Azionamento Mandrino Thyssen Spi 12

[pavel59]

Nel pomeriggio abbiamo individuato (come sospettato) un guasto al modulo Darlington del circuito di frenatura. Ho già ordinato il ricambio, domani lo avremo.

Non abbiamo ancora controllato il circuito di pilotaggio (la scheda a fianco) temiamo di trovare qualche problemino anche su quella, in quanto il corto riguarda le connessioni che portano al pilotaggio e - di solito - in questi casi salta qualche componente anche lì. Un transistor/diodo e una resistenza se va bene.

Fortunatamente ho trovato il componente presso un altro fornitore, la RS aveva un equivalente a catalogo (sempre ST) per 398,00 Euro... l'originale invece mi costa la modica cifra di 31,23 Euro. Decisamente un'altra cifra.

:-)

E speriamo che con questo il calvario abbia termine.

Non posso davvero lamentarmi, però non vedo l'ora di poter provare la macchina come si deve, e l'attesa comincia a diventare snervante.

Controllerò la presenza di induttanze in uscita e, se del caso, provvederò.

Grazie ancora

Paolo

[pavel59]

Ieri pomeriggio è arrivato il transistor di rimpiazzo, abbiamo provveduto alla modifica e questa mattina abbiamo ri-sistemato l'inverter al suo posto.

Controllate le tensioni ecc.

Tutto è andato bene, ripartito OK, fatto lo zero macchina (ora c'è anche la batteria per cui memorizza lo zero macchina), azionato il mandrino, due, tre volte, tutto OK...

Poi, ZACK ! ! ! ! ... saltato di nuovo il differenziale, misurate le tensioni e nuovamente troviamo tensione - a vuoto - sulla resistenza di frenatura, ovvero è nuovamente saltato il transistor.

Ergo, qualcosa sta facendo saltare il finale del chopper.

Avevamo sommariamente controllato il controller del chopper (sono due shede, un controllo e un finale) e apparentemente non vi erano guasti, naturalmente è stato fatto poco più di un controllo visivo, non essendo disponibile uno schema elettrico. Essenzialmente sono stati controllati i componenti principali per vedere che non ci fssero corti.

A questo punto il dubbio maggiore ce l'ho sulla resistenza di frenatura, con il tester segna circa 28 Ohm, ma un controllo serio non l'abbiamo potuto fare perchè significava letteralmente smontare lo chassis dell'inverter. Per quel che si poteva vedere da fuori si tratta di una resistenza a filo (intesa come vero e proprio avvolgimento su di un supporto di forma rettangolare, abbastanza grande).

Sto aspettando che una persona venga a vedere l'inverter installato sulla nacchina, per cercare di capire meglio cosa potrebbe generare il problema.

A questo punto propenderei per sostituire il circuito originale con un chopper+resistenza esterno.

Per il resto l'inverter funziona, abbiamo provato tutte le altre funzioni macchina ed anche l'azionamento del mandrino a velocità moderate e va tutto bene, anche l'orientamento ed il cambio utensile.

Qualcuno ha qualche suggerimento da darmi ?

Ciao

Paolo

[Livio Orsini]

Con 28 ohm, considerando che il dispsitivo lavora attornao a 600v ==> 21.43A ==> sono quasi 13kW di dissipazione istantanea sulla resistenza (r*i^2). Non ho il datasheet del transistore chopper. Bisognerebbe verificare:

1 - Se 22A rientra nei limiti

2 - Se il pilotaggio è corretto

3 - Come è tarato l'intervento dell'unità di frenatura (come ha spiegato Mario in precedenza). Se l'unità di frenatura dovesse lavorare in continuo ho la sensazione che i dimensionamenti non siano corretti. E' solo una sensazione perchè non ho tutti i dati.

Da come descrivi il resistore di frenatura non è certo dei migliori. Quel tipo di costruzione comporta una notevole induttanza parassita che, viste le frequenze di chopper, è particolarmente deleteria. La resistenza, oltre ad essere del tipo non induttivo, dovrebbe aver inserito anche un clixon che segnala il raggiungimento della massima temperatura di lavoro.

