Variazione di velocità molto ampia: Inverter e motore asincrono oppure cosa?

[fbc_redhat]

Salve a tutti

nella mia azienda sono presenti alcuni trasporti a rulli (o tappeto) piuttosto datati che funzionano a 2 velocità, la prima diciamo per il normale avanzamento, la seconda per carico/scarico rapido. Il costruttore ha realizzato la doppia velocità con un un sistema alquanto macchinoso e per nulla affidabile composto da un motovariatore con ruota libera per la velocità bassa ed una coppia di pulegge variabili per la alta. Comando dei motori con semplici contattori.

Per cercare di ovviare ai continui problemi meccanici, ho da poco modificato uno di questi trasporti sostituendo le pulegge variabili con altre a rapporto fisso. Inverter per il comando del restante singolo motore e doppio preset di frequenza.

Le due velocità del trasporto bassa/alta in questo caso sono di 11 e 45 mt/min che corrispondono a circa 18 e 75 Hz (motore a 4 poli). Credo di avere centrato bene la trasmissione meccanica per avere un range di frequenza che non dia problemi, la bassa non è troppo bassa da compromettere la coppia, e l'alta non stressa eccessivamente il motore.

Ora dovrei modificarne un'altro simile ma con velocità bassa a 6 mt/min, la alta rimane sui 45. Questo corrisponderebbe a circa 13 e 100 Hz.

Azzardato? Dovrei pensare ad un servomotore?

 

[Livio Orsini]

Teoricamente no, però bisogna conoscere gli apparati che hai intenzione di usare.

Primo rilievo sulla motorizzazione che hai già in uso.

Se il motore è autoventilante corri il serio pericolo, nel caso di uso per tempi non brevi della bassa velocità, di avere il motore in sovra temperatura. Infatti al di sotto dei 40Hz l'autoventilazione diventa ineffiiciente, bisogna aggiungere un servoventilatore esterno.

Un rapporto 1:7, 1:8 di velocità è possibile a patto che:

• Il motore possa lavorare a velocità doppia senza problemi di cuscinetti e di forza centrifuga sul rotore. Devi sentire il costruttore del motore per sapere se il motore può lavorare a quella velocità. Il controllo bisognerebbe farlo anche per il motore che viene alimentato a 75 Hz.
• La coppia nominale del motore sia doppia di quella necessaria per lavorare a 100 Hz, visto che a quella velocità, dovendo lavorare in regime di potenza costante, la coppia si dimezza.
• L'azionamento, motore più inverter, sia di tipo a controllo vettoriale così da consentire ancora una coppia di valore prossimo a quello nominale anche a 6Hz.

Vale poi quanto scritto prima per la ventilazione.

Da ultimo.

In alcuni casi è possibile con una parametrizzazione particolare lavorare in regime di coppia costante sino a circa 87 Hz, ma è una taratura piuttosto delicata.

Modificato: 28 agosto 2015 da Livio Orsini

[SandroCalligaro]

In alcuni casi è possibile con una parametrizzazione particolare lavorare in regime di coppia costante sino a circa 87 Hz, ma è una taratura piuttosto delicata.

Scusa Livio, intendi che si può ottenere la coppia nominale fino a 87 Hz invece che fino a 50 Hz? Per ottenere questo risultato come si agisce?

Se si mantiene lo stesso limite di corrente, dovendo ridurre il flusso oltre i 50 Hz la corrente in quadratura può essere più alta, ma facendo un conto veloce a me sembra che non si riesca a mantenere la stessa coppia.

Si ammette una corrente maggiore della nominale, data la maggiore ventilazione?

 

[Livio Orsini]

Come ho premesso è un'operazione delicata che va eseguita con cognizione.

Per prima cosa è necessario che il motore sia un 230V-400V in "D"-"

Colleghi a "D" e parametrizzi V/f come 400 V - 87 Hz, quindi il motore lavorerà in regime di coppia costante sino ad 87Hz.

