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ita.alex

Resistenza di frenatura: serve sempre?

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ita.alex

Salve a tutti.

Ho letto svariati topic sul dimensionamento delle resistenze di frenatura, ma vorrei andare un po' a monte e porre il seguente quesito: come si capisce quando effettivamente serve la resistenza e quando invece è superflua?

Anche una volta eseguito il calcolo dei Joule da dissipare ed eventualmente calcolata la potenza necessaria della resistenza, come si capisce se veramente la frenata nell'applicazione tenderà a far superare il valore di soglia del DC bus con conseguente necessità della resistenza?

Spero di essermi spiegato bene :(

Grazie a tutti.

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Sandro Calligaro

La questione non è semplicissima, perché ci sono vari modi in cui l'azionamento può dissipare l'energia convertita in frenatura:

- perdite meccaniche nel carico

- perdite nel motore (effetto Joule e perdite nel ferro)

- perdite nell'inverter, compresa la resistenza di scarica del bus DC (sempre collegata per scaricare il bus allo spegnimento)

 

Queste perdite non sono semplici da valutare, tanto più che dipendono da velocità e modalità di funzionamento del drive.

Ad esempio, le perdite meccaniche e nel ferro a bassa velocità saranno tendenzialmente basse, mentre quelle per effetto Joule dipendono molto da come viene controllato il motore (si può infatti far circolare più o meno corrente, pur ottenendo la medesima coppia frenante).

Perciò il limite esatto non sarà facile da determinare.

 

Fortunatamente si sa con buona approssimazione quanta energia può immagazzinare il bus DC nei condensatori.

 

Se la potenza da trasferire in decelerazione è comparabile con quella nominale ed il carico meccanico a regime non è elevato, ci si può aspettare che le perdite non riescano a dissipare una grossa fetta di quella potenza, perciò si può assumere, cautelativamente, che tutta l'energia vada a finire sul bus DC.

Se si è al limite, è possibile che applicando una tecnica del tipo "flux braking" (cioè in pratica imponendo più corrente del necessario, che in pratica va ad aumentare il flusso magnetico della macchina) o con corrente DC si riesca a frenare rimanendo nei limiti, dissipando l'energia in eccesso in perdite Joule sul motore stesso.

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Livio Orsini

In aggiunta all'ottima spiegazione di Sandro Calligaro rammento che i principali costruttori di Inverter dedicano almeno un paio di pagine del manuale di installazione, uso e manutenzione, per spiegare quando va usato il gruppo di frenatura e come dimensionare il resistore.

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ita.alex
3 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

Fortunatamente si sa con buona approssimazione quanta energia può immagazzinare il bus DC nei condensatori.

In che modo? Guardando il manuale dell'inverter in questione proprio non se ne parla.. :(

 

37 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

In aggiunta all'ottima spiegazione di Sandro Calligaro rammento che i principali costruttori di Inverter dedicano almeno un paio di pagine del manuale di installazione, uso e manutenzione, per spiegare quando va usato il gruppo di frenatura e come dimensionare il resistore.

Vero, ma per esempio, nel mio esplicito caso Siemens G120C, non si menziona nulla di "utile" al nostro scopo..e giusto due parole "inutili" sul chopper integrato.. :(

 

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Sandro Calligaro

Probabilmente nel manuale l'informazione non c'è, ma si tratta di sapere quanto è la capacità di bus.

Conviene scrivere qui qual è la potenza nominale dell'inverter, perché il valore di capacità sarà diverso per le varie taglie.

E' un'informazione che si potrebbe richiedere a qualcuno di Siemens, ma può darsi che qualcuno lo sappia (chi ripara inverter).

 

Se hai a disposizione l'inverter ci sono due modi per conoscerla: contare il numero di condensatori dentro l'inverter e leggerne i valori (sconsigliato perché ci potrebbero essere problemi con la garanzia), oppure misurare la corrente al momento del collegamento alla rete, con una sonda di corrente ed un oscilloscopio...