Per esperienza diretta è un allarme utilissimo.

Se ti può interessare, nella discussione in rilievo di questo forum, c'è il link ad un mio tutorial sul dimensionamento dei motori con un appendice per dimensioanre correttamente le unità di frenatura.

Modificato: 14 gennaio 2006 da Livio Orsini

[Mario Maggi]

Hi, Paolo,

quando fai il riparatore di inverter e racconti quello che succede, il cliente spesso non ci crede.

Qualcuno ha qualche suggerimento da darmi ?

Se monti l'unita' esterna di frenatura, tieni corti i collegamenti di potenza + e -

Cura benissimo l'isolamento del circuito di frenatura e del resistore, in quanto non c'e' alcuna protezione in grado di salvare l'inverter nel caso che quel pezzo di circuito scarichi verso massa.

Ciao

Mario

[Alessio_tre]

Io controllerei il filtro dell' azionamento.... altrimenti metti un differenziale insensibile alle componenti continue.

Saluti.

[Mario Maggi]

Caro Paolo,

Poi, ZACK ! ! ! ! ... saltato di nuovo il differenziale, misurate le tensioni e nuovamente troviamo tensione - a vuoto - sulla resistenza di frenatura, ovvero è nuovamente saltato il transistor.

mi sta venendo un dubbio di interpretazione su "ovvero".

A ) scatta il differenziale, quando riaccendi trovi una tensione di circa 550 V DC sul resistore, il resistore e' caldissimo in quanto dissipa effettivamente oltre 10 kW in calore. Forse quello che hai chiamato "darlington" di frenatura e' veramente guasto, forse no. Io propendo per il no.

oppure

B ) scatta il differenziale, quando riaccendi trovi a vuoto una tensione inferiore (fasulla), il resistore e' solo tiepido se non freddo.

Se A ) c'e' effettivamente un'anomalia al circuito di frenatura, se B ) devi solo cambiare il differenziale.

Ciao

Mario

P.S.: ti ho mandato un e-mail, l'hai ricevuto?

[pavel59]

Avevo anch'io un ragionevole dubbio, dovuto al fatto che: quando abbiamo scoperto il guasto al Darlington del chopper (ha due connessioni in corto) l'inverter funzionava solo se venivano scollegati sia il positivo del chopper (il cavo che porta dalla barra + dei condensatori al chopper di frenatura) sia le connessioni con la resistenza.

E con il chopper scollegato, facendo girare il mandrino (a velocità ridotte) si riusciva a gestire la frenatura (per leggere i valori delle tensioni di ritorno) solo con il potenziometro. M5 causava una sovratensione ed immediata condizione di protezione inverter (sbloccabile solo con spegnimento e riacecnsione).

Questa volta, invece, è stata scollegata solo la resistenza mentre il chopper è rimasto collegato e non ci sono segnalazioni di anomalie apparenti, abbiamo potuto effettuare svariati test con cambio utensile, gestione del magazzino ed orientamento mandrino, senza problemi (ovviamente con azionamento a velocità moderata del mandrino stesso).

Sempre a differenza dell'altra volta, pur essendo collegato il chopper, i condensatori caricano e scaricano regolarmente.

L'unica anomalia rilevata è stata una tensione di circa 60V sui capi della resistenza, a vuoto.

La sequenza esatta dell'accaduto è stata la seguente:

Sostituito transistor, controllate e ripristinate le connessioni, rimontato l'inverter sulla macchina, controllate connessioni e tensioni, attivata la macchina ed il controllo.

Eseguito azzeramento assi, chiuse le porte, avviato il mandrino a velocità moderate ma diverse e crescenti, tre, quattro, cinque volte, con anche cambio utensile, poi improvvisamente è saltato il differenziale ed è stata rilevata l'anomalia.

Cosa intendi esattamente per "sostituzione differenziale" ?

Ho già sostituito di recente il differenziale con uno (suggeritomi dalla PEAR) da 63A, 400V, 300mA, 100mSec.

Che tipo di differenziale devo montare ?

Grazie ancora per i vostri preziosi suggerimenti.