Il vero problema  diventa la potenza erogata ed assorbita perchè rimando costante la coppia e l'assorbimento di corrente tra 50Hz e 87 Hz la potenza massima erogata e dassorbita diventano circa 1.7 volte la nominale.

Questo espediente è spesso usato negli azionamenti asincroni scalari quando è necessario poter salire di velocità senza perdere significativamente di coppia.

[SandroCalligaro]

Grazie. Avrei dovuto insospettirmi, vedendo che 87/50 è circa sqrt(3)!

Stessa corrente sulle fasi, maggiore corrente sull'inverter. Semplice, ma non scontato.

[fbc_redhat]

Grazie Livio delle preziose cosiderazioni.

Veramente ho sempre pensato che i motori asincroni in commercio da 2 e 4 poli avessero la stessa meccanica e quindi i 4 poli potessero essere tirati fino a 2800 n/min senza particolari problemi. Ne ho in funzione da anni a 70-80-100 hz su macchine spazzolatrici e simili e non ho mai registrato guasti precoci. Comunque chiedero' conferma al fornitore. Gli inverter che uso sono dei vettoriali Danfoss Micro Drive FC51.

In effetti le due applicazioni seppure simili differiscono per il tempo di funzionamento fra le velocita' bassa/alta. 

Il primo, quello in funzione, viaggia nelle 8 ore di lavoro per 3/5 del tempo in alta, 1/5 in bassa (per 1 minuto circa ogni ciclo), 1/5 fermo. In questa condizione la ventilazione ovviamente è buona. Il secondo invece, quello da fare, rimane per la maggior parte del tempo in bassa. La motorizzazione e la trasmissione sono da sostituire totalmente quindi cercherò dei motori con ventilazione separata, spero ne esistano di taglia 1-1,5 Kw

Flavio

[fmussolin]

La servo ventilazione è un accessorio che hanno normalmente tutti i costruttori di motori. Può essere con alimentazione monofase a 220V oppure trifase a 400V, o anche a 24 V anche su motori gr. 90 (la tua potenza da 1,1 - 1,5 kW)

Trattandosi di una motorizzazione ex novo, posso suggerirti di valutare la coppia necessaria alla tua applicazione al maggior regime di velocità. Se ad esempio dovrai andare intorno ai 2800 giri di motore , potrebbe valer la pena di considerare un motore a 2 poli con coppia idonea alla movimentazione. Se usato con un buon vettoriale come inverter e servo ventilato, la coppia nominale del motore rimane abbastanza disponibile fino a ai 10-15 Hz e potrebbe essere il tuo caso. Peccato che per il 4 poli, tu debba andare oltre la frequenza di 87 Hz come consigliava Livio, la soluzione "delta" sarebbe stata molto buona, purtroppo oltre gli 87 Hz la coppia precipita.....

 

[SandroCalligaro]

purtroppo oltre gli 87 Hz la coppia precipita.....

Mi aspetto che, deflussando correttamente, si abbia una riduzione quasi lineare della coppia, sopra la velocità "nominale" (quindi sopra gli 87 Hz, nel caso della soluzione "delta").

[Livio Orsini]

Mi aspetto che, deflussando correttamente, si abbia una riduzione quasi lineare della coppia,

Certo. Oltre gli 87 Hz si torna a lavorare in regime di potenza costante. 

Se usato con un buon vettoriale come inverter e servo ventilato, la coppia nominale del motore rimane abbastanza disponibile fino a ai 10-15 Hz

Se l'inverter vettoriale è degno di questo nome e la parametrizzazione è fatta in modo corretto mi aspetto valori di coppia vicini alla nominale anche a frequenze molto più basse. 

Se vi ricordate le demo alle fiere di settore di una ventina di anni fa, quando i controlli vettoriali non erano ancora prodotti maturi, era abbastanza usuale mostrare un piccolo motore con calettato sull'albero un braccio di circa 20 cm, cm con all'estremo una massa di parecchie centinaia di grammi; il motore veniva fatto ruotare a circa 2-3 rpm.

