Sostituzione motori dc con motori ac asincroni

[Paolo Amura]

Buongiorno 

Vorrei proporre ad un mio cliente che ha numerose linee di produzione di plastica con estrusori che utilizzano dei motori Dc di grossa taglia (da 100kw fino a 250kw) gestiti con azionamento con reazione dinamometrica la sostituzione con motori ac asincroni gestiti da encoder e inverter e volevo capire se oltre al vanaggio di robustezza e costo di manutenzione derivanti dalla sostituzione sia possibile avere un risparmio in termini di consumo dovuti ad un miglior rapporto kw/coppia di una tipologia di motore rispetto all'altro.

Spero di essere stato chiaro

Grazie 

[Livio Orsini]

Per prima cosa fai bene i conti di cosa costa l'azionamento completo (motore, inverter e trasduttori) con componenti di buona qualità. Con quelle taglie per avere un minimo di sicurezza di affidabilità bisogna stare su marche di una certa affidabilità (io starei su ABB o Mitsubishi).

 

Poi tieni presente che un convertiore a SCR se è di qualità almeno decente è quasi indistruttibile, un inverter è un po' più delicato.

 

Un motore in cc ha una corrispondenza biunivoca e lineare tra corrente assorbita e coppia erogata.

L'eventuale risparmio energetico lo hai se, e solo se, le macchine lavorono prevalentemente al di sotto del 75% della velocità di targa; se il convertetitore deve tagliare molto hai anche un peggioramento del cosenphi.

[Sandro Calligaro]

In una macchina DC fatta bene, mi aspetto che il rendimento possa essere migliore di quello di un asincrono, specie a carico inferiore al nominale.

Infatti l'asincrono ha comunque le perdite di rotore, che solitamente rimangono quasi invariate, rispetto al carico, in controllo vettoriale (l'ampiezza del flusso di rotore viene normalmente mantenuta costante).

 

Se vuoi ottenere prestazioni di controllo molto buone e rendimento nettamente superiore, puoi provare a valutare un "brushless" (sincrono a magneti permanenti), magari di quelli fatti per sostituire gli asincroni, come i Lafert HPS (magneti superficiali) o HPF (magneti in ferrite annegati nel rotore).

 

Cosa devono fare, nello specifico, quei motori?

[roberto8303]

sandro saranno motori che pilotano estrusori con vite senza fine e motore che alimenta il gruppo ingranaggi. I brushless non credo sia adatto. 

Io penserei alla sostituzione solo se ci sono costi elevati di manutenzione o riparazione dei motori esistenti (condizione di usura elevata) altrimenti non c è tutto questo risparmio visto il costo da affrontare per l acquisto dei nuovi motori con inverter e accessori.

[Sandro Calligaro]

Dal punto di vista del costo, credo che non ci siano dubbi sul fatto che il revamping costi di meno.

 

Ma per quelle applicazioni qualcosa con motori sincroni si fa.

Tempo addietro abbiamo testato il nostro controllo sensorless su un motore cinese (sincrono a magneti permanenti annegati), che veniva proposto proprio per lo stampaggio della plastica.

Era un motore a bassa velocità ed alta coppia (credo che la coppia nominale fosse 300 Nm), ma la stessa azienda (ed altre cinesi) ne produce di vari tipi (coppia, velocità), credo specificamente per quel mercato.

[Livio Orsini]

13 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

Cosa devono fare, nello specifico, quei motori?

 

Azionano estrusori.

Non so se hai mai visto impianti di produzione di materie plastiche.

In modo semplice si può descrivere così.

C'è una tramoggia contenient granulato plastico, il granulato viene immesso in un cilindro riscaldato, così si trasforma in una pasta semiliquida; una vite spinge questa massa entro un ugello di uscita (o più ugelli) aventi forma e dimensioni appropriate alla lavorazione.

Secondo il tipo di produzione lo sforzo richiesto può essere maggiore o minore.

In questo caso si imiegano motori da 100kW sino a 250kW quindi, spannometricamente ci saranno convertitori da 300A sino a 900A/1000A.

