Performance analysis of an electrical drive with a linear moving coil actuator

This paper deals with the analysis and study of the performance of an electric drive consisting of an electric linear moving coil actuator and related industrial controllers. The performance of a system, whatever its nature, is the expression of its efficiency and allows to understand if the components and the configuration used are optimal to the desired result. In this paper, a specific case study is considered. Linear electric actuators of the company SMAC Moving Coil Actuator reported a lower efficiency factor than expected, when driven by certain types of controllers. This aspect, as it is easy to understand, implies a criticality during the operation phases, because the system, as it was designed, is not able to perform the required task; This translates into an error in the final result and additional costs to resolve the problem. The objective of the study was to understand the possible causes of this behavior of the controllers, with a particular attention to the dead times in the internal circuits. This non-linearity, present in electronic devices, characterized by power switches, involves a reduction of the input voltage in the actuators, as the working frequency increases; all this results in a reduction of the force produced by the devices during operation. The study conducted aims to verify the possible causes of the problem through a series of measurements of the force produced by the linear actuator, alternately operated by three controllers with different characteristics. In addition, measurements of the actuator's power supply voltage were carried out using electronic laboratory instrumentation, which made it possible to visualize the trends of the waveforms of the quantities of interest. This study, as a whole, has allowed to put in light some intrinsic aspects of the controllers and which could be the causes of the problems found.

Analisi delle prestazioni di un azionamento elettrico con attuatore lineare a bobina mobile. Questo elaborato tratta l’analisi e lo studio delle prestazioni di un azionamento elettrico costituito da un attuatore elettrico lineare a bobina mobile e dei relativi controllori industriali. Le prestazioni di un sistema, qualunque sia la natura, sono l’espressione della sua efficienza e permettono di comprendere se i componenti e la configurazione utilizzata sono ottimali al risultato desiderato. In questo lavoro si prende in considerazione un caso specifico di studio. Gli attuatori elettrici lineari dell’azienda SMAC Moving Coil Actuator riportavano un fattore di rendimento inferiore rispetto a quanto previsto, se azionati da alcuni tipi di controllori. Questo aspetto, come è facile comprendere, comporta una criticità durante le fasi di funzionamento, perché il sistema, per come è stato progettato, non è in grado di svolgere la mansione richiesta; il tutto si traduce in un errore sul risultato finale e costi aggiuntivi per risolvere il problema. L’obbiettivo dello studio è stato quello di comprendere le possibili cause di questo comportamento dei controllori, con una particolare attenzione per i tempi morti nei circuiti interni. Questa non linearità, presente nei dispositivi elettronici, caratterizzati da interruttori di potenza, comporta una riduzione della tensione in ingresso negli attuatori, all’aumentare della frequenza di lavoro; tutto ciò si traduce in una riduzione della forza prodotta dai dispositivi durante il funzionamento. Lo studio condotto si propone di verificare le possibili cause del problema attraverso una serie di misurazioni della forza prodotta dall’attuatore lineare, azionato alternativamente da tre controllori dotati di caratteristiche diverse. Inoltre, sono state eseguite delle misurazioni della tensione di alimentazione dell’attuatore tramite strumentazione elettronica di laboratorio, che ha permesso di visualizzare gli andamenti delle forme d’onda delle grandezze di interesse. Questo studio, nel suo complesso ha permesso di mettere in luce alcuni aspetti intrinsechi dei controllori e quali potrebbero essere le cause delle problematiche riscontrate.