Questa è una condizione molto critica per il controllo di coppia perché il motore deve sviluppare una coppia che varia in modo sinusoidale su tutte e 4 i quadranti.

Modificato: 31 agosto 2015 da Livio Orsini

[fmussolin]

Certamente Livio

a volte il buon risultato può essere compromesso dalla qualità del motore...ho visto applicazioni erogare coppia quasi nominale anche a qualche Hz di funzionamento, ma c'era un encoder di retroazione a dare una mano all'inverter. Su altri prodotti, ma non si fanno i nomi, si può avere la coppia nominale anche a giri 0.....ma allora c'è un DTC! Opssss!!!!

 

[Livio Orsini]

Non solo i DTC della ABB forniscono certe prestazioni; anche almeno un'italianissima azienda che produce inverters ha prodotti che posono avere prestazioni simili.

[SandroCalligaro]

Mi piacerebbe vedere in azione alcuni di questi azionamenti in un confronto alla pari. C'è un'azienda molto ABBile a reclamizzare i suoi prodotti con una documentazione molto voluminosa e discorsiva, dove però ci sono poche prove concrete.

In ogni caso, l'asincrono non permette il funzionamento continuo sensorless a velocità nulla.

 

Se si vuole avere pieno controllo senza encoder anche a velocità nulla l'alternativa c'è, usando motori sincroni (a riluttanza o magneti permanenti) ed inverter adatti.

Modificato: 31 agosto 2015 da SandroCalligaro

[fmussolin]

Lungi da me entrare in un flame.....più che reclamizzare, posso dirti che ne ho avviati parecchi di quelli che hanno il DTC...e più di me,  molti altri colleghi qui nel forum, penso.....e fanno quello che dicono di saper fare! Anche a giri zero...

Quanto alle prove, ti ricordo che è un brevetto ..... ma se vuoi vederli in funzione anche in ambienti gravosi, chiedi e il tuo agente di zona ti porterà a constatare che non è solo reclame

[SandroCalligaro]

fmussolin, benvenga la tua esperienza in merito. Anzi, spero di non essere stato brusco.

 

Non voglio e non posso sostenere che sia solo reclame, senza averli provati, ci mancherebbe! Chiaramente, da quello che molti dicono (te compreso) e dai dati di vendita, non posso che convincermi che siano dei buonissimi drive.

Solo che c'è molta documentazione (tutta di parte), in cui si fanno delle affermazioni a volte poco tecniche ed un po' esagerate, mentre i risultati sperimentali sono striminziti. Ovviamente le prove del buon funzionamento del controllo si potrebbero dare anche senza spiegare niente del metodo.

Il brevetto relativo al DTC, comunque, dovrebbe essere scaduto. Ci sono buone ragioni per pensare che il segreto delle buone prestazioni, però, non sia nel DTC in sé, ma nella tecnica di stima del flusso e dei parametri del motore (che a quanto pare non è brevettata, ma tenuta segreta).

 

Purtroppo i limiti fisici impediscono di controllare un asincrono in sensorless anche da fermo (e per "controllare" intendo che riesca a mantenere il riferimento opponendosi ad una coppia di disturbo, per una durata qualunque). In casi particolari, sfruttando effetti secondari (molto molto dipendenti dalla costruzione del motore) o addirittura rotori modificati per lo scopo, si è riusciti ad ottenere qualcosa. Si tratta comunque di esperimenti, non so di alcun drive commerciale in cui siano implementate queste tecniche.

 

Purtroppo sono andato un po' off-topic.

[Livio Orsini]

La prima volta che ho usato i DTC, quasi venti anni fa, dovevo anche fare un grosso avvolgitore regolato in tiro (coppia), proprio avere la sicurezza di controllare anche la coppia da fermo avevamo previsto encoders sui motori, motori che erano quelli consigliati dal produttore per essere accoppiati all'inverter.