Di solito si cerca di far lavorare l'estrusore al massimo della velocità perchè la linea a valle deve "rendere" in termini di moneta (il valore aggiunto in genere è piuttosto basso).

 

Non so se ci siano brushless di quelle potenze, ma io non sono aggiornato come Sandro Calligaro.

 

Personalmente, come ho scritto prima, per questi lavori continuerei ad usare motori in cc. Ho visto estrusori che lavorano 24/24 per 365 giorni all'anno funzionare ininterrottamente per anni con azionamenti cc.

[Sandro Calligaro]

Grazie, Livio.

Purtroppo (è incredibile, era scritto chiaramente) non ho letto che si trattava di un estrusore. Ho idea di come funziona, anche se non ci ho mai lavorato direttamente.

 

Tornando ai motori...

Dal punto di vista del costo, credo che non ci siano dubbi sul fatto che il revamping costi di meno.

 

In ogni caso, per quelle applicazioni qualcosa con motori sincroni si fa.

Tempo addietro abbiamo testato il nostro controllo sensorless su un motore cinese (sincrono a magneti permanenti annegati), che veniva proposto proprio per macchine di stampaggio plastica. Non so quale funzione svolgesse nella macchina (mi ricordo che c'erano 4-5 funzioni diverse in ogni macchina), ma credo quello che abbiamo provato fosse l'estrusore.

Era un motore a bassa velocità ed alta coppia (credo che la coppia nominale fosse 300 Nm, di picco oltre 500), ma la stessa azienda (ed altre cinesi) ne produce di varie taglie (coppia, velocità), credo specificamente per il mercato della plastica.

Noi lo abbiamo provato a banco con un altro motore a fare da freno, ed il sensorless (tarato automaticamente) funzionava piuttosto bene da velocità nulla in su.

 

Non credo in effetti che Lafert faccia motori sincroni da 250 kW, ma VEM, ad esempio, sì.

La scelta, però, va ben oltre la disponibilità o meno del prodotto. Se l'affidabilità coi DC è garantita e le prestazioni sono sufficienti, perché cambiare?

Gli unici vantaggi che si potrebbero ottenere con un sincrono scelto bene (ma bisogna anche trovare il giusto inverter) sono (credo) la possibilità di evitare il riduttore e quella di evitare il sensore (a fronte, purtroppo, di una messa a punto meno semplice).

[roberto8303]

Quote

Tempo addietro abbiamo testato il nostro controllo sensorless su un motore cinese

che marca è il controllo? 

[Sandro Calligaro]

L'algoritmo lo abbiamo sviluppato per un costruttore italiano, col quale collaboriamo da tempo.

E' pronto da un po', ma non è ancora in commercio

 

Vedi MP.

[Livio Orsini]

4 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

La scelta, però, va ben oltre la disponibilità o meno del prodotto. Se l'affidabilità coi DC è garantita e le prestazioni sono sufficienti, perché cambiare?

 

Perchè oggi è di moda l'azionamento ac.

 

C'è anche da dire che sempre meno produttori di motori e convertitori hanno a catalogo nuove macchine e nuovi drive; non si spende più nemmeno 1€ per nuovi progetti, al limite si fa manutenzione ai vecchi prodotti.

 

Con quelle potenze la semplicità di controllo in cc garantisce un'elevatissima affidabilità. L'unico lato negativo è la macchina elettrica che abbisogna di un poco di manutenzione anche se, scegliendo prodotti di buona qualità, un controllo annuale è più che sufficiente.

Anche le prestazioni son più che sufficienti per l'applicazione. Di norma non si usa nemmeno un azionamento reversibile visto che l'estrusore deve solo spingere fuori la pasta. La regolazione più delicata di tutta lammacchina è ancora il controllo di temperatura.

[Paolo Amura]

Grazie a tutti per la vostra disponibilità 

Ho pensato a questo tipo di operazione in quanto é da circa 3 anni che seguo la manutenzione in questa azienda e ho già dovuto sostituire 3 azionamento su linee diverse e due motori oltre a dover mandare a un motoriduttore  a riparare con tempi di intervento e costi per quest' ultimo davvero importanti(4 settimane)che come fermo per una linea di produzione sono un'eternità.

