Problema Inverter Rockwell

[Micco]

Buongiorno a tutti,

Avrei bisogno della vostra esperienza per cercare di risolvere un problema.

Ho un problema con DUE motori asincroni da 60W cad. che comandano due nastrini coassiali. alimentati da UN inverter Rockwell .

(di questo tipo di applicazioni ne abbiamo in giro diverse ma non hanno mai dato questo problema)

I motori sono alimentati a 230Vac trifase

L'inverter è alimentato a 400 VAC e limitato in uscita a 230VAC

I motori dall'inverter sono collegati a circa 20 Mt con cavo schermato collegato da entrambi i lati

Il problema è che dopo qualche minuto di funzionamento l'inverter da allarme: Corto circuito tra fase U-W

Ho chiesto al fornitore di motori elettrici e mi ha risposto che probabilmente è dovuto al tipo di inverter, consigliano di alimentarlo a 230VAC trifase spiegandomelo cosi:

(chiedo scusa anticipatamente per la traduzione )

Siccome l'inverter è alimentato 400Vac 3ph l'inverter trasforma da AC in DC (400V ac X 1.41) e poi in AC per il motore. LA rigidità dielettrica del nostro motore è 1,5KV.

La Tensione dielettrica generata dall'inverter è : 400 Vac * 1.41 * 2 = 564V ==> 564 * 2 (picco per mezza fase) = 1.128 KV ,infine dobbiamo moltiplicare per due per la fase completa --> 1.128KV * 2 = 2.256 KV

Confrontando le specifiche del motore asincrono, la rigidità dielettrica applicata dall'inverter è troppo grande e questo può provocato un deterioramento dell'isolamento del motore.

Secondo la vostra esperienza può essere una spiegazione valida?

Ringrazio anticipatamente

Buona giornata

[Livio Orsini]

Prima cosa è da verificare se effettivamente c'è perdita d'isolamento sul motore.

Se la perdita d'isolamento è reale la spiegazione data è plausibile, specialmente se i motori non sono di qualità eccelsa, am semplicemnte normale.

Capita sovente, con motori di qualità scadente, anche con alimentazioni del motore a 400 V.

Più che un problema di tensione è un problema di dv/dt dovuto alla tecnologia dell'inverter. Con un motore da 230 v nominali i circa 600V del dc bus, da cui si deriva la tensione per la ricostruzione dei 230V sinusoidali, unita all'elevato dv/dt, può provocare simili guasti.

Oltre a ridurre la tensione di alimentazione dell'inverter può essere vantaggioso inserire un filtro, o un semplice induttore trifase, tra inverter e motori. In questo modo il dv/dt dei fronti viene "addomesticato" a tutto vantaggio dell'isolante dei motori.

[Micco]

Grazie mille Livio per la tua veloce ed esaudiente risposta.

Questa casa costruttrice giapponese, difatti, sconsiglia l'utilizzo di inverter sui loro motori alimentati a 400V , ma non su quelli alimentati 230V trifasi (difatti, questi ultimi li utilizziamo spesso senza problemi) , e nello specifico questa applicazione la abbiamo fatta altre volte (in quei casi utilizzavamo inverter Siemens)

Un primo motore il nostro cliente finale lo ha mandato a ispezionare, ma al controllo risultava perfettamente funzionante e anche la prova di isolameno mi è stato detto essere andata a buon fine, difatti avevo pensato che fosse intervenuta la protezione termica integrata, solo che successivamente il problema si è verificato nuovamente.

Settimana prossima vado dal cliente e appena faccio le prove ti aggiorno

Grazie mille nuovamente per la disponibilità.

[Livio Orsini]

Se il motore non ha perso isolamento bisogna verificare la paramentrizzazione dell'inverter.

Se è un difetto che "va e viene" potrebbe essere un problema vero del motore che, ad una prova statica, sembra avere un isolamento valido, mentre con i picchi di tensione molto rapidi dovuti all'inverter comincia a perdere isolamento. Se è così dopo non molto tempo il difetto diventa costante ed il motore risulta deficitario di isolamento anche con misure statiche.

Se fosse un difetto dell'inverter il difetto rimane costante anche sostituendo il motore.

non avevo fatto caso pienamente a questo:

La Tensione dielettrica generata dall'inverter è : 400 Vac * 1.41 * 2 = 564V ==> 564 * 2 (picco per mezza fase) = 1.128 KV ,infine dobbiamo moltiplicare per due per la fase completa --> 1.128KV * 2 = 2.256 KV

Al dil a dei problemi di traduzione, i valori di tensione di picco non mi risultano corretti, c'è una moltiplicazione per 2 di troppo a mio parere.

[Micco]

valori di tensione di picco non mi risultano corretti, c'è una moltiplicazione per 2 di troppo a mio parere

Ti riferisci all'ultima moltiplicazione : picco per mezza fase?

[Livio Orsini]

No alla moltiplicazione pe 2 della fase completa.

[Micco]

Ah ok,

Provo a mandare una mail del perchè ha moltiplicato ulteriormente per 2 e vedo cosa mi risponde.

