Frenatura motore asincrono e frequenza inverter

[bello99]

Caio a tutti, ho una domanda da porvi.La frequenza che si imposta normalmente in un inverter, in che modo è legata alla rotazione del motore?Es: impostare 300 hertz su un inverter che comanda un motore asincrono...a quale velocità lo farà girare?

Inoltre detta frequenza è la medesima alla quale ruoterà il campo magnetico nello statore?

[Livio Orsini]

L'argomento è stato pluritrattato

Comunque breve risposta (come la domanda ) Se il tuo motore ha una velocità nominale di 2860 rpm a 50 Hz, a 300 Hz avrà circa 6 volte la velocità nominale, be 17160 rpm In genere è già azzardato, con motori normali, lavorare con frequenza doppia. A certe velocità vanno in crisi i cuscinetti e gli avvolgimenti tendono a.......scappare (forza centrifuga)

[bello99]

ma io ho trovato la formula che da il valore esatto di giri al minuto, che è la seguente:

Rpm=(120*f)/2p (dove p è il umero di poli).è valida?perchè se è valida, nel caso di un motore a 3 poli con 300Hz comandati dall'inverter si ha che i giri al minuto sono esattamente 6000rpm.oppure sto commettendo un errore?

[Mirko Ceronti]

Un motore a 3 coppie polari ha velocità di sincronismo pari a 1000 R.P.M. con 50 Hz.

Se degli Hertz gli e ne fornisci 300 (che sono 6 volte superiori a 50) Ti ritrovi appunto 1000 x 6 = 6000 R.P.M. (questa è la velocità del campo rotante).

Quindi il Tuo calcolo è giusto, (anche se il termine 3 poli lo è un po' meno, ma comunque c'eravamo capiti)

Saluti

Mirko

Modificato: 19 giugno 2010 da Mirko Ceronti

[bello99]

ok pero tornando alla domanda iniziale, la frequenza impartita dall'inverter è la stessa che agisce sugli avvolgimenti del motore?quindi il campo rotante ruota in proporzione alla frequenza giusto?

[Mirko Ceronti]

Certo !

E' il rotore che non lo raggiunge mai in velocità (cosa che se accadesse farebbe cessare il moto relativo tra rotore e statore, annullando così il principio per cui il motore Asincrono gira)

[Livio Orsini]

Bello99 leggi una targhetta di un qualsiasi motore asincrono, non troverai mai un bel numero tondo di giri (3000, 1500, 750 e via elencando) matroverai sempre valori all'incirca di 2860, 1440, 730. La differenza tra la velocità di sincronismo e quella reale è detta scorrimento. Lo scorrimento non è costante, anche per lo stesso motore dipende dalle condizioni di esercizio. Aumentando la coppia resistente tende ad aumentare sino a che, raggiunto il valore di coppia di stallo, lo scorrimento raggiunge il valore del 100% ed il motore si ferma .

[bello99]

Grazie ad entrambi, siete stati molto chiari.

In merito alla rampa di accelerazione e di decelerazione...la prima serve solo a dare la coppia necessaria al motore per avviarsi a regime mentre perchè spesso si usa una decelerazione quando il motore deve fermarsi?è una precauzione o cos'altro?

[Mirko Ceronti]

Dunque, o deceleri, o disconnetti il motore lasciandolo in caduta libera in modo che si fermi per inerzia.

Se io impostassi sull'inverter un tempo di decelerazione uguale a zero, equivarrebbe (in teoria) a fermare un'automobile erigendole un muro davanti mentre sta andando.

Non solo, se il carico che trasporta il motore è inerziale, per l'inverter è un pugno nello stomaco, quindi si è soliti accompagnare in decelerazione fornendo un tempo di rampa che dipende dal carico asservito. Dove lavoravo io, avevamo delle centrifughe che giravano a 750 R.P.M. con un peso di 1400 Kg. Se le lasciavi fermare per inerzia, impiegavano 28 minuti per giungere a giri = 0, invece dandole una rampa di decelerazione di 2 minuti, questa si fermava in tale tempo, e.....le resistenze di frenatura da 16 Kwatt sopra al quadro elettrico di gestione, facevano "tremare" l'aria circostante causa alla temperatura raggiunta...

