Misurazione corrente e tensione per rilevamento energia assorbita

[kr1pt039]

Buonasera a tutti, avrei bisogno di un consiglio, dovrei misurare la corrente e la tensione sui morsetti di un motore asincrono trifase pilotato da inverter. Posso effettuare questa misurazione con dei trasformatori ta e tv, collegando questi ultimi ad un plc della Siemens, pensavo un S7-1200, per acquisire i valori su un file csv? Se non è possibile, sapete indicarmi un modo per acquisire corrente e tensione, a valle dell'inverter, ed effettuare un campionamento per un'analisi dell'energia attiva consumata dal motore, con la massima precisione possibile? Il campionamento dei valori dovrei farlo ad intervalli di 0,1 s. Grazie mille a tutti!!!

[Livio Orsini]

Non specifichi marca e tipo di inverter.

Il metodo più corrette è acquisire direttamente questi dati dall'inverter tramite il collegamento seriale o su bus di campo.

Per miisurare la tensione ai morsetti dell'inverter devi poi filtrarla efficacemente e robustamente con filtro passa basso in modo da tagliare sicuramente tutte le armoniche della amssima freqeunza di la voro dell'inverter.

Mi spiego con un esempio.

Se la freqeunza massima a cui verrà fatto lavorare quell'inverter è, per esempio, 80 Hz, dovrai avere un filtraggio con frequenza di taglio < 100Hz e pendenza di almeno 12 dB per ottava. Idem per la corrente.

Se non filtri ti ritrovi delle misure affette da errori molto grandi, specialmente per la tensione. L'uscita in tensione dell'inverter è una pseudosinusoide ricavata dalla modulaziuone in PWM di impulsi di ampiezza pari a circa 560V. La corrente, invece, è molto più simile ad una sinusoide grazie all'effetto dell'induttanza del motore.

 

Se non hai la possiiblità di leggere i dati in seriale, quasi tutti gli inverter hanno la possibilità di "buttar fuori" i valori di corrente e tensione su uscite analogiche, con valori normalizati 0 - 10V

[kr1pt039]

Ciao Livio, innanzitutto ti ringrazio per la risposta. Ti spiego meglio, ho due motori di cui devo conoscere corrente assorbita e tensione. Il primo è un brushless trifase 16 poli della Sassi, da 7Kw, utilizzato per un ascensore, azionato da un inverter della Fuji, modello Frenic-lift. Il secondo motore è un asincrono trifase due poli da 0,75Kw con azionamento della Dunfoss, inverter modello VLT-Microdrive. Ho chiesto ad un tecnico se fosse possibile estrapolare i dati di corrente e tensione dall'inverter e mi è stato risposto di no. Secondo te riesco ad estrapolare questi dati da questi inverter come segnali analogici 0-10v? Grazie mille ancora!!!

[kr1pt039]

Ti volevo anche chiedere, sempre se puoi, se mi puoi dire quali componenti sono necessari per effettuare la misurazione dei valori di tensione e corrente direttamente sui morsetti del motore. Ti chiedo  questo perchè vorrei utilizzare anche l'alternativa di dimostrare qual'è l'effettivo assorbimento in termini di potenza, utilizzando uno strumento esterno al sistema, quindi indipendente da esso. Grazie ancora.

[Livio Orsini]

per la prima domanda dovresti leggere il manuale dei 2 inverters.

Non credo ci sia bisogno di aestrapolare alcunchè.Tutti gli inverters decenti hanno la possibilità di avere questi dati, spesso anche i cinesi da poco prezzo permettono di mettere tensione, corrente e frequenza su uscite analogiche. Fuji e Danfoss son 2 ottimmi inverter, quindi dovrebbero darti queste possibilità o, anche, di leggere i dati da seriale.

 

Per leggere ai morsetti necessiti di avere un così detto "filtro sinusoidale", ma siolitamente questi filtri sono filtri che fanno passare tuttaa la corrente erogata dall'ionverter.

A te serve prima di tutto ridurre la tensione, per poterla aleggere da scheda PLC, poi filtrarla.

Per la corrente ci son meno problemi. Basterà usare un TA appropriato ed, eventuialmente, filtrare l'uscita dello stesso

Con quale tipo di CPU del PLC S7 1200 andresti a leggere i dati?