Ho quindi pensato a come migliorare la situazione....

Sono chiaramente aperto a tutti i consigli soprattutto visto che arrivano da persone molto più preparate di me sull' argomento

La mia idea nasceva dal fatto che in un'altra azienda concorrente di cui seguo la manutenzione hanno preso una nuova macchina che montava un motore trifase asincroni e ritenevo potesse essere una soluzione valida

Grazie per qualsiasi consiglio

 

[lambda]

Gli estrusori non devono procedere velocemente per questioni monetarie,o almeno non è questo il principale motivo per il quale essi necessitano dei motori DC.

Un impianto estrusore deve avere una condizione indispensabile che i motori brushless non possono dare: la coppia.

La coppia di questi potenti motori è necessaria data la densità del materiale che viene estruso che produce un attrito estremo e serve anche nei rari ma probabili casi in cui la macchina si arresta e la gomma si raffredda aumentandone per ovvi motivi l attrito.In questi casi infausti, per estrarre la materia plastica dall estrusore servono particolari tecniche in cui si deve sfruttare necessariamente ANCHE la coppia motrice del motore, che non potresti avere con un brushless.

per fare un esempio capitò che un motore DC si distrusse in seguito a uno di questi avvenimenti fondendo i cavi di alimentazione.Forse potresti montare un brushless in coppia a un riduttore,ma la cosa necessità di uno studio dettagliato che tenga conto delle coppie resistenti in gioco.

[Livio Orsini]

12 ore fa, Paolo Amura scrisse:

e ho già dovuto sostituire 3 azionamento su linee diverse e due motori

 

Perbacco!

Più che cambiare tecnologia credo sia meglio cambiare costruttore dei convertitori oppure verificarne le condizioni d'impiego.

Se, ad esempio, la temperatura dei quadri fosse troppo elevata allora sarebbe giustificata questa moria.

Ti garantisco che, di regola, i convertitori di questo tipo lavorano per decenni senza alcun gusto. Ovviamente se di buona qualità e se impiegati correttamente.

per curiosità che tipo di convertitori sono? (marca e modello).

 

10 ore fa, lambda scrisse:

la coppia.

 

Un motore cc può erogare, secondo le specifiche IEC, 200% del valore di coppia nominale per 2' ogni 10' (dato riportato dai catologhi dei costruttori di motori). In altri termini la coppia termica deve comunque essere uguale alla coppia nominale.

Poi, essendoci una corrispondenza lienare coppia - corrente di armatura, bisogna avere anche il convertitore che possa fornire la corrente richiesta, il che significherebbe o avere convertitori di taglia doppia, oppure avere comun que convertitori di taglia maggiore dotati di funzione specifica per erogare correnti maggiori del valore di taglia secondo la curva termica.

[roberto8303]

 

Quote

due motori oltre a dover mandare a un motoriduttore  a riparare con tempi di intervento e costi per quest' ultimo davvero importanti(4 settimane)

di che zona sei Paolo? cosa è stato revisionato ai motori? 

[Paolo Amura]

4 ore fa, roberto8303 scrisse:

 

di che zona sei Paolo? cosa è stato revisionato ai motori? 

Forse non sono stato chiaro ma è  per revisionare il motoriduttore che ci sono volute 4 settimane perché bisogna necessariamente inviarlo al costruttore che da queste tempistiche per interventi non programmati

Comunque sono di Milano 

 

 

[roberto8303]

Quote

Forse non sono stato chiaro ma è  per revisionare il motoriduttore

io ho capito benissimo, manutenzioni e riparazioni ne faccio tantissime, ho chiesto dei motori, perchè il riduttore si usura e si puo danneggiare sia se è pilotato con motore dc che con motore inverter. La tua domanda riguardava i motori.

[Mario Maggi]

Paolo Amura, 

la valutazione sulla convenienza della trasformazione andrebbe fatta avendo molti più dati, anche statistici. Come ti ha detto Livio, se i motori funzionassero per molto tempo a basse velocità, probabilmente ci sarebbe la convenienza a mettere i sincroni. Questi possono dare anche coppie elevate, chiaramente l'inverter deve essere sovradimensionato e costerà quindi di più. E' meglio non esagerare con la coppia di picco in caso di solidificazione della plastica all'interno dell'estrusore, è meglio riscaldarla e dare brevi impulsi al motore per sbloccare il tutto.

