I segreti di un buon cavo per servomotore e alimentazione motori

Prima di parlare di cavi per alimentazione di motori e servomotori, vediamo in breve cos’è un servomotore, come nasce e per quali applicazioni viene utilizzato.

Un servomotore è un motore elettrico che consente il controllo della posizione con estrema precisione. Quello standard è composto da tre elementi principali: il motore, il sensore di posizione o feedback e l’azionamento, a cui si può aggiungere in caso di necessità una resistenza di frenatura e un freno di stazionamento.

Galileo Ferraris, nel 1885 crea il primo campo magnetico rotante che rende concreta la possibilità di realizzare un motore asincrono. Scoperta che lo farà diventare noto in tutto il mondo.

Nikola Tesla non perde tempo e circa un mese dopo, ottiene il brevetto sul motoreasincrono.

Dobbiamo attendere, però, fino al 1892 per vedere la produzione industriale dei motori asincroni: è in quell’anno che la Westinghouse e la General Electric iniziano a produrli e a posizionarli sul mercato in modo massivo.

Nei primi anni ‘70 del ventesimo secolo, il Sig. Oskar Lapp inventa il cavo multiconduttore. Prima di questa grande intuizione, era consuetudine collegare il motore con cordine unipolari, raccolte all’interno di una guaina.

Oggi un cavo per servomotore deve comprendere sia la parte che alimenta la potenza del motore, (ovvero la parte di controllo per il freno e per gli eventuali sensori di temperatura), sia un cavo di retroazione o feedback che prende il dato dall’encoder (o dal resolver) e informa sullo stato di posizione e velocità del motore.

La base di partenza della nostra analisi tiene in considerazione il fatto che esistono diversi standard di mercato, dettati dai maggiori produttori di azionamenti. Essi delineano le caratteristiche costruttive dei cavi di alimentazione dei servo motori, come il numero di conduttori e sezioni oppure il numero di schermi e di tipologie.

Vediamo dunque più nel dettaglio quali sono i componenti principali che caratterizzano la struttura standard di un cavo per servomotore.

La maggior parte dei costruttori scelgono lo standard DESINA (DistributEd and Standardised INstAllation technology) che stabilisce dei modelli cromatici per l’identificazione dei cavi secondo la loro destinazione di utilizzo.

Per quanto riguarda i cavi per alimentazione motori e servomotori il colore è arancio RAL 2003. Due classici esempi di cavo per servomotore LAPP con guaina colore arancio sono ÖLFLEX^® SERVO 719 CY e ÖLFLEX^® SERVO 7TCE.

Insieme all’osservazione dei canoni cromatici stabiliti dallo standard, spesso vengono richieste certificazioni e approvazioni, come le Norme IEC per l’autoestinguenza e per l’export verso mercati esteri (ad esempio, verso il Nord America con certificazioni UL oppure verso la Russia con certificazioni EAC).

Un altro aspetto da non trascurare per i cavi di alimentazione motori e servomotori è il loro ambito di applicazione. Dovranno essere adatti al tipo di posa: fissa protetta o non protetta, posa mobile, in flessione e/o torsione e in catena porta cavi.

La peculiarità della guaina è la protezione del cordato dei conduttori che compongono il cavo. La scelta dei giusti materiali permette di offrire cavi resistenti ad agenti chimici organici o inorganici, oli sintetici, minerali e da taglio, condizioni spesso presenti in una macchina. Se poi l’applicazione è all’esterno, si dovrebbe scegliere una soluzione resistente ai raggi UV, alla presenza di acqua, ozono, a temperature critiche alte o basse che siano.

Il segreto per costruire un buon cavo servomotore, oltre che alla guaina realizzata con i giusti materiali, è legato anche ad altri fattori:

• la sua costruzione geometrica,
• il passo di cordatura dei conduttori (lungo per applicazioni di torsione e corto per flessione),
• i materiali di riempimento e di scorrimento.

Tali materiali sono di importanza strategica per far sì che i conduttori mantengano la loro posizione relativa e possano scorrere l’uno rispetto all’altro senza subire danni.

Nei cavi per alimentazione motori e servomotori, la geometria del cavo si discosta da quella tradizionale del cavo controllo e comando. Esiste una soluzione cavo con tre conduttori di protezione, che sono disposti simmetricamente attorno ai conduttori di alimentazione.

Il nostro ÖLFLEX^® SERVO 2XSLCY-JB è l’esempio perfetto di questo tipo di geometria che riduce notevolmente il totale delle tensioni disaccoppiate: le  distanze tra i conduttori di protezione e quelli di potenza sono uguali, garantendo una miglior difesa contro i disturbi EMI.

Pensando agli accorgimenti per ridurre l’impatto dei disturbi EMI, un altro importante suggerimento è investire su una buona schermatura del cavo servomotore.

Lo schermo, infatti, è un rivestimento in materiale conduttore applicato sull’isolamento o sull’insieme del cordato dei conduttori con lo scopo sia di confinare il campo elettrico generato dai conduttori, sia di proteggere dai disturbi elettromagnetici esterni.

Nei cavi per alimentazione motori e servomotori, si realizza sui conduttori di potenza con treccia di fili di rame stagnato con o senza nastro in poliestere.

Copertura min. = 85% (valore nom.).

Per quanto riguarda i conduttori per i segnali, invece, si usa il filo di drenaggio stagnato insieme alla treccia in rame stagnato con o senza nastro in tessuto non tessuto o in poliestere.

Esistono due configurazioni:

1. schermatura su tutto il cordato
2. schermatura con il nastro fatta sulle singole coppie di conduttori twistati.

Si ottiene utilizzando un materiale dielettrico destinato a sopportare la differenza di potenziale e prevenire così un eventuale transito di corrente tra due conduttori, come in un corto circuito.
Esistono diversi materiali per realizzare un buon isolamento, come il Polietilene reticolato (XLPE) e il Polipropilene (PP).

Una caratteristica comune ai due materiali è la costante dielettrica (ε) molto bassa che riduce la capacità tra conduttore/conduttore e tra conduttore/schermo e diminuisce i picchi di tensione, come, quelli generati dall’elettronica dell’inverter (disturbi irradiati).

Un valore aggiunto è far rientrare i disturbi nei limiti imposti dalla direttivaEMC, così da preservare anche la durata di vita degli avvolgimenti del motore.

L’attuale tendenza verso soluzioni a cavo unico nel campo dei servomotori porta un importante vantaggio rispetto ad un cavo servomotore “standard”.

Le moderne interfacce encoder puramente digitali, come, DSL o ENDAT, sono riuscite ad affermarsi positivamente sul mercato grazie alla semplificazione del cablaggio, poiché sono costituite da due soli conduttori l’alimentazione e la comunicazione con l’encoder.

I due conduttori possono essere inseriti direttamente all’interno del cavo di alimentazione motore e servomotore per ridurre i costi di cablaggio, degli ingombri, garantire maggior produttività, sicurezza funzionale ed efficienza, oltre che per eliminare di un connettore sul motore.

L’innovazione, da sempre uno dei valori di LAPP, ha permesso di seguire questa tendenza di mercato con l’introduzione del cavo servo ibrido ÖLFLEX^® SERVO FD 7DSL schermato adatto per applicazioni in catena ad alta dinamicità.