Collegare un inverter ad un motore sincrono

[gtsolid]

ciao a tutti,

solitamente gli inverter vengono collegati a MAT su cui non ho bisogno di grandi precisioni nell'ambito del controllo di velocita'. Ma se lo collego ad un motore sincrono, cosa succede?

So che il sincrono non ha slittamento (da cui il nome) ed inoltre richiedere una sorgente DC per l'avviamento, nonche' cambia anche il punto di applicazione della corrente (in questo caso il rotore).

Sono queste le motivazioni principali?

[Livio Orsini]

13 ore fa, gtsolid scrisse:

Ma se lo collego ad un motore sincrono, cosa succede?

 

Negli anni '90, negli impianti di produzione di fibra tessile, si usava alimentare alcuni motori sincroni, detti anche asincroni sincronizzati, sotto un unico inverter; in questo modo si aveva la certezza dell'identica velocità dei motori.

 

Non so se la tua è solo curiosità o se è una ricerca per una possibile applicazione.

Nel caso avessi in mente un'applicazione reale potresti rivolgere la tua ricerca su questo tipo di motori.

[gtsolid]

In realta' sto studiando un'applicazione per una macchina utensile. Avevo in mente un MAT e relativo VFD. Poi nel progetto qualcuno ha proposto un built-in motor sincrono, e da qui la mia domanda. Non ho bisogno di precisione, per cui... 

[Livio Orsini]

Oggi, per un'applicazione come la tua, io mi orienterei solo su asincroni; se proprio necessiti di precisione di velocità è sufficiente far lavorarel'inverter in anello chiuso.

inoltre i MAT sono motori standardizzati, in caso di sostituzione è facile trovare il ricambio di identica forma.

[gtsolid]

Capisco, grazie.

come far lavorare l'inverter ad anello chiuso? ha un controllo sulla velocita' o devo mettere una ruota fonica sull'asse?

 

inoltre perche' le industrie tessili negli anni 90' non usavano i MAT? se collegati ad uno stesso inverter, avrebbero dovuto girare tutti alla stessa velocita', penso che la quantita' di corrente fosse la stessa. Mi spiego. Se io produco (dall'inverter) 10 A per ogni MAT, essi dovranno eseguire una certa rotazione di eguale entita', per cui saranno sincronizzati in pratica

Modificato: 15 giugno 2019 da gtsolid

[Livio Orsini]

1 ora fa, gtsolid scrisse:

come far lavorare l'inverter ad anello chiuso? ha un controllo sulla velocita' o devo mettere una ruota fonica sull'asse?

 

Oramai tutti gli inverter sono a controllo vettoriale.

Ppossono lavorare in modalità scalare, oppure in modalità vettoriale ad anello aperto (sensorless) o chiuso, basta montare un encoder sul motore; ci penserà poi l'inverter a chiudere l'anello di velocità come sottoprodotto del controllo di posizione del rotore.

 

1 ora fa, gtsolid scrisse:

Se io produco (dall'inverter) 10 A per ogni MAT, essi dovranno eseguire una certa rotazione di eguale entita', per cui saranno sincronizzati in pratica

 

Assolutamente no!

Ogni motore avrà il suo scorrimento, scorrimento la cui entità differirà, seppur di poco, da quella dgli altri. Quindi sono tutt'altro che sincronizzati.

Per la produzione del filo è necessario che tutte le bave abbiano il medesimo stiramento, quindi le velocità devono essere rigorosamente identiche sempre.

Poi i motori non lavorano a corrente impressa, anche se questo non ha alcuna influenza sulla velocità; ogni motore assorbe la corrente che gli necessita. Anche se i motori sono di eguale taglia, ed il carico all'asse, è molto simile, le correnti assorbite differiranno, seppur di poco, ma differiranno.

[gtsolid]

 

1 ora fa, Livio Orsini scrisse:

basta montare un encoder sul motore; ci penserà poi l'inverter a chiudere l'anello di velocità come sottoprodotto del controllo di posizione del rotore.

 

Senza encoder che precisione posso attendermi? diciamo che in 10s posso avere una decina di variazioni del 2% della velocita'?

[Marco Fornaciari]

Per l'applicazione che devi fare ci sono inverter che non hanno bisogno dell'encoder per regolare velocità e copia, io ho utilizzato questi

https://library.e.abb.com/public/c6f6fb758145f42cc1256d280040de3a/Technical_Guide_No1.pdf

sono installati su presse rotative continue con motori in asse elettrico sia in velocità sia in copia, problemi nessuno, anzi a volte sono fin troppo precisi.

Ad esempio la ABB dichiara non necessario l'encoder sugli estrusori per le materie plastiche, che poi il cliente lo abbia voluto è un'altro discorso.

[gtsolid]

Grazie, Che controllo usi?

[Marco Fornaciari]

Semplice, faccio fare tutto agli inverter.

Al motore principale passo il riferimento di velocità necessario alla produzione: fisso.