Proprio per conoscere i limiti, durante la fase di messa in servizio feci prove di regolazione di tiro a velocità zero senza reazione da encoder. Ebbene non riscontrai variazioni apprezzabili nella regolazione tra la configurazione  con sensore e senza sensore.

Il costruttore dichiara che la reazione è obbligatoria negli impieghi per sollevamento, ma questo è abbastanza intuibile vista la possibilità di contro rotazione.

In altre occasioni feci applicazioni simili con inverters di altri costruttori, giapponesi e anche un italiano, e ottenni risultati simili.

 

(e per "controllare" intendo che riesca a mantenere il riferimento opponendosi ad una coppia di disturbo, per una durata qualunque).

 

Credo che mantenere in tensione un avvolgitore fermo, limitando la coppia al valore previsto, sia proprio uno di questi casi. 

[fmussolin]

Come dice Livio che li ha provati, in molti casi la presenza della retroazione non da al sistema apprezzabili differenze, indice che la regolazione sensorless è davvero buona. Se sia merito del DTC o del progetto, cambia poco....sono i risultati che contano. In un mondo dove tutti dicono di fare tutto e ci mettono niente a scopiazzarti una idea  (se sei stato a SPS, di inverter ne avrai visti....a bancali) difendere un prodotto che funziona secondo me è legittimo, finchè ci si riesce.

Mi preme sottolineare che di prodotti buoni ce ne sono, difendo quelli che conosco se vanno bene e su quelli che non conosco...aspetto di metterci le mani sopra per esprimere un giudizio.

Altro aspetto che a volte è sottovalutato: usare un buon inverter e un motore che costa poco, è come avere il motore di una macchina sportiva con le ruote di una carriola...alla prima curva, andrà fuori strada!!!!

Per tornare al topic, se Flavio cambierà la motorizzazione per adeguare il suo processo alle esigenze che ha indicato, il suggerimento che gli posso dare è di scegliere anche un buon motore da collegare alla catena cinematica, affinchè il tutto giri...come si deve!!!

Buon Lavoro

[Livio Orsini]

Altro aspetto che a volte è sottovalutato: usare un buon inverter e un motore che costa poco

 

Io direi: "usare un motore di cattiva qualità", perchè non sempre la qualità è funzione del prezzo.

Come sempre in una catena le prestazioni globai corripondono a quelle dell'anello più debole.

[SandroCalligaro]

Credo che mantenere in tensione un avvolgitore fermo, limitando la coppia al valore previsto, sia proprio uno di questi casi. 

I risultati che descrivi sono molto interessanti. A maggior ragione, visto quel che si può ottenere, sarebbe bello che i costruttori pubblicizzassero i prodotti con i fatti (mostrando i risultati di prove sperimentali), invece che a chiacchiere!

Quello che intendevo però si spinge oltre, è la classica prova di stiffness. Da fermo, una coppia esterna (attiva) tenta di muovere il rotore, mentre il controllo di velocità si oppone e riesce a mantenere il rotore fermo a regime. La differenza grossa è che qui la velocità meccanica deve essere stimata e controllata, mentre nella prova di tiro, in sostanza, non è necessario, perchè la variabile controllata è la coppia. Oltre al sollevamento immagino ci siano poche altre applicazioni reali che richiedono queste prestazioni, a meno di non considerare il controllo di posizione.

Come dicevo, con i sincroni (magneti annegati o riluttanza, in molti casi anche magneti superficiali) sarebbe già possibile farlo.

 

Se sia merito del DTC o del progetto, cambia poco....sono i risultati che contano.

Dipende dal punto di vista: se sei interessato solo all'applicazione sì, ma se ti interessa anche capire come funziona...

[Livio Orsini]

Alla fine del secolo scorso, Mitsubishi presentò la nuova linea di inverters che potevano essere configurati come scalari in V/f, vettoriali sensorless e vettoriali con reazione da encoder.

Nel manuale veniva specifica che l'encoder era obbligatorio solo se era necessario il controllo di coppia su 4 quadranti.

Da fermo, una coppia esterna......

