. Al contrario, i motori ad avvolgimento derivato mantengono abbastanza stabili i giri al minuto anche al variare del carico, sebbene non offrano la stessa potenza all'avviamento. I motori a magneti permanenti (PM) occupano una posizione intermedia. Questi motori sono generalmente molto efficienti, rispondono in modo prevedibile alle variazioni sia di velocità sia di coppia e offrono in genere buone opzioni di controllo. Particolarmente degni di nota sono le versioni brushless, che funzionano eccezionalmente bene in applicazioni che richiedono un funzionamento continuo, come i sofisticati sistemi servo impiegati negli impianti produttivi moderni. Alla fine dei conti, abbinare con precisione le caratteristiche del motore alle effettive esigenze dell'applicazione rimane assolutamente fondamentale per il successo.

• Compiti intermittenti ad alto momento torcente (es. argani industriali): a eccitazione serie
• Operazioni continue a velocità costante (es. miscelatori di precisione): a eccitazione derivata
• Ambienti con controllo di precisione (es. apparecchiature di laboratorio automatizzate): motori a magneti permanenti, in particolare varianti brushless con efficienza superiore al 90%

Quando integrare riduttori: potenziamento della coppia di spunto e riduzione della velocità senza compromettere il controllo

Quando le applicazioni richiedono una coppia di avviamento maggiore o velocità di uscita più ridotte, ma desiderano comunque un buon controllo, i riduttori diventano estremamente importanti. Sia i sistemi di ingranaggi planetari che quelli a ruote dentate diritte possono aumentare la coppia da 3 a 5 volte, riducendo proporzionalmente i giri al minuto (RPM). Ciò consente a motori in corrente continua da 24 V di dimensioni più contenute di gestire carichi più gravosi, come quelli riscontrabili nei bracci robotici o nei gruppi motopropulsori dei veicoli a guida automatica (AGV). Il vero vantaggio sta nell’evitare l’impiego di motori più grandi, con un conseguente risparmio di spazio prezioso nelle progettazioni di sistemi embedded compatti. Inoltre, mantenere il rapporto tra l’inerzia del rotore e quella del carico sotto circa 10:1 contribuisce a garantire sia prontezza di risposta che stabilità operativa. Questi tipi di configurazioni si rivelano efficaci in numerose applicazioni industriali, tra cui...

• Pompe per dosaggio medicale che richiedono ripetibilità a livello di micron
• Veicoli a guida automatica che necessitano di coppia per la salita su pendenze e di accelerazione fluida
• Macchine per il confezionamento con cicli sincronizzati di avvio e arresto e finestre temporali rigorose

Domande Frequenti

Qual è la classificazione SELV secondo la norma IEC 61800-5-1 e UL 508A?

SELV sta per Tensione di Sicurezza a Bassissima Tensione, ossia circuiti che rimangono al di sotto di determinati limiti, tipicamente non superiori a 50 volt in corrente alternata o 120 volt in corrente continua durante il funzionamento normale.

Perché i motori in corrente continua da 24 V sono più efficienti a carichi parziali rispetto ai motori in corrente alternata?

i motori in corrente continua da 24 V sono generalmente dal 10 al 15 percento più efficienti grazie a minori perdite elettromagnetiche e a progetti di avvolgimento migliori, in particolare nelle condizioni di carico parziale.

Quali sono i vantaggi dei sistemi a 24 V in corrente continua riguardo al rischio di archi elettrici?

Grazie alla tensione inferiore, i sistemi a 24 V in corrente continua presentano un rischio ridotto di arco elettrico, con meno dell’1 percento dei pericoli associati ai sistemi a 240 V in corrente alternata.

In che modo i riduttori migliorano le prestazioni dei motori in corrente continua da 24 V?

I riduttori aumentano la coppia di spunto e riducono la velocità mantenendo il controllo, consentendo a motori di dimensioni inferiori di gestire efficacemente carichi più elevati.