Vorrei ricordare che il calcolo del costo totale di possesso va fatto sommando il costo della modifica, quello del motore sincrono con inverter, il costo dell'energia elettrica consumata nei prossimi anni, ed il costo atteso di manutenzione e di riparazione, dedotto il prezzo di vendita dei motori a c.c. usati.  

Ciao 

Mario 

[Sandro Calligaro]

il 20/3/2018 at 21:49 , lambda scrisse:

Un impianto estrusore deve avere una condizione indispensabile che i motori brushless non possono dare: la coppia.

Presa alla lettera, mi pare un'affermazione per lo meno discutibile...

Cosa intendevi realmente?

[Livio Orsini]

10 ore fa, Mario Maggi scrisse:

Come ti ha detto Livio, se i motori funzionassero per molto tempo a basse velocità, probabilmente ci sarebbe la convenienza a mettere i sincroni

 

Mario io son sempre scettico in ordine ai presunti risparmi.

Ricordo una risposta di un  direttore di cementificio ad un mio collega, che proponeva un grosso inverter più motore asincrono in sostituzione dell'azionamento cc: "Mi ha convinto sulla convenienza economica; le faccio l'ordine se accettate come pagamento i risparmi che otterrò con la nuova motorizzazione."

 

Il vero punto è che oggi si pensa che tutto quanto è alternata sia preferibile sempre e comunque ad azionamenti incontinua, è una specie di mantra o di credo politico.

 

Anche gli incconvenienti denunciati mi lasciano molto perplesso, certamente c'è qualche cosa di non molto corretto nelle scelte progettuali oppure ci sono componenti di scarsa qualità.

[roberto8303]

o magari si risparmia anche sulla manutenzione programmata dei motori in corrente continua. Facendoli lavorare in condizioni pietose fino a quando succedono problemi gravi agli avvolgimenti e i costi salgono cosi come i tempi di attesa!!!

Una manutenzione programmata eviterebbe tantissimi problemi ci sono motori tenuti in ordine che lavorano da oltre 20 anni...

Ah dimenticavo, in una macchina per un corretto funzionamento e risparmio economico in termini di resa, non basta solo pensare alla tipologia di motori, incidono tantissimi fattori, regolazione e taratura dei dispositivi sia di controllo che meccanici, condizioni ambientali non gravose, preparazione degli  operai che utilizzano le macchine.

In poche parole è come avere un buon motore su un auto ma se poi la si trascura non si fanno manutenzioni al motore, si prendono tutti i fossi si usa male la frizione e chi ne ha piu ne metta il risparmio anche cambiando il motore lo vedo quasi impossibile...

[Livio Orsini]

1 ora fa, roberto8303 scrisse:

o magari si risparmia anche sulla manutenzione programmata dei motori in corrente continua.

 

Se parti da un impianto nuovo forse questo risparmio lo puoi mettere nel conto economico, ma dovendo fare una sostituzione di un qualche cosa che c'è e funziona questo risparmio in quanti anni lo ammortizzi?

Un motore cc di buona qualità, usato correttamente, di manutenzione non è che ne necessiti poi molta.

 

 

[roberto8303]

ecco fresco di giornata e me ne capitano diversi un buon motore in dc appena riavvolto le bobine di campo, ma questo succede perchè qualcosa nel quadro di comando non funziona bene e le bobine si bruciano, non certo perche il motore è un dc. comunque è del 97 riparato e potra funzionare ancora per molto.

[roberto8303]

e ovviamente anche i motori asincroni con inverter si possono danneggiare...

 

[Livio Orsini]

hai sostituito i cuscinetti corrosi dalle correnti "vaganti"?

[roberto8303]

 

I cuscinetti arrivano rotti o bloccati e i motori completamente cotti o sparano nelle cave, è capitato che il rotore urtasse contro le cave di statore danneggiando gli avvolgimenti.

Questo nella foto è stato riavvolto e sostituiti i cuscinetti, è un 74kw 4 poli