Grazie

[Micco]

Aggiornamento:

Mi hanno confermato i calcoli fatti dicendo:

"Il significato di × 2 è considerato come l'onda riflessa è 'considerato come un margine"

Il secondo motore sembra aver subito una perdita di isolamento (sono ancora in attesa di un'ulteriore conferma)

A questo punto l'unica cosa che pare possa risolvere la situazione pare essere quella di cambiare alimentazione all'inverter ( e l'inverter).

Il mio dubbio rimane: perchè con i siemens non ho mai avuto problemi e con i rockwell si? possibile che da un inverter ad un'altro cambi cosi tanto??

Grazie per l'interessamento

[Livio Orsini]

Mmm, a me sembra un po' come quello che oltre alla cintura ed alle bretelle, ingrassa di 20 kg per paura di perdere i calzoni!

Con 400 V di rete si arriva al massimo <1200Vpp.

Il fatto che con i Rockwell hai dei problemi sui motori e non li hai avuti con i Siemens, dipende da numerosi fattori concomitanti.

Prima di tutto non conosci le caratteristiche di dettaglio dei motori. Anche se fossero dello stsso modello, dello stesso costruttore, costruiti nellso stesso stabilimento nel medesimo giorno non possono essere identici. Basta, ad esempio, che sia stata cambiata la bobina da cui derivare il filo per gli avvolgimenti e le caratteristiche dell'isolante per quanto simili ed entro i parametri di tolleranza, siano differenti; poi basta che ci sia un tensione leggermente maggiore della bobinatura per avere un differente isolamento. Si tratta di piccolissime differenze, ma quando sei al limite queste possono essere determinanti.

Poi, fattore prinmcipale delle differenze di comportamento, è la velocità dei fronti di commutazione. Migliore è lo stadio finale dell'inverter, amggiore è la velocità dei fronti. un commutatore perfetto ha fronti con tempi pari a 0, quindi un dv/dt infinito.

Maggiore è il dv/dt maggiore è lo stress per l'isolante.

metti tutte questi fattori assieme ed otterrai la spiegazione del diffrente comportamento dei motori con i due tipi d'inverters.

[Micco]

A questo punto penso che l'unica cosa da fare sia utilizzare un inverter con alimentazione 230V , anche perchè inserendo solo delle induttanze o filtro in uscita non avrei la certezza di un corretto

funzionamento nel tempo, al massimo come hai suggerito tu nel post N°2 potrei optare per sostituzione alimentazione e aggiunta induttanza in uscita per poter "dormire sonni tranquilli".

Grazie mille per la tua disponibilità

Ciao

[SandroCalligaro]

Salve,

leggo questa discussione in ritardo, ma provo a dire la mia, caso mai tornasse utile.

Se la prova dell'isolamento esclude questo problema sul motore, la causa potrebbe essere la capacità del cavo (o del motore stesso).

Una capacità alta in uscita all'inverter viene vista come un "corto" per l'alta frequenza, quindi durante le commutazioni (a seconda, come dice Livio, di quanto sono ripidi i fronti).

Purtroppo non ho esperienza diretta di questo fenomeno, ma ne ho letto in proposito, e mi sembra un fatto più che logico. Rimane il fatto che le soluzioni sono l'uso di filtri induttivi in serie, o di un inverter con commutazioni più lente.

Ora però mi viene la curiosità di capire come faccia il controllo ad individuare un corto tra U e V (e non su una delle fasi). Normalmente i sensori sono su due delle tre fasi o sul bus (nel caso peggiore), oltre ai segnali di desaturazione (fault di corto) dei singoli IGBT...

[Micco]

Ciao a tutti e grazie dei consigli

Vi aggiorno (è passato un po di tempo ma sono stato un po preso) sul problema

Ho chiesto consigli direttamente a rockwell, anche loro mi hanno consigliato (e fornito in base ai dati del motore) un'induttanza da mettere in uscita all'inverter.

Dopo circa tre settimane di prove, mantenendo l'alimentazione degli inverter 400Vac il problema non si è più presentato, mentre prima delle induttanze dopo un paio di giorni gli inverter cominciavano a dare allarmi, quindi rimango fiducioso..

Ora però mi viene la curiosità di capire come faccia il controllo ad individuare un corto tra U e V (e non su una delle fasi)

Sinceramente non ne ho la piu pallida idea....

Grazie a tutti nuovamente

[Livio Orsini]

anche loro mi hanno consigliato (e fornito in base ai dati del motore) un'induttanza da mettere in uscita all'inverter.

Chiaro un induttore in serie agli avvolgimenti del motore ha 2 effetti:

• Provoca una caduta di tensione diminuendo la tensione applicata al motore.
• "sdraia" i fronti diminuendo il dv/dt, quindi l'isolante degli avvolgimenti del motore è meno sollecitato.

Ora però mi viene la curiosità di capire come faccia il controllo ad individuare un corto tra U e V (e non su una delle fasi)

Ipotizzo un'analisi delle derivate delle correnti.

[SandroCalligaro]

Quote

Ipotizzo un'analisi delle derivate delle correnti.