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Livio Orsini

Se ritrovo un manuale Mitsubishi, ed ho un poco di tempo e voglia, fatocopio le due pagine relative al dimensionamento dei resistori di frenatura.

COmunque in appendice al mio tutorial sul dimensionamento dei motori (sezione didattica, sottosezione elettrotecnica) c'è una guida, spannomentrica, su come dimensionare questi resistori.

 

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lambda

Secondo voi è corretto collegare la resistenza di frenatura tra il bus DC e terra?

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Sandro Calligaro

La resistenza di frenatura va collegata tra il positivo del bus DC e l'apposito ingresso per il chopper, che fa capo al collettore di un IGBT che conduce verso il negativo del bus ed al catodo di un diodo che va verso il positivo (ricircolo).

Normalmente il chopper di frenatura è all'interno del modulo di potenza.

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Mario Maggi

Sandro Calligaro, 

Quote

Normalmente il chopper di frenatura è all'interno del modulo di potenza.

Date i dati! Nessuno ha accennato ad un valore di potenza, quindi preciserei che la tua affermazione vale solo per inverter piccoli. 

Ciao 

Mario 

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Livio Orsini
24 minuti fa, Mario Maggi scrisse:

Date i dati!

 

Mario anche tu sei vago.:)

Cosa intendi per inverter piccolo? Le definizioni relative variano nel tempo. Quando ero giovane un inverter sinusoidale da 75A era considerato molto grosso, oggi è si e no considerato medio.

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mc1988
13 ore fa, lambda scrisse:

Secondo voi è corretto collegare la resistenza di frenatura tra il bus DC e terra?


Tutti i manuali riportano lo schema dei collegamenti dell'inverter, compreso il collegamento della resistenza di frenatura...

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lambda

la Mia domanda era vaga perché volevo capire come veniva scaricata L energia in eccesso.qualcuno sa come dirmelo?

 

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Semplice 1

Ciao a tutti

 

Stando sulle generali e senza andare sui conti del farmacista.

 

Di orma su tutti i manuali che illustrano le caratteristiche di ogni singolo tipo di Inverter, ed in relazione alla sua "taglia",

vengono indicati i precisi valori della resistenza di frenatura.

 

Di norma si tratta di una sola resistenza di valore definito, per Inverter grossi ce ne sono anche due uguali ma sempre di valore definito.....

Comunque il costruttore dell' Inverter propone la sua resistenza (della sua propria marca, magari di altro costruttore specializzato in resistenze per Inverter e poi rimarcata, ma talvolta anche no, con il suo numero di riferimento).

 

Di solito le resistenze hanno un costo molto modesto rispetto a quello dell'Inverter più tutto quello che serve in quadro per farlo funzionare.

 

Il collegamento si esegue sui morsetti Inverter stabiliti dal Costruttore senza fare invenzioni.

 

Dunque, se sorge il dubbio, in base ai calcoli energetici meccanici, che ci potrebbe essere bisogno di una frenatura rapida e consistente, si prevede l'installazione della resistenza e non ci si pensa più.

Eventualmente la resistenza, che di norma è di tipo corazzato e annegata in un corpo dissipatore alettato e in alluminio, sarà montata all'esterno del quadro e protetta con una copertura in lamiera con fori o fessure di aerazione.

 

Se poi si vuole spaccare il solito capello in 4 o anche 8 parti, allora tutto il discorso diventa sicuramente lungo.........(oltre alle mie capacità).

 

 

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Sandro Calligaro

Se la domanda era su come viene dissipata l'energia (provo ad interpretare), allora basta sapere che l'energia estratta dal carico andrebbe a finire sulla capacità del bus DC.

Per scaricare quella capacità in modo che la sua tensione rimanga in un range accettabile, si collega una resistenza tra positivo e negativo del bus, con in serie un "interruttore".