Paolo

PS. Non ho ricevuto e-mail.

Ciao ancora

Modificato: 16 gennaio 2006 da Gabriele Corrieri

[Mario Maggi]

Caro Paolo,

Questa volta, invece, è stata scollegata solo la resistenza mentre il chopper è rimasto collegato e non ci sono segnalazioni di anomalie apparenti, abbiamo potuto effettuare svariati test con cambio utensile, gestione del magazzino ed orientamento mandrino, senza problemi (ovviamente con azionamento a velocità moderata del mandrino stesso).

Sempre a differenza dell'altra volta, pur essendo collegato il chopper, i condensatori caricano e scaricano regolarmente.

L'unica anomalia rilevata è stata una tensione di circa 60V sui capi della resistenza, a vuoto.

Direi che il chopper funzioni bene. Probabilmente la tensione di 60 V e' fasulla.

Prova a mettere provvisoriamente un resistore con resistenza piu' alta, per esempio quella di un ferro da stiro o di una stufetta (occhio all'isolamento verso massa). Se il circuito funziona bene, a inverter acceso e motore fermo il resistore non deve scaldare.

Sul tipo di differenziale, lascio la parola ai piu' esperti, comunque deve accettare le componenti continue senza scattare. Sembra assodato che il differenziale inadatto e' ora il vero problema.

Ciao

Mario

[pavel59]

Ho parlato poco fa con il tecnico che mi sta seguendo la macchina (lavora in un'azienda che si occupa di retrofitting) e lui continua a propendere per il guasto al chopper.

Io non sono convintissimo come lui, comunque stasera mi dovrebbe portare una resistenza nuova per fare la prova.

Anche per quanto riguarda il differenziale, potrebbe in effetti essere quello, anche se nuovo e di potenza adeguata.

Ne ho parlato anche con uno dei tecnici presso quel mio cliente che mi ha sostituito i componenti in corto, in effetti anche nel caso dei gruppi di continuità hanno riscontrato un analogo problema (quando entrava in modalità batterie) risolto solo individuando un particolare interruttore differenziale compatibile con quel carico.

A questo punto non è un problema sostituire nuovamente l'interruttore differenziale, però vorrei capire cosa chiedere al fornitore.

A breve dovrei comunque ricevere dalla Germania l'inverter Siemens che ho acquistato, nella peggiore delle ipotesi possiamo anche pensare a ricorrere a quello.

Grazie ancora per la preziosa assistenza

Ciao

Paolo

[pavel59]

OK, penso che stavolta abbiamo beccato l'origine di tutti i guai (e se avessimo avuto un pò più di accortezza l'avremmo già rislota la volta precedente).

La resistenza (una bestia avvolta in filo, larga una decina di cm e lunga circa 50) era montata in un vano sul fondo dell'inverter, al di sotto di tutte le schede. Per esaminarla bene avremmo dovuto smontare tutto.

Questa volta, però, con più motivazione, abbiamo indagato più a fondo e dall'unico lato da cui era possibile vedere qualcosa abbiamo finalmente notato che i cavi che la collegavano passavano - liberi - al di sotto della resistenza stessa (non so chi possa aver pensato una sciocchezza simile) e ormai cotti e stracotti avevano prodotto un paio di sfiammate.

Rimossa la grata di protezione abbiamo rimosso la resistenza (tagliando i cavi che tanto ormai non servivano) che sembra in buono stato. I cavi invece sono completamente carbonizzati. Sotto la resistenza i segni evidenti di due sfiammate.

Domani provvederemo ad analizzare a fondo l'inverter alla ricerca dei danni (sicuramente il Darlington) e al riordino dei ricambi. Poi dovremmo finalmente avere risolto il tutto.

Vi farò sapere

Ciao

Paolo

[Mario Maggi]

Ullalla! Finalmente!

Questo spiega sia il danneggiamento del ponte di diodi di ingresso che quello del Darlinglton (poi ci farai sapere la sigla, per pura curiosita').

Dicevo ...