Ai secondari di ogni sezione il riferimento diretto in uscita dal primo se l'asse è in velocità, se invece l'asse è in copia lo correggo in % tramite calcolo: sono motori con potenza diversa.

Mentre i vari primari di ogni sezione passo il riferimento in velocità, corretto dal ballerino.

Tutti i segnali passano attraverso il PLC è possono essere corretti in %.

Negli impianti più vecchi è tutto tramite segnali analogici, nei più recenti via rete di campo.

Nelle presse continue il riferimento tra i motori principali e i secondari di ogni sezione è in velocità quando aperte e in copia quando chiuse.

In tutte le presse ci sono gli inverter ABB senza encoder.

Su altri impianti ci sono altri inverter, ma lì la precisione richiesta è minore e tutto è in asse di velocità.

 

Nota.

Semplificando al massimo, con il riferimento in copia è come se il motore secondario fosse trainato dal primo, l'inverter deve solo pilotarlo in modo che non esca dal sincronismo di velocità: con troppa copia accelera, con poca, frena il tutto. su tutti i motori c'è il controllo di velocità da parte del PLC (segnale dall'inverter) ma genera solo degli allarmi e se del caso arresta le macchine.

Giusto per precisione, i riferimenti sono tutti correti dal PLC in funzione dei rapporti ai riduttori. Nelle presse continue il tutto è tarato con il tachimetro a ruota metrica, in quanto il parametero di ricetta è metri al minuto.

 

Negli estrusori per materie plastiche non esistono assi elettrici, ma la velocità deve essere costante per garantire sempre la stessa pressione di estrusione, la velocità è costante entro lo 0,3 %: la velocità la rilevo a valle del riduttore, e in quel caso c'è l'encoder, ma ho provato a escluderlo e il risultato non cambia (salvo che quando si è guastato l'inverter non comandava il motore, perchè se sa che c'è deve fare il suo lavoro, anche se escluso dalla regolazione).

Modificato: 15 giugno 2019 da Marco Fornaciari

[Livio Orsini]

3 ore fa, gtsolid scrisse:

Senza encoder che precisione posso attendermi? diciamo che in 10s posso avere una decina di variazioni del 2% della velocita'?

 

Bisognerebbe avere più dati sulla tua applicazione.

 

Senza voler fare dell'allarmismo, ma anche senza affrontare le cose con faciloneria, bisogna considerare che un normale azionamento asincrono ad anello aperto ha due cause di variazione di velocità: la variazione di freqeunza dell'inverter e la variazione di scorrimento del motore.

• La stabilità di frequenza è un dato caratteristico dell'inverter; ogni costruttore serio lo specifica e specifica anche le condizioni. Tanto per fare un esempio. Se le specifiche assicurano che la variazione totale di frequenza, nel caso pessimo, è <=1%, significa che la velocità del motore varieràdi un'entità <= 1% della sua velocità nominale; quindi per un 2 poli saranno 30 rpm, mentre per un 4 poli saranno 15 rpm.
• Lo scorrimento del motore dipende sia dalle caratteristiche ambientali (poco), sia dalle variazioni di carico. Considerando ad esempio uno sccrrimento a vuoto <5%, a pieno carico può essere >6%

Se il carico è costante, un buon inverter ad anello aperto dovrebbe avere una deriva di frequenza sicuramente <2%, quindi dovresti rientrare nella specifica richiesta.

Però, ripeto, bisognerebbe avere più dati sul funzionamento della macchina per decidere se è necessario o meno la retro azione di velocità.

 

3 ore fa, Marco Fornaciari scrisse:

Ad esempio la ABB dichiara non necessario l'encoder sugli estrusori per le materie plastiche,

 

Non solo ABB, ma qualsiasi inverter di buona qualità soddisfa le specifiche di velocità per un estrusore normale.

Gli inverters ABB, sono un po' grossi rispetto ai pari taglia dei migliori giapponesi, sono un po' più costosi, hanno un'affidabilità comparabile con i migliori giapponesi e, se abbinati con specifici motori ABB, hanno un controllo di coppia ai massimi livelli prestazionali.

 

In quanto al controllo di coppia, da quanto scritto sino ad ora da gtsolid è un parametro ininfluente e non richiesto.

[Livio Orsini]

17 minuti fa, Marco Fornaciari scrisse:

Negli estrusori per materie plastiche non esistono assi elettrici, ma la velocità deve essere costante per garantire sempre la stessa pressione di estrusione, la velocità è costante entro lo 0,3 %: la velocità la rilevo a valle del riduttore, e in quel caso c'è l'encoder, ma ho provato a escluderlo e il risultato non cambia

 

Senza reazione di velocità o di pressione, la costanza di pressione rimane entro i limiti sino a che non varia alcun parametro della mescola e/o della temperatura.

Basta un minimo di variazione delle caratteristiche per far uscire la lavorazione dai parametri.

Poi molto dipende da cosa si estrude e per quale lavorazione.