Fose, ripensandoci, la spiegazione potrebbe molto semplice: se due fasi vanno contemporaneamente in sovracorrente, per il controllo questo è considerato (giustamente) un corto tra quelle due fasi.

Siccome il corto avviene all'esterno dell'inverter, è misurabile con i due normali sensori di corrente.

In effetti quel che sarebbe difficile rilevare è il corto fase-fase all'interno dell'inverter, a meno di non considerare la desaturazione degli IGBT su due fasi come corto tra quelle due fasi.

Chiaro un induttore in serie agli avvolgimenti del motore ha 2 effetti:

• Provoca una caduta di tensione diminuendo la tensione applicata al motore.
• "sdraia" i fronti diminuendo il dv/dt, quindi l'isolante degli avvolgimenti del motore è meno sollecitato.

A proposito dei fronti, mi sono chiesto più volte se non sia possibile (e se possa essere conveniente) prevedere due percorsi diversi per il comando degli IGBT, di cui uno più lento (che porterebbe quindi ad avere dv/dt più bassi in uscita). Naturalmente aumenterebbero le perdite per commutazione, e si dovrebbe prevedere un derating, ma si potrebbe evitare l'uso di induttori sulle uscite, in casi come questo, risparmiando magari sul costo totale.

Modificato: 19 marzo 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

Naturalmente aumenterebbero le perdite per commutazione,

E anche di molto. Non solo riduci anche la risoluzione di regolazione.

Quando provai a fare il mio primo chopper per motore cc, esattamente 40 anni fa, c'erano solo BJT piuttosto lenti. La frequenza di base non superava gli 800 Hz. Per poter avere una buona risoluzione di regolazione, non potendo rstringere oltre un certo valore il duty cycle, circa 10% era il minimo valore, dovetti ricorrere alla soppressione di alcuni impulsi, ovvero dimezzare la frequenza di base.

se due fasi vanno contemporaneamente in sovracorrente, per il controllo questo è considerato (giustamente) un corto tra quelle due fasi

Si, però credo sia più conveniente lavorare non sulla corrente ma sulla sua derivata, in modo da avere una migliore prontezza.

Modificato: 19 marzo 2015 da Livio Orsini

[SandroCalligaro]

Quote

E anche di molto. Non solo riduci anche la risoluzione di regolazione.

La risoluzione non varierebbe di molto, rispetto al chopper nell'inverter trifase il caso è diverso: lo zero di tensione è a duty-cycle = 50% (a parte il caso di modulazioni PWM particolari), e quindi la durata minima e massima degli impulsi si ha solo alla massima tensione di uscita.

Le perdite di commutazione, in linea di massima, aumentano linearmente con la durata della commutazione (sono, quindi si potrebbe compensare riducendo dello stesso fattore la frequenza di switching.

Si sarebbe costretti naturalmente ad allungare i dead-time, quindi si avrebbe maggiore distorsione della tensione, che però si riesce a compensare (e l'entità cala linearmente con la frequenza di switching).

In ogni caso, so che la mia è un'idea un po' balzana.

Modificato: 20 marzo 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

La risoluzione non varierebbe di molto, rispetto al chopper nell'inverter trifase il caso è divers

No.

E' identico. Lo zero lo hai proprio intorno al 50% di duty cycle. Per convenzione con duty >50% uscita positiva, <50% uscita negativa.

Se allunghi i tempi di commutazione la larghezza minima di impulso deve crescere proporzionalmente.

Poi se fai due conti ti accorgi che rischi anche di uscire dal SOAR del semiconduttore finale.

[SandroCalligaro]

Ah, OK, scusa, per me "chopper" non era un ponte ad H, ma una singola gamba.

Non sono d'accordo sulla larghezza minima dell'impulso. Il problema è la presenza di una banda morta (che si può compensare) più che la risoluzione in sè.

In più, naturalmente, i limiti di tensione sono leggermente più stretti, visto che aumenta il dead-time, ed il limite minimo di duty-cycle è 0%+dead_time/Tsw e quello massimo a 100%+dead_time/Tsw.

I limiti dell'IGBT, ovviamente, andrebbero tenuti in considerazione. Per un certo range (ad es. 1:2) sarei tranquillo sul fatto che si possa aumentare il tempo di commutazione, riducendo dello stesso rapporto la frequenza di commutazione (quindi tenendo costante la potenza media dissipata in commutazione).

[Livio Orsini]

scusa, per me "chopper" non era un ponte ad H, ma una singola gamba.

No, non se ne sono mai fatti a livello industriale. Anche i più semplici, quando i semiconduttori eran costosi, avevano 2 gambe ed un'alimentazione bipolare.

Non sono d'accordo sulla larghezza minima dell'impulso.

Non sei d'accordo ma se ci ragioni non può che essere così.

Tu sta confondendo due cose differenti.

La variazione minima di duty cycle è l'unica cosa che determina la risoluzione, ovvero il quanto minimo di variazione di tensione, ovvero di velocità o di corrente.

Non esiste altro modo quando la regolazione avviene per variazione di duty cycle.