Cura benissimo l'isolamento del circuito di frenatura e del resistore, in quanto non c'e' alcuna protezione in grado di salvare l'inverter nel caso che quel pezzo di circuito scarichi verso massa.

C.V.D.

Ciao

Mario

[pavel59]

Il Darlington utilizzato è un ESM6045AV, un NPN DARLINGTON POWER MODULE abbinato a un diodo BYT230PIV1000, entrambi in packaging ISO-TOP.

Il ponte di diodi è un Semikron SKD 30/12 A1

Ta un paio di giorni sapremo se è tutto risolto.

Ciao

Paolo

[Mario Maggi]

Caro Paolo,

sento ancora puzza di bruciato.

Dapprima eri stato un po' reticente a dire a che tensione e' alimentato l'inverter, poi hai scritto:

Per rispondere alle tue domande, sì l'inverter è pilotato dalla 380.

Ho inteso che l'alimentazione era 3x380 V, a cui corrisponde una tensione di bus DC intorno ai 530 V che puo' salire ben oltre i 600 V durante i transitori di frenatura e commutazione avvolgimenti.

Ora, l'ESM6045AV tiene solo 450 di VCEsus (data sheet), mi sembra una tensione troppo bassa per un circuito che lavora sempre con transitori impegnativi.

Dubbio: non e' che il darlington originale era gia' stato sostituito in precedenza da qualcun'altro?

Che sigla hanno gli IGBT dello stadio finale, sono della stessa classe di tensione o sono da 1200 V?

Ciao

Mario

[pavel59]

Caro Mario,

grazie per la tempestività di questo messaggio.

In effetti hai ragione su tutta la linea, ed è plausibile che il transistor possa essere diverso dagli altri.

Dopo pranzo apriremo l'inverter, ho già disposto perchè venga smontato anche un finale di linea per controllare.

E' possibile che sia già stato effettuato un intervento, in effetti mi stavo proprio interrogando - perplesso - sul come fosse possibile che una ditta come la Thyssen potesse aver montato una resistenza di frenatura con i cavi liberi in prossimità della stessa. Mi sembra una follia che si spiega solo con un maldestro intervento a posteriori.

Grazie ancora, controlliamo poi ti facciamo sapere.

Paolo

[pavel59]

Mario,

abbiamo controllato l'inverter, i finali sono dello stesso tipo: ESM6045AV, ne ho parlato con il mio cliente ed anche lui concorda che siano sotto-dimensionati, anche se c'è la possibilità che il circuito sia progettato per sfruttare una caduta di tensione ... ecc.

In questi giorni lui è impegnatissimo e non ha avuto il tempo di vedere personalmente, la verifica me l'ha fatta un ragazzo del service (anche lui viene dall'azienda in cui producevano UPS ed ha esperienza di quel genere di circuiti).

Il Darlington è andato, come in precedenza. Nessun altro componente sembra aver subito conseguenze.

Ti confermo che il circuito lavora con tensioni in uscita di circa 530V e con tensioni di ritorno che superano i 630V in frenata.

Per il momento ho ordinato lo stesso componente, in futuro non è escluso che si possa rivedere il dimensionamento dei finali, per lavorare con maggiore tranquillità.

Questo potrebbe anche spiegare perchè, come mi pare di avere capito da chi distribuiva quei prodotti, "il motore è ottimo, potente, ottimamente bilanciato ecc. l'azionamento è sofisticato e specificamente progettato per quel motore, ma sembra soffrisse di una certa fragilità (guasti non infrequenti)."

Potrebbe trattarsi proprio di questo, di un sotto-dimensionamento dello stadio di potenza o di un suo componente.

La resistenza ora abbiamo pensato di portarla fuori dallo chassis dell'inverter, in una zona più libera e con migliore areazione (a fianco dell'inverter c'è un'ampia zona protetta, completamente libera).

La lunghezza del collegamento non dovrebbe superare quella originale, al max. una decina di cm in più.

Ciao

Paolo

[Mario Maggi]

Caro Paolo,

il motore ha una targhetta? Puoi trascrivere i dati?

I problemi tecnici si possono risolvere, tutti.