Saluti

Mirko

[bello99]

Non solo, se il carico che trasporta il motore è inerziale, per l'inverter è un pugno nello stomaco

perche?che cosa succede?

le resistenze di frenatura scaricano la corrente che si induce nello statore?

[Livio Orsini]

Bisogna sempre ricordare il principio fondamentale della meccanica: un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto sino a che non interviene una forza esterna a modificarne lo stato. Questa tendenza ad opporsi alle variazioni si dice inerzia. nel caso di un moto rotativo, come nel motore elettrico, l'inerzia assume la forma di momento d'inerzia. Maggiore è il momento d'inerzia maggiore è il tempo necessario per ridurre la velocità a zero, oppure maggiore sarà la coppia necessaria per rallentarlo con una determinata accelerazione negativa. Quando il motore elettrico è chiamato ad assorbire coppia meccanica, come nel caso di frenature, si comporta da generatore riversando energia, nel caso di inverter, sul dc bus; questa azione determina un innalzamento della tensione del dc bus. La tensione sul dc bus non può salire oltre un certo valore, pena il danneggiamento irreversibile dei componenti. Se l'inverter è dotato di un gruppo di frenatura si interviene a scaricare i condensatori su di una resistenza, altrimenti si aprono gli interruttori di potenza (IGBT) ed il motore non frena e si ferma per inerzia.

Nel caso di frenatura dinamica ci sono dei limiti ben precisi dati sia dalla massima corrente sopportabile dall'inverter, sia dalla potenza dissipabile dal gruppo di frenatura.

Se controlli, in questa sezione c'è una mia discussione in evidenza sul dimensionamento dei motori; nel primo messaggio ci sono i links ai due tutorials sul dimensionamento dei motori e sul dimensionamento dei gruppi di frenatura.

Un altro modo per frenare consiste nell'iniettare tensione continua negli avvolgimenti del motore. Anche in questo caso, però, ci sono dei limiti ben precisi di corrente.

[Mirko Ceronti]

Quando si cerca di afferrare il concetto "Resistenza di Frenatura" bisognerebbe crearsi un modello di fantasia riferito ad un ciclista, che affronta una discesa con una bicicletta a scatto fisso, ovvero tipo il triciclo dei bambini che ha i pedali direttamente calettati sul mozzo della ruota, cosicchè il velocipede volendo potrebbe andare anche in retromarcia semplicemente pedalando al contrario.

Una volta sancita questa condizione necessaria per affrontare l'esempio che sto per farTi, Ti dirò che noi ora dobbiamo cercare di immaginarci un sistema ciclista-bicicletta-salita, come inverter-motore-carico rispettivamente, dove i transistor finali dell'inverter sono rappresentati dai muscoli delle gambe del nostro ciclista, il motore sono i pedali della bicicletta "particolare"sopracitata, ed il carico del motore è rappresentato dalla pendenza della strada.

Bene !

Partiamo ora dicendo che il nostro ciclista si appresta ad affrontare una salita del 18%, quindi un bello sforzo per il nostro motore che si trova a gestire un carico (pendenza) mica da ridere, ed avremo quindi il ciclista (inverter) che pompando nei pedali (avvolgimenti motore) si spinge su per la salita (carico).

Quindi è il ciclista che inietta forza (corrente) nei pedali (motore) per affrontare la salita (carico). Ma...una volta arrivato in cima, inizia la discesa, di analoga pendenza alla salita (18%) e secondo Te lui ora si riposa ? Si riposerebbe con una bicicletta normale, ma con una a scatto fisso, ora è la pendenza (carico) che trasforma i pedali (motore) in un generatore, il quale picchia con tutta la forza che la pendenza stessa gli conferisce, nei muscoli (finali inverter) delle gambe del ciclista (inverter). Per cui ? Per cui la discesa sarà tutt'altro che una scampagnata per il povero ciclista/inverter, che ora si ritrova a dover gestire una corrente di verso contrario alla precedente (infatti in salita "LUI" spingeva nei pedali, ora in discesa "GLI" spingono nei pedali) per cui lo sforzo ha cambiato di segno, ma si è tutt'altro che estinto. E stavolta chi spinge nei pedali, è proprio il carico (pendenza).