 

Comunque per misurare l'effettiva potenza reale assorbita dal motore hai necessità anche di conoscere il cosenphi; con quelle misure misuri solo la potenza apparente che è un dato poco significativo.

Per curiosità spiega più completamente quello che vuoi fare con queste misure.

Modificato: 26 gennaio 2022 da Livio Orsini

[leleviola]

secondo me la soluzione migliore è sfruttare il protocollo Modbus che tutti gli inverter dovrebbero avere come configurazione minima, interroghi i registri diagnostici degli inverter e ricavi i dati, bisogna vedere se gli inverter hanno la seriale RS485, dovrebbe essere un aconfigurazione minima, sul PLC mi sembra deve aggiungere una piccola scheda sul frontale PLC, mi sembra di ricordare che il 1200 non la ha di base

[Livio Orsini]

10 minuti fa, leleviola ha scritto:

secondo me la soluzione migliore è sfruttare il protocollo Modbus che tutti gli inverter dovrebbero avere come configurazione minima,

 

Non so se quei 2 inverters supportano il MODbus, comunque avranno una seriale; interrogare da seriale è la prima soluzione che ho raccomandato.

Se invece hanno la possibilità di copiare i dati di tensione e corrente su uscite analogiche, potrebbe essere una soluzione piuttostto facile per acquisire i dati.

[kr1pt039]

Allora, cerco di spiegarmi meglio. Devo misurare le possibili variazioni di assorbimento di energia di un motore, dovute a cause esterne, tipo guasti all'impianto, rotture, usure ecc. Non posso includere nell'analisi il consumo di energia dell'inverter perchè quest'ultimo varia con la frequenza, quindi avrà un rendimento variabile, a me ignoto. Cioè se l'inverter ha ad esempio a 20hz un assorbimento x, a 40hz, avrà un assorbimento diverso. Sto parlando di "consumo di energia associato al SOLO inverter", non al complesso inverter+motore. Per questo motivo, vorrei riuscire a prendere queste misure proprio sull'elemento chiave della questione, ovvero direttamente sul motore. Inoltre non conosco neanche i coefficienti di errore dell'inverter, quindi non so l'affidabilità nella misura di quest'ultimo. Per ultimo, vorrei essere indipendente dall'inverter, nella misura, proprio per essere il più oggettivo possibile e quindi non dare adito a possibili confutazioni, sull'eventuale presenza di anomalie, da parte di persone esterne all'impianto. In parole povere, non vorrei che qualcuno potesse dirmi che un eventuale maggiore o minore assorbimento del motore sia dovuto ad un rendimento variabile dell'inverter, ad un guasto dell'inverter, oppure ad un invecchiamento di quest'ultimo ecc. Non so se mi sono spiegato. Grazie di cuore a tutti!!!

[Livio Orsini]

A parte le considerazioni sull'uso del PLC che già qualcuno come Batta ti ha fatto notare, le misure che vuoi fare ti permetton io di valutare la potenza apparente assorbita dal motore.

Le misure di tensione e corrente che fornisce direttamente l'inverter sicuramente hanno una precisione ed una ripetibilità pari a quella che può garantire una scheda di acquisizione dati di un PLC.

 

Comunque al dilà di queste considerazioni che esulano dall'argomento della discussione, rimane quanto ti ho espsoto in precedenza.

 

Se il sistema di misura è una realizazione una tantum potresti pensare di realizzarti in proprio i filtri necessari, non è una cosa difficile.

[kr1pt039]

Ti ringrazio infinitamente. Si, la realizzazione dell'impianto è unica. Sapresti dirmi cortesemente come realizzare un filtro rispettando le specifiche da te mensionate? Poi volevo chiederti se l'inverter ha già al suo interno un filtro LC. Grazie ancora.

[Livio Orsini]

4 ore fa, kr1pt039 ha scritto:

Poi volevo chiederti se l'inverter ha già al suo interno un filtro LC.

 

Gli inverters per comando motori, di norma, non hanno al loro interno filtri. In genere nel manuale viene riportato il codice del filtro di rete e del filtro di uscita necessari per rientrare nelle maschere delle normative EMC. Sono dispositivi ingombranti e costosi.

Nel tuo caso hai necessità di qualche cosa di leggermente differente.