Se e' un po' debole in tensione, bisognera' fare in modo che assolutamente non manchi mai la polarizzazione negativa, che permette di aumentare la tensione. "Forse" (ma non so come e' collegato l'alimentatore dei servizi dell'inverter) un piccolo UPS puo' supportare l'alimentatore e costringerlo a polarizzare gli ESM6045 anche nel caso di un transitorio a tensione inferiore, sempre possibile.

Un'altra soluzione tecnica possibile e' l'installazione di un autotrasformatore, che abbassi un po' la tensione, ma prima di pronunciarmi vorrei avere i dati di targa del motore.

Ciao

Mario

P.S.: quando hai realizzato il primo pezzo vero (se non e' top-secret) ci mandi una foto del pezzo?

[pavel59]

Ecco i dati:

THYSSEN-M.A.N. AUFZUGE GmbH

WERK ANTRIEBSTECHNIK - METZINGEN

TYP: DQK112L005 Nr. 001559 Bauf. B5

Dr. Str. : MOT HP: 4.4 JSO Kl: F Gew. 90Kg

P N U I

KW min V A

5 700 225 18.5

5 8800 350 11

4 10000 350 9

SHALTUNG: REIHE

non mancherò di pubblicare sia le foto della macchina che delle prime lavorazioni.

Ciao

Paolo

[Mario Maggi]

Paolo,

se non devi tirarlo alla massima potenza alla massima velocita', puoi pensare di ridurre - per esempio a 340 V - la tensione di alimentazione a favore dell'affidabilita' (se .... , lo vedremo poi, ora usa un po' la macchina). Puoi farlo usando un autotrasformatore.

Buon lavoro!

Mario

[Livio Orsini]

Mario ma non ti sembra che ci sia qualche cosa che non quadra? Sono stati montati dei transistor da 450v quando la tensione di picco, nominale, sulla batteria dei condensatori è 648v; anche prendendo in esame i vecchi valori 380+/-10% si arriva sempre a 589v di picco che sono molti di più dei 450v tenuti dallo ESM6045AV che, comunque, andrà a lovarare al di fuori del SOAR.

Secondo me si possono fare tre ipotesi:

- sono stati sostituiti tutti i transistors originali senza tener conto della compatibilità

- il costruttore usava una selezione speciale del componente (poco probabile e molto brutto)

- l'inverter era previsto per tensioni di rete di 200v. In questp caso i transistors sono dimensionati con un certo margine.

Ci sarebbe anche la possibilità che i transistors siano quelli originali e che il produttore dell'inverter si affidasse alla divina provvidenza

[Mario Maggi]

Caro Livio,

per me e' tutto regolare. Io pero' non avrei fatto cosi'.

Loro non considerano la Vceo ma la Vcesus che e' piu' alta. Lavorando in queste condizioni DEVE assolutamente essere presente la polarizzazione negativa in base, altrimenti puo' saltare tutto.

Se c'e' uno spiffero - e sul circuito di frenatura e' all'ordine del giorno - la polarizzazione puo' mancare per qualche microsecondo (dipende dal tempo di storage) ed il darlington finisce nel museo dei fu.

Poiche' la stessa ditta ha realizzato anche gli inverter a frequenza variabile per i treni tedeschi a levitazione magnetica, spero che almeno in quel caso abbiano usato qualche tecnologia meno a rischio.

Per questo dicevo che si poteva pensare ad un UPS. Se l'alimentatore che fornisce la polarizzazione negativa non e' ricavato dal bus DC ma proviene da un trasformatore con raddrizzatore, questo trasformatore andrebbe alimentato da UPS.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

....stessa ditta ha realizzato anche gli inverter a frequenza variabile per i treni tedeschi a levitazione magnetica...

Appunto perchè conosco i prodotti Tyssen che mi sembra strano. Anche considerando la Vcesus, teoricamete si finisce per lavorare fuori dalla SOAR. CHe poi questo in pratica non accada quasi mai...Non è comunque un criterio per una progettazione seria. Per questo che ho ipotizzato o una selezione dei transistors (cosa possibile se l'azionamento è molto vetusto) e/o una riduzione della tensione di alimentazione con autotrafo con funzioni anche di induttanza di filtro. Bisognerebbe leggere il manuale. La soluzione dell'autotrafo, con contemporanea funzione d'induttanza di rete, l'ho vista usare negli anni '80. poi sono migliorati i transistors....