Inoltre mentre in salita poteva ovviare un po' allo sforzo riducendo la velocità e quindi montando la salita in "limite di corrente" in discesa, se la pendenza è tale che lui con i muscoli delle sue gambe non gli e la fa a contrastare la forza di spinta della pendenza stessa sulle sue gambe, si ritrova ad andare fuori giri ed a non riuscire più a gestire la velocità di calata col rischio di schiantarsi alla prima curva. In sostanza i sovragiri corrispondono all'extravoltage sul bus DC.

Quindi ? Quindi ad un certo punto avrà bisogno di una resistenza di frenatura, (che limita l'extravoltage dissipandolo sotto forma di energia termica) rappresentata nel caso della bicicletta proprio dai freni di quest'ultima, i quali trasformano anch'essi lo sforzo in calore per attrito.

Se il ciclista si accorge di non riuscire a tener testa alla pendenza della discesa, può ogni tanto dare una toccata ai freni, allo scopo di rientrare nei canoni ammessi dalla forza dei suoi muscoli.

Se invece si accorge di non farcela perchè la pendenza picchia troppo, lui scenderà con le mani sempre sui freni, e con le gambe che comunque fanno la loro parte per limitare il consumo dei freni.

Qualcuno obiettarà che si potrebbe scendere in limite di corrente, ma ciò significherebbe che andrebbe ridotta la pendenza, questo è il limite di corrente per ciò che riguarda la discesa. Infatti io sì che posso scegliere di accompagnare in frenata un motore senza installare la resistenza di frenatura semplicemente allungando il tempo di rampa della discesa, ma ciò tradotto in pratica, significa fermare un macchinario in mezz'ora invece che in 2 minuti. Allora tanto vale lasciarlo fermare per inerzia, ma quando si combatte coi tempi di produzione di un processo produttivo, non ci si può concedere molto.

In sostanza io posso scendere a valle intraprendendo un'altra strada che ha pendenza del 5% invece che del 18, ed allora sì che gli e la faccio anche senza usare i freni e gestendo lo sforzo con le sole gambe, ma poi arrivo molto tempo dopo.

Saluti

Mirko

OOOpss mi scuso con Livio per essermi sovrapposto al Suo messaggio

Modificato: 20 giugno 2010 da Mirko Ceronti

[Livio Orsini]

Mirko non c'è niente di cui scusarsi . I due messaggi si completano a vicenda.

[bello99]

grazie, siete stati molto professionali nelle vostre risposte... volevo solo aggiungere una cosa: un motore in frenata "trasmette" energia all'inverter andando a sovraccaricare il bus dc.Se si lascia il motore fermare per inerzia, anche in quel caso potrei andare a sovraccaricare il bus?

[Mirko Ceronti]

Se si lascia il motore fermare per inerzia, anche in quel caso potrei andare a sovraccaricare il bus?

No !!!Poichè un motore lasciato fermare per inerzia, è un motore disalimentato, ed un asincrono disalimentato col rotore (a gabbia) che ruota per inerzia, altro non è che un pezzo di metallo che gira, senza doti rigeneratrici.

Saluti

Mirko

[bello99]

grazie davvero, mi sono chiarito un po di dubbi.

ciao!

[GiroBo2]

....ovviamente con lo STOP per inerzia perde di significato il tempo di rampa di decelerazione.... durante lo STOP

ma ne mantiene pienamente il significato e l' importanza ( come da interventi di cui sopra) durante eventuali comandi di variazione di velocità

[renato1961]

In un motore trifase comandato da inverter il teleruttore di marcia conviene metterlo a monte o a valle dell'inverter?.