La tua mi sembra un po' una questione di lana caprina.

Io concordo che il sensore sia indispensabile per il controllo di coppia su 4 quadranti come nel caso del sollevamento, oppure come nel caso della macchina dimostrativa che ho descritto in precedenza dove, sicuramente, il controllo di coppia si esegue su tutti e 4 i quadranti.

Nel caso di macchine ferme in coppia, se non si tratta di sellevamenti, non si lavora su 4 quadranti.

[fbc_redhat]

se Flavio cambierà la motorizzazione per adeguare il suo processo alle esigenze che ha indicato, il suggerimento che gli posso dare è di scegliere anche un buon motore da collegare alla catena cinematica, affinchè il tutto giri...come si deve!!!

Non so se si possono fare nomi .. il mio fornitore abituale distribuisce Electro Adda e CEG di solito prendo questi. 

[Livio Orsini]

Elettro Adda era del gruppo E: Marelli e dovrebbe fare ancora roba decente.

Ci sono parecchi costruttori nazionalei che hanno dicreta qualità. Alcuni, come OEMER, fanno motori appositi per inverters vettoriali.

[Mario Maggi]

fbc_redhat, 

rappresento una voce fuori dal coro. 

Nel tuo caso metterei non un motore servoventilato, ma un motore senza ventilazione, meccanicamente sovradimensionato di una o due taglie. Curando il montaggio del motore su una parte che possa dissipare un po' di calore, il motore potra'  funzionare 24h/24 a frequenza bassa senza surriscaldarsi. 

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

Mario, mettere un motore di 2 taglie maggiore, con in più un dissipatore di calore, per risparmiare un piccolo motoventilatore, non mi sembra proprio un'idea felice.

[fmussolin]

Inoltre usare un motore più grosso, significa  crescere in modo significativo con le dimensioni di accoppiamento al carico. Flavio non ci ha detto come è costituita la catena cinematica di trasmissione, ha indicato un paio di potenze, uno da 1,1 kW e uno da  1,5 kW.

Questi motori sono generalmente costruiti nella grandezza IEC 90, quindi con albero da 24 mm e flangia da 200 se B5 o 140 se B14.

Presumo che la trasmissione a valle preveda un riduttore, se in precedenza aveva un variatore. Ora, mettere un motore di un paio di taglie in più, significa montare se va bene un 3 kW oppure un 4 kW, come ha suggerito Mario. In motore da 3 kW o da 4 kW ha albero da 28 mm e flangia da 250, se B5, oppure 160 se B14. Il punto è che cambiando motore, dovrà cambiare anche il riduttore...aumento di dimensioni, ancoraggi alla macchina da rifare.....personalmente, resto favorevole alla servo ventilazione: serve solo un pò di spazio in più dietro al motore.

[fbc_redhat]

Inoltre usare un motore più grosso, significa  crescere in modo significativo con le dimensioni di accoppiamento al carico. Flavio non ci ha detto come è costituita la catena cinematica di trasmissione, ha indicato un paio di potenze, uno da 1,1 kW e uno da  1,5 kW.

Questi motori sono generalmente costruiti nella grandezza IEC 90, quindi con albero da 24 mm e flangia da 200 se B5 o 140 se B14.

Presumo che la trasmissione a valle preveda un riduttore, se in precedenza aveva un variatore. Ora, mettere un motore di un paio di taglie in più, significa montare se va bene un 3 kW oppure un 4 kW, come ha suggerito Mario. In motore da 3 kW o da 4 kW ha albero da 28 mm e flangia da 250, se B5, oppure 160 se B14. Il punto è che cambiando motore, dovrà cambiare anche il riduttore...aumento di dimensioni, ancoraggi alla macchina da rifare.....personalmente, resto favorevole alla servo ventilazione: serve solo un pò di spazio in più dietro al motore.

E' così. Posizione e diametro uscita riduttore obbligato e spazi angusti (e vai con le terapie di ossigeno-ozono alla schiena!).

Servo ventilatore 100%.