Quella è la "resistenza di frenatura". Quando serve, cioè quando la tensione del bus DC supera una certa soglia, si chiude l'interruttore in serie alla resistenza, e questa dissipa potenza per effetto Joule (VDC2/R), generando calore.

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Livio Orsini

A completamento dell'ottima spiegazione teorica di Sandro Calligaro aggiungerei una nota pratica.

 

I manuali di uso ed installazione parlano sempre di "gruppo di frenatura" intendendo con questo il complesso del chopper (interruttore), e del resistore di dissipazione dell'energia.

Secondo la taglia e la filosofia del costruttore questo gruppo può essere tutto interno (in genere per inverter con corrente <=10A), con resistore esterno e chopper interno, oppure tutto esterno (in genere per corrente di parecchie decine di A).

Con il medesimo chopper si possono pilotare differenti valori di resistenza sino ad un valore minimo indicato dal manuale.

Il dimensionamento del resistore dipende dall'energia da dissipare, pertanto bisogna valutare l'inerzia del motore con il suo carico e la massima accelerazione negativa richiesta.

 

Il resistore deve essere di tipo corrazzato con incluso un termostato (clixon) per segnalare il raggiungimento di temperature pericolose. Ho visto qualche quadro incendiatosi perchè un guasto al chopper aveva portato il resistore a valori di temperatura tali da innescare l'incendio dei componenti vicini.

il 14/3/2018 at 08:17 , Livio Orsini scrisse:

Se ritrovo un manuale Mitsubishi, ed ho un poco di tempo e voglia, fatocopio le due pagine relative al dimensionamento dei resistori di frenatura.

COmunque in appendice al mio tutorial sul dimensionamento dei motori (sezione didattica, sottosezione elettrotecnica) c'è una guida, spannomentrica, su come dimensionare questi resistori.

 

Ricitando me stesso aggiun go che il manuale l'ho reperito, ma non ancora trovato tempo e voglia per scannerizzare le pagine interessate.

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Mirko Ceronti
il 13/3/2018 at 12:21 , ita.alex scrisse:

come si capisce quando effettivamente serve la resistenza e quando invece è superflua?

 

Allora, dopo tutte le minuziose spiegazioni dei miei colleghi alle quali proprio nulla potrei aggiungere, lascia che Ti suggerisca invece un metodo trasversale "spartano-spannometrico", da praticone irriducibile quale sono, per decidere se intanto nella Tua applicazione d'interesse, la resistenza servirà oppure no.

Intanto cerca di prodigarti in questo banale ragionamento :
Se ad esempio hai il mandrino di un trapano che sta forando un pezzo di ferro, o di legno, e da 1000 rpm che sta facendo, Tu vuoi scendere in 1 secondo a 50 rpm, servirà la resistenza di frenatura ?

!!! NO !!!

Perchè ? :huh:
Ma perchè ci pensa il materiale stesso (che viene "visto" come carico ad attrito altamente viscoso) a ridurre i giri senza che l'inverter debba imporre alcuna rampa di decelerazione.
Come dire..... s'arrangia già il carico a frenare.
Se invece stai facendo girare un ventilatore, e vuoi sempre da 1000 rpm passare a 50 e sempre nel tempo di 1 secondo, direi che è abbastanza intuitivo capire che qui l'aria col suo attrito antagonista, può fare ben poco, per cui la resistenza di frenatura servirà. :)
Quindi il principio cardine, è quello di alimentare motore e carico asservito alla massima velocità, e poi disalimentare il macchinario sezionando l'interruttore generale.
A quel punto (intanto) ci si fa un'idea dell'inerzia del sistema, quindi del tempo che serve senza la rampa imposta dall'inverter per fermarsi, e si cominciano ad imbastire un po' le prime conclusioni.
Chiaro che, se ci troviamo nell'estremo caso, in cui il motore arriva a giri zero in 1 secondo, ma Tu pretendi di arrivarci in 1oo millisecondi, allora sì che la resistenza di frenatura si fa necessaria.
In sostanza la resistenza serve, in tutti quei casi in cui si voglia imporre una rampa di decelerazione da una velocità ad un'altra minore, il cui tempo risulti più breve dell'inerzia fisiologica del sistema.
Se voglio passare da 1000 giri a 700 in 2 secondi, ed il macchinario già ci riuscirebbe lui fisicamente in 1, perchè trascina un carico molto frenante già di suo; allora non serve.
Se invece per scendere di quei 300 giri, impiegasse per sola inerzia fisiologica 4 secondi e Tu abbiamo visto che vuoi riuscirci in 2...... allora la resistenza ci vuole.
Se stai percorrendo in auto a 30Km orari una salita del 20%, se Ti vuoi fermare basta che lasci il gas e sei fermo (non serve quindi frenare) ma se quella salita la percorri al contrario (discesa) e devi fermarti, cavoli se Ti serve il freno...... eccome !!!