Dico questo perche' ho visto schemi con tutte due le tipologie ,sia a monte che a valle.

La resistenza di frenatura e' sempre in funzione durante il funzionamento dell'inverter o interviene solo in determinati momenti .

Voglio dire lei e' sempre collegata al bus dc ma dissipa potenza solo in fermata del motore?

grazie.

[Livio Orsini]

1. Sempre mettere un contattore a monte dell'inverter. A valle lo si usa solo in condizioni particolari come, ad esempio, l'uso del medesimo inverter per comandare più motori.
   
2. Il gruppo di frenatura interviene sole se la tensione sul DC bus supera la soglia prestabilita
   

[renato1961]

Grazie per la risposta LIvio .Per cui secondo Te ci vuole sempre il teleruttore a monte?

Ho visto parecchi schemi di macchine utensili in cui i fusibili alimentano direttamente l'inverter con il teleruttore a valle solo per un motore.

Pensi che sia una soluzione sbagliata?

Riguardo la resistenza di frenatura si mette e poi ci pensa lei ad intervenire secondo necessita'?

Come va calcolata questa resistenza e in quali casi (esempi pratici) e' obbligatorio metterla?

In un softstart non serve la resistenza perche' lui lavora sulla tensione e non sulla frequenza?

[Mirko Ceronti]

ci vuole sempre il teleruttore a monte?

Presumo (Livio mi correggerà) che derivi da un discorso di sicurezza del macchinario, nel senso che quando decido di fermare il motore asservito, se dopo la decelerazione l'inverter si spegne anche è meglio.

Però, se si tratta di un macchinario che lavora in modalità Start-Stop (nel senso che fa molte partenze e fermate nell'arco della giornata) allora il teleruttore a monte può essere deleterio, cioè lo stress che si procura ai condensatori elettrolitici del BUS D.C. inizia a farsi sentire, (specie per i grossi Inverter) e statisticamente parlando, un inverter soggetto a convulsi accendi-spegni, è più deputato a guastarsi.

Quindi non è rara neanche la soluzione di Inverter alimentato diretto in rete, anche per i motivi sopracitati.

Se invece parliamo di un'applicazione dove lo avvii al mattino e lo fermi alla sera, allora il teleruttore è un'ottima soluzione.

Ho visto parecchi schemi di macchine utensili in cui i fusibili alimentano direttamente l'inverter con il teleruttore a valle solo per un motore.

Pensi che sia una soluzione sbagliata?

Se la modalità di gestione della bobina teleruttore non passa attraverso una logica di attivazione e disattivazione dopo che l'inverter ha spento l'uscita puoi andare incontro a giornate spiacevoli, nel senso che l'inverter non gradirà !

Se invece questa logica viene rispettata, la cosa è fattibile.

Però, sotto il profilo della sicurezza l'USL potrebbe farTi delle storie.

Se per esempio la frenatura deve avvenire anche in caso di mancanza rete, (macchine pericolose tipo le centrifughe) come fai se il teleruttore a valle ha sezionato il motore dall'Inverter ?

Riguardo la resistenza di frenatura si mette e poi ci pensa lei ad intervenire secondo necessita'?

Ci pensa il Chopper che la alimenta in base al manifestarsi dell'incremento di tensione sul BUS D.C. in concomitanza con la decelerazione (vedi esempi messaggi 11 e 12 di questo Topic)

Come va calcolata questa resistenza e in quali casi (esempi pratici) e' obbligatorio metterla?

Dipende dalla sicurezza che deve avere il macchinario, e dalle esigenze di quest'ultimo.

Quando hai il motore che sta andando al massimo sulla macchina in questione, prova a spegnerla agendo sull'interruttore generale.

Se costei continua per inerzia a girare, allora ci vuole.

Pensa ad un trapano mentre sta forando.....serve ?

Direi di no, perchè già frena l'attrito dell'utensile (punta) dentro al materiale da forare, se Tu lo spegni mentre sta forando, il mandrino si ferma all'istante, ed in caso di decelerazioni durante la foratura, l'attrito aiuta in NON incremento della tensione sul BUS D.C.