[Mario Maggi]

Caro Livio,

quando e' nato il contenitore ISOTOP, nel 1984, ero ad Aix-en-Provence all'allora Thomson per convincerli a selezionare dei transistor con RBsoa migliore di quelli a specifica. Parlo circa dello stesso oggetto, a tensione un po' piu' alta. Le selezione era possibile, ma veniva fatta a livello di chip non ancora montato sulla base. Quelli montati avevano limiti molto simili, in quanto i migliori chip venivano regolarmente accaparrati da chi chiedeva di piu'. Quindi la selezione a posteriori non avrebbe dato risultati.

Probabilmente Thyssen si e' basata sull'impiego di snubber, critici da posizionare per le induttanze parassite.

Avra' anche messo un resistore base/emitter di valore ohmico molto basso, a discapito della corrente necessaria per pilotare le basi.

Se la coppia elettromandrino/inverter e' quella originale, non c'e' dubbio che la tensione di alimentazione nominale sia 380 VAC fin dall'origine, senza autotrasformatore.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

Caro Mario, la mia curiosità è senza limiti, così sono andato a consultare il foglio tecnico dello ESM6045AV (l'ho preso da ST). In effetti è ammessa una Vce fino a 1000, con Rbe di qualche decina di ohm, però l'area di sicurezza è sempre ristretta a 450V massimi , quindi non si può definire un'applicazione robusta. Però, se pilotato nei dovuti modi, il chopper dello sfioratore non dovrebbe avere tutti quei guasti descritti, anche perchè una corrente di poco più di 20A istantanei non dovrebbe preoccupare. Forse potrebbe essere danneggiato il circuito di pilotaggio, o le compensazioni per le L parassite non sono più efficaci. Da come è descritto il resistore di frenatura dovrebbe avere una componente induttiva di tutto rispetto.

Ora attendo con curiosità i successivi sviluppi che racconterà, spero, Paolo.

Modificato: 19 gennaio 2006 da Livio Orsini

[Mario Maggi]

Caro Livio,

ci sono spesso due datasheet per un chip di potenza: quello commerciale, pubblico, con i valori garantiti in modo che i clienti non rompano le scatole piu' di un tot, e quelli "veri" che sono meno limitativi, che non vengono distribuiti ne' pubblicati, che possono mostrare qualche punto di lavoro interessante.

--------

Mi viene il dubbio che sia stato manomesso qualcosa sul circuito di frenatura rispetto alla versione originale, forse il circuito di pilotaggio risulta ora parallelo ai cavetti che vanno al resistore mentre prima erano lontani o a 90° , chissa' !

Ciao

Mario

[pavel59]

Ciao Mario, Livio e tutti quelli che ci leggono.

Non ci siamo ancora.

Questa volta non è più saltato nulla, ma probabilmente il Darlington sì, ora con la resistenza montata fuori abbiamo potuto iniziare le prove, per accorgerci rapidamente che la resistenza stava scaldando come un forno (in modo assolutamente anomalo).

Riteniamo che ci sia effettivamente un problema nel circuito di pilotaggio. E' possibile o probabile che il circuito stesso sia stato in qualche modo danneggiato dopo il primo problema, infatti il Darlington aveva in corto due giunzioni in prossimità del collegamento verso il driver.

E' che senza un minimo di schema elettrico si può fare solo un check superficiale.

Cosa intendete per cavetti in parallelo al circuito ?

Vedrò di postare quanto prima delle foto dell'inverter.

A proposito, come si possono postare delle immagini ? E' possibile ?

Altrimenti vedrò di postarle sul mio sito.

Io ora sarei intenzionato ad acquistare un chopper esterno, domani potrei passare personalmente dal distributore di Schio della SCS per prendere un UFB15.

Se avete delle indicazioni le leggerò con attenzione.

Ciao

Paolo