Per la misura di tensione devi comunque prima ridurne l'ampiezza; il modo più pratico e usare un partitore resistivo formato da 2 resistori per fase. I resistori dovranno essere adeguata kmente isolati, così come tutto il circuito, perchè in uscita sono presenti tensioni che di picco possono superare 600V. Poi sul lato di bassa tensione del partitore  puoi inserie il filtro passa basso.

 

5 ore fa, kr1pt039 ha scritto:

Sapresti dirmi cortesemente come realizzare un filtro rispettando le specifiche da te mensionate?

 

Un filtro non si improvvisa si calcola. Per farlo, oltre a conoscere le caratteristiche di interfaccia, occorre un minimo di tempo e di applicazione.

Inoltre va anche studiata bene la sua realizzazione sia per le tensioni in gioco, sia per evitare "scavalchi" e "rientri".

Poi in questa sezione si discute di applicazioni di componenti industriali, non di auto costruzione.

 

Per la parte di misura di corrente dovresti già reperire sul mercato dei TA adatti a compiere misure di corrente su motori alimentati da inverter.

[leleviola]

Il 26/1/2022 alle 10:03 , kr1pt039 ha scritto:

Non posso includere nell'analisi il consumo di energia dell'inverter perchè quest'ultimo varia con la frequenza, quindi avrà un rendimento variabile, a me ignoto. Cioè se l'inverter ha ad esempio a 20hz un assorbimento x, a 40hz, avrà un assorbimento diverso. Sto parlando di "consumo di energia associato al SOLO inverter", non al complesso inverter+motore. Per questo motivo, vorrei riuscire a prendere queste misure proprio sull'elemento chiave della questione, ovvero direttamente sul motore. Inoltre non conosco neanche i coefficienti di errore dell'inverter, quindi non so l'affidabilità nella misura di quest'ultimo. Per ultimo, vorrei essere indipendente dall'inverter, nella misura, proprio per essere il più oggettivo possibile e quindi non dare adito a possibili confutazioni, sull'eventuale presenza di anomalie,

non c'è misura più precisa di quella fatta dall'inverter sul motore, non capisco qualde sia il problema, l'indice di carico motore o la misura fatta dall'elettronica dell'inverter serve all'inverter stesso per far faunzionare l'inverter stesso nel caso lo si facesse funzionare in modalità vettoriale, se invece lo si fa funzionare a coppia costante o V/f il rilevamento della corrente assorbita è il medesimo, sapendo in tempo reale dall'inverter la tensione a cui lo stesso alimenta il motore e la corrente stessa il calcolo della potenza assorbita è una moltiplicazione per la radice di 3. Sulla questione precisione misura dipendeda che precisione si vuole raggiungere ma non penso di siano problemi di errori maggiori del 5% basta informarsi sulla precisione della apparecchiature elettroniche dell'inverter

[Livio Orsini]

11 ore fa, leleviola ha scritto:

Sulla questione precisione misura dipendeda che precisione si vuole raggiungere ma non penso di siano problemi di errori maggiori del 5% basta informarsi sulla precisione della apparecchiature elettroniche dell'inverter

 

Si confermo che questo è l'ordine di grandezza della precisione, a meno di clamorose starature; ma in questo caso il vero problema è il buonfunzionamento dell'inverter.

Anche per la misura di tensione il valore che fornisce l'inverter è molto affidabile perchè serve per la regolazione. Nel caso di regolazione scalare è la componente fondamentale della regolazione V/f, appunto; in caso di regolazione vettoriale è un parametro fondamentale.

 

Derivare i dati dall'inverter, si ha una misura della potenza apparente assorbita dal motore molto affidabile, in modo molto più semplice che misurare i valori di tensione e corrente alla morsettiera.

[leleviola]

Il 29/1/2022 alle 08:04 , Livio Orsini ha scritto:

Derivare i dati dall'inverter, si ha una misura della potenza apparente assorbita dal motore molto affidabile, in modo molto più semplice che misurare i valori di tensione e corrente alla morsettiera.

Infatti

[Mario Maggi]

kr1pt039, 

se ho capito bene, avresti bisogno di una "analisi di firma" del motore. Di fatto non ti interessa avere il valore esatto della potenza apparente totale assorbita, ma vorresti individuare dissimmetrie, buchi di tensione, picchi anomali, risonanze e quant'altro. 

No so che valore e importanza abbia questa tua applicazione, i sistemi per l'analisi di firma di un motore trifase non sono mai economici. 

Ciao, 

Mario