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Mirko Ceronti

 

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ita.alex

Grazie a tutti per le risposte, ma credo si sia andati un po' off topic..

Mirko Ceronti ha ripreso invece la vera questione della mia discussione, ovvero capire quando serve o meno una resistenza.

Dimensionarla è l'eventuale passo successivo.

Facciamo quindi un esempio pratico:

 

catenaria che trasporta un bancale:

- velocità 10mt/min

- 1400 rpm

- riduttore 1/60

- inerzia su albero motore 0,155 kgm2

- inerzia su riduttore 9,3 kgm2 (questo dato non credo che serva..)

- peso bancale 800kg

- tempo ciclo 1 bancale/ora

 

Ho calcolato l'energia da dissipare secondo L=0.5*J*(W^2), dove J è l'inerzia sull'albero e W la massima velocità del motore in rad/sec.

Ho ottenuto di dover dissipare in frenata 1663 Joule.

Come capisco se l'inverter "se la cava da solo" o invece mi va in crisi e serve la resistenza?

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Livio Orsini
19 ore fa, ita.alex scrisse:

Come capisco se l'inverter "se la cava da solo" o invece mi va in crisi e serve la resistenza?

 

A parte il fatto che se tu avessi letto il documento che ti ho consigliato da subito lo sapresti.

 

Comunque oltre a calcolarti il momento d'inerzia riportato all'albero motore, devi conoscere la velocità del motore ed il tempo di decelerazione. Con questi dati calcoli la potenza del resistore di frenatura.

Sapere che la massa volanica ha accumulato un tot di energia cinetica serve a poco se non si stabilisce in quanto tempo la devi dissipare.

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Mirko Ceronti
7 ore fa, ita.alex scrisse:

Come capisco se l'inverter "se la cava da solo" o invece mi va in crisi e serve la resistenza?

 

In quanto tempo (per inerzia) si ferma il tutto (esclusi ovviamente dispositivi autofrenanti) se viene a mancare la corrente ?

5 secondi ? (sparo un numero a caso)
Se Tu avevi in porto una rampa di decelerazione da 7 secondi (continuo a sparare numeri a caso) allora non serve, poichè il tutto addirittura a causa dei Tuoi programmi, dura a girare di più che se si fermasse per inerzia fisiologica, quindi la rampa di decelerazione è semplicemente un accompagnamento a giri zero, non una frenata.
Ma se esigi 2 secondi come tempo di rampa e stop finale, allora dovrai mettere in porto di usarla, perchè sei fuori di 3 secondi dall'inerzia fisiologica del sistema, e l'inverter potrebbe andare in over voltage sul bus DC.

Saluti

Mirko

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ita.alex
17 ore fa, Livio Orsini scrisse:

 

A parte il fatto che se tu avessi letto il documento che ti ho consigliato da subito lo sapresti.

 

Che tu mi creda o no, è la prima cosa che ho fatto, però non sono riuscito a darmi risposta..

 

Approfitto della vostra disponibilità per chiedervi, senza che vada a scomodare i meccanici, quale sia la formula per calcolare in quanto tempo si ferma il mio bancale da 800kg che viaggia sulla catenaria alla velocità di 10mt/min.