Invece ad un ventilatore che fa molti cambi di velocità serve eccome.

Quindi il riferimento principe al "ci vuole o non ci vuole" è l'inerzia del caso specifico.

Come calcolarla ?

Ti rimando ad un ottimo tutorial di Livio sull'argomento, che trovi nella sezione Didattica

http://www.plcforum.it/portale/didattica.php?read_all=96

In un softstart non serve la resistenza perche' lui lavora sulla tensione e non sulla frequenza?

Non che "non serve", ma anche se servisse non funzionerebbe.

Sì, lavorando sulla frequenza l'effetto generatore del motore Asincrono (e quindi da freno) si produce grazie al dissincronismo che si crea fra la frequenza dell'inverter, e quella data dal motore, il quale girando ancora (per inerzia) ad una velocità che richiederebbe una frequenza maggiore di quella fornita in (quel momento) dall'inverter, rigenera e manda tensione trifase in bocca ai finali dell'inverter,la quale viene raddrizzata dai diodi di ricircolo su ogni singolo finale, e spedita direttamente sul BUS D.C.

Da qui la necessità di dissiparla tramite resistenza, ottenendo così l'effetto frenante.

Saluti

Mirko

Modificato: 20 aprile 2012 da Mirko Ceronti

[Livio Orsini]

Condivido quanto ha scritto Mirko, in aggiunta solo alcune notazioni.

Come va calcolata questa resistenza e in quali casi (esempi pratici) e' obbligatorio metterla?

In questa sezione c'è una mia discussione importante dove, al primo messaggio, ci sono i links ai miei tutorials per dimensionare un motore elettrico ed i resistori di frenatura.

Il resistore di frenatura non è obbligatorio, dipende dall'applicazione. Fare esempi pratici della casistica è paraticamente impossiible. Se hai un inverter "serio" il manuale di uso e installazione riporta sicuramente la guida per le condizioni in cui è necessario il gruppo di frenatura (chopper più resistore).

Il resistore da usarsi deve avere incorporato un termostato (clixon) che allarma qaundo la temperatura del resistore supera il livelllo di guardia. Molti manuali riportano l'uso di un interruttore termico, tipo "salvamotore"; soluzione pessima perchè costosa e poco sicura.

Il contattore prima dell'inverter sarebbe buona norma metterlo sempre.

Nel caso il ciclo macchina preveda numerose fermate e ripartenze, con necessità del motore fermo in sicurezza si può inserire un secondo contattore a valle con apertura comandata con la sequenza descritta da Mirko. Oggi la maggior parte degli inverter è certificata per il blocco di sicurezza anche in assenza di contattore elettromeccanico a valle e con rete inserita.

Il contattore a monte andrebbe aperto solo quando si decide di fermare la lavorazione e spegnere il quadro. Sarà reiserito all'accensione con il comando di "pronto alla marcia".

A monte dell'inverter fusibili o interruttori automatici servono solo a proteggere la linea di alimentazione in caso di guasto catastrofico dell'inverter (cortocircuito sul DC bus, ponte raddrizzatore in corto, etc.). Non proteggono in alcun modo i semiconduttori di potenza come nel caso di apaprati a SCR.

[SandroCalligaro]

Scusate, non avevo visto alcune risposte, non sono abituato a queste impostazioni di visualizzazione...

Ho rimosso quel che avevo scritto, per favore non considerate questo post. Grazie.

Modificato: 2 febbraio 2015 da SandroCalligaro

[lambda]

,scusate ma leggendo questo interessante topic mi è venuto un dubbio: se un i verter dovesse tenere fermo il motore in coppia senza farlo ruotare,è sufficiente impostare la frequenza a 0Hz?

se così fosse si potrebbe fermare il motore e senza spegnere l inverter poi si potrebbe farlo partire alzandone la frequenza....

[pagliardo]

Si, l'inverter è in run a frequenza zero. Il motore è fermo. Appena aumenti la frequenza il motore riparte.