Se fai lavorazioni abbastanza delicate la retroazione di velocità e/o pressione è obbligatoria

 

22 minuti fa, Marco Fornaciari scrisse:

Semplificando al massimo, con il riferimento in copia è come se il motore secondario fosse trainato dal primo, l'inverter deve solo pilotarlo in modo che non esca dal sincronismo di velocità: con troppa copia accelera, con poca, frena il tutto.

 

Diciamo che più che semplificato è semplicistico.

La regolazione in cascata con limite di coppia è vecchia come come gli azionamentio con convertitori allo stato solido.

Il riferimento di velocità viene dato a ciascun azionamento per evitare che, in caso di assenza o rottura del materiale il motore si porti alla massima velocità.

Il riferimento, o limite, di coppia serve a stabilire la forza che verrà applicata sul materiale.

Con materiale presente si ha un albero meccanico, come se tra uno stadio e l'altro ci fosse un riduttore PIV, con uno scorrimento di velocità che dipende dalla deformabilità del materiale e dalla forza (coppia) applicata.

[Sandro Calligaro]

Parlando dell'asincrono...

Riguardo alle due cause di variazione di velocità di un asincrono, l'errore nella frequenza elettrica dovuto al controllo dell'inverter è praticamente nullo, visto che la maggior parte dei controllori usa un quarzo per il clock, con errore in frequenza che potrebbe essere nell'ordine di 0.01% al massimo.

 

Se si applica il controllo di velocità vettoriale sensorless, lo scorrimento viene stimato e quindi viene ad essere compensato, ma solo parzialmente.
In altre parole, la velocità meccanica viene stimata, sulla base delle grandezze che istante per istante vengono imposte (tensione e frequenza di statore), di quelle misurate (corrente) e del modello del motore. Quindi un minimo di errore ci sarà sempre, anche a regime, considerando anche che la resistenza di rotore non è stimabile con precisione e varia con la temperatura, ed il modello del motore si basa anche su quel valore.

Se le cose sono fatte bene (dal punto di vista del controllo), l'errore di velocità dovrebbe corrispondere ad una frazione relativamente piccola dello scorrimento nominale.

 

In controllo scalare (senza encoder), invece, tra la velocità impostata e quella effettiva potrebbe essere corrispondere allo scorrimento nominale, a meno che non si applichino delle compensazioni, basate sulla corrente misurata o comunque sulle grandezze dette prima. Anche in quel caso, però, non mi aspetterei precisioni altrettanto buone che col vettoriale.

 

 

Nel sincrono, invece, lo scorrimento non c'è. A regime, la velocità corrisponde esattamente alla frequenza di statore / numero di coppie polari.

Ci sono anche in questo caso algoritmi di conttrollo sensorless, che hanno il pregio di stimare esattamente la velocità a regime, salvo l'errore del clock di cui dicevo all'inizio.

 

Oltre alla velocità, anche la posizione meccanico-elettrica (cioè posizione meccanica moltiplicata per il numero di coppie polari) è stimabile, ed anzi serve conoscerla per controllare bene il motore.

Il problema, nel controllo sensorless del sincrono, è che il funzionamento è molto meno tollerante rispetto all'errore di stima della posizione e della velocità, per cui è relativamente facile perdere il controllo. Inoltre, il controllo può essere difficile o impossibile a bassa velocità.

Per questo motivo e anche per il fatto che, al momento, la domanda è relativamente bassa, non tutti i costruttori di inverter implementano questo tipo di controllo, anche se i maggiori lo fanno già da alcuni anni.

[Livio Orsini]

1 ora fa, Sandro Calligaro scrisse:

 

Il problema, nel controllo sensorless del sincrono

 

Sandro, i controlli di cui parlo erano con inverter scalare e motori sincroni; un solo inverter e 5 motori in parallelo. La cosa importante è il sincronismo dei 5 motori 

[Sandro Calligaro]

Facevo un discorso generale, perché gtsolid non ha precisato. Personalmente, i "built-in motor sincroni" non li ho mai sentiti nominare.

Saranno forse sincroni a magneti permanenti sinusoidali o "BLDC" con drive integrato?

Di che potenza si tratta?

 

15 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

i controlli di cui parlo erano con inverter scalare e motori sincroni; un solo inverter e 5 motori in parallelo. La cosa importante è il sincronismo dei 5 motori 

Sì, erano certamente sincroni con gabbia di rotore, come la maggior parte (che io sappia) dei generatori sincroni.

Quelli che ho visto ancora in commercio, proprio per il tessile, sono sincroni a riluttanza con gabbia di rotore (http://www.isgev.it/ita/p23.htm).

L'avviamento e l'eventuale variazione rapida di velocità è in funzionamento asincrono, il funzionamento a regime è sincrono.

 

I sincroni "line-start" (a magneti permanenti superficiali o interni oppure a riluttanza) sono di nuovo in auge, e forse sostituiranno gli asincroni in molte applicazioni dove li si deve collegare direttamente alla rete.

Modificato: 26 giugno 2019 da Sandro Calligaro

[Livio Orsini]

2 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

sincroni

In effetti venivano anche detti asincroni sincronizzati