Grazie!

 

p.s. ne approfitto per un altra domanda veloce: la stessa condizione di generazione di energia cinetica che crea il corpo in movimento "abbandonato a se stesso", si verifica anche nel caso in cui un motore deve "tenere frenato" un movimento? (esempio classico di uno "stiro", dove un gruppo di rulli a valle gira più veloce del gruppo di rulli a monte, il quale girando più lento tiene frenato e "stira" il materiale sui rulli) spero di essermi spiegato :|

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Livio Orsini
43 minuti fa, ita.alex scrisse:

ne approfitto per un altra domanda veloce: la stessa condizione di generazione di energia cinetica che crea il corpo in movimento "abbandonato a se stesso", si verifica anche nel caso in cui un motore deve "tenere frenato" un movimento? (esempio classico di uno "stiro", dove un gruppo di rulli a valle gira più veloce del gruppo di rulli a monte, il quale girando più lento tiene frenato e "stira" il materiale sui rulli) spero di essermi spiegato :|

 

No son due cose differenti.

Nel primo caso si tratta di una massa inerte che deve dissipare l0energia accumulata. Se non ci fossero perdite per attrito non si fermrebbe mai. Lattrito genera una coppia frenante e dopo un tempo dipendente dalla velocità iniziale, dal momento d'ienerzia e dalla coppia frenante la massa avrà esaurito la sua energia.

Nel secondo caso si tratta di equilibrare due forze: una forza è geenrata dalla differenza di velocità, Questa forza deve essere contrastata da un'altra forza che è la coppia motrice. La forza che si instaura per la differenza di velocità causa uno stiramento del materiale, con conseguente allungamento dello stesso.

 

Come promesso, avendo troavato tempo e voglia per scannerizzare le 2 pagine di manuale, allego la guida mitsubishi per la verifica della necessità del resistore di frenatura ed il suo eventuale dimensionamento.

Resistenza frenatura come e quando (mitsubishi)

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ita.alex

rieccomi, quindi, secondo i consigli del buon Livio e Mirko, ricapitolo e aggiorno i dati dell'applicazione catenaria lunga circa 2mt che trasporta un bancale da 800kg:

- velocità: 10mt/min

- tempo di fermata per inerzia senza "controlli": 1 sec (caso di mancanza tensione o apertura immediata STO inverter senza precedente rampa)

- tempo di fermata con rallentamento e stop gestito da inverter: indicativamente 3 sec

- energia cinetica accumulata da dissipare: 1663 J

 

Posso dedurre che tale applicazione non necessiti di resistenza di frenatura, corretto?

 

Se invece ipotizzo che il bancale, in altre condizioni, ci mette 5 sec a fermarsi e che io lo voglia fermare in 2 secondi, potrei affermare che mi occorre un resistore da P=1663/2=831.5W (calcolo per altro spesso "inutile" in quanto già il catalogo del produttore ti indica il corretto resistore da impiegare in base alla taglia dell'inverter), corretto?

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Livio Orsini

Si è corretto, la prova empirica è abbastanza significativa specialmente quando la fermata per inerzia avviene in un tempo significativamente maggiore o minore della rampa impostata.

Attenzione che le variazioni meccaniche nel tempo possono influenzare in modo significativo gli attriti che determinano il tempo della fermata per inerzia.

 

Chiarisco con un esempio classico.

Se nella catena cinematica è presente un riduttore in bagno d'olio, la fermata con olio freddo ha un tempo che può risultare anche molto inferiore a quella con olio caldo.

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ita.alex

Ok grazie.

Però mi pongo un quesito: non sarebbe meglio mettersi nella condizione peggiore, ovvero quella di mancanza tensione?

In tal caso avrei 1663 J da dissipare e la cosa potrebbe non piacere all'inverter..

Oppure ce ne freghiamo perché tanto l'inverter è già spento e/o in allarme di suo?

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