Dimensionamento Frenatura Di Un Cilindro Con Motore Ac

[Fabio66]

Buongiorno, ho bisogno di aiuto per quanto riguarda la modifica ad una macchina nella azienda dove lavoro. Premetto che ho una cultura generica sugli azionamenti, per cui non sono in grado di capire varie cose ( calcoli di coppie ecc ) presenti su questo stesso sito.

Descrizione della macchina:

Nella macchina in oggetto esiste già un motore da 10 Kw DC 2200 rpm che aziona due rulli/cilindri. tra il motore ed i rulli vi è un riduttore con rapporto 5.2 / 1 ( 5.2 giri motore - 1 giro rulli ) . dal riduttore esce 1 cardano per ogni rullo.

La velocità dei rulli durante la produzione varia tra 70 mt/min e 150 mt/min ( si dovrebbe arrivare a 250 mt/min)

se può essere utile il rullo è formato da un cilindro cavo il cui diametro esterno è di 300 mm il diametro interno ( foro ) 240 mm ed un asse centrale di 40 mm

Il diametro dei rulli è 300 mm ed il peso di ciascun rullo è circa 400 kg

i rulli trascinano un film plasitico di circa 5 decimi di spessore. (larghezza variabile da 1 mt a 1,8 mt )

in avvio i rulli sono "aperti" e ruotano alla velocità di linea impostata. una volta che il film è stato passato tra i rulli questi si chiudono e la regolazione passa in regolazione di tiro.

Purtroppo non mi è ben chiaro ( l'azionamento è di 30 anni fa ex BMB ) se la regolazione è fatta limitando la corrente del motore oppure se esiste qualche altro sistema.

In ogni caso l'obbiettivo è quello di mantenere il tiro del film costante. Per misurarlo esiste la tecnica " a mano" ovvero l'operatore sente la tensione ed opera agendo su un potenziometro

Si vorrebbe eliminare il motore DC a favore di un motore AC. In casa inutilizzato abbiamo un Sinamics S120 con il relativo motore di potenza 15 kw servoventilato ( manca l'encoder ma non è un problema montarlo ) per cui si vorrebbe utilizzare questo. ( visto i tempi si cerca di controllare al max i costi )

Ho calcolato che il motore da 4 poli sarebbe perfetto per raggiungere la velocità di 250 Mt/min : circonferenza rullo = 2pigreco r = 6,28 * 150 = 0.942 mt ----

velocita nominale motore 1450 rpm / 5.2 rapp.riduzione * 0.942 = 262 mt/min

ho calcolato che per il momento il motore dovrà lavorare tra 12,5 hz per 70 mt/min e 28,5 hz per 150 mt/min

Dai calcoli che sono riuscito a fare un motore da 15 KW eroga una coppia di 96 Nm mentre il motore da 10 kw in DC attuale eroga 43 Nm ( meno della metà )

Quindi sembra che il motore da 15 KW sia sovradimensionato.

Tra l'altro il motore attuale è un 2200 giri che è molto sovradimensionato per nr di giri ( forse a quel tempo avevano solo quello )

Non ci sono problemi di tempi di accelerazione. posso tranquillamente accelerare nel tempo che voglio mentre chi si occupa di certificare la macchina mi dice per ragioni legate alla sicurezza servirebbe arrestare la rotazione in 3/5 secondi max ( tempo previsto in cui l'operatore raggiunge i cilindri se entra in area protetta )

Ho letto che l'inverter in oggetto ha incorporata la funzione SS1 ovvero frenatura del motore nel più breve tempo possibile poi entra nello stato di STO

La resistenza di frenatura non è presente, ma la posso acquistare.

Riassumendo quello di cui necessito è capire se col motore da 15 kw posso raggiungere la coppia di tiro a 12,5 hz , e se alla max velocità ( per il momento fermiamoci a 150 mt/min / 28 hz )

riesco con questo motore ad arrestare i rulli nel tempo indicato.

Ho provato a fare qualche calcolo anche leggendo i tutorial del Sig. Livio , ma non sono in grado come dicevo non ho la cultura adatta.

Qualche chiarimento sui metodi di calcolo se esistono in modo "semplice" sarebbe gradito.

Spero di avere fornito tutti i dati possibili.

Grazie a tutti in anticipo

Fabio.

[Livio Orsini]

A 12.5 Hz, con frequenza nominale di 50Hz, un azionamento a controllo vettoriale anche sensorless, se è appena decente deve fornire un valore di coppia quasi identico a quello della coppia nominale.

Trovo però sconveniente limitare il campo di lavoro tra 12.5 Hz e circa 28 Hz Sarebbe meglio rivedere i rapporti di trasmissione, così da sfruttare l'azionamento più vicino alla frequenza nominale.

In ordine al tempo di decelerazione.

Il dimensionamento del gruppo di frenatura (interruttore elettronico e resistore di potenza) è funzione dell'eenrgia immagazzinata e dal tempo richiesto.

Nel sul dimensionamento dei motori trovi in appendice anche la metodologia per dimensionare questi gruppi.

[Fabio66]

Grazie per la risposta. Il link per il calcolo delle resistenza di frenatura è stato utilissimo. Mi sono letto in dettaglio il tutto e direi che anche un profano come me ci capisce.

Come suggerisce Livio, sarebbe bello poter cambiare i rapporti ma la cosa per via dei costi non è possibile. Ho pensato di applicare esternamente al riduttore attuale un ulteriore con 2 pulegge e relative cinghie ma non c'è spazio.

Inoltre la volontà futura è di arrivare a 250 MT/min per cui mi pare che si possa restare su questo motore.

Avrei bisogno di un chiarimento sulle formule di calcolo per la resistenza di frenatura.

Dal Tutorial di Livio ricavo che occorre ricavare l'energia cinetica del mio cilindro.

per semplicità ho supposto di avere un semplice cilindro cavo di diametro esterno 300 mm e di diametro foro 240 il cui peso è 400 KG dalla formula ricavo :

PD² = 1/2 * P * (D² - d²)

0,5 * 400 * ( 300² - 240²) = 6480000

Ec (energia cinetica espressa in joule = ( PD² * n² ) / 730 per cui : ( 6480000 * 159² ) / 730 = 227243835

( dove 159 è il numero di giri che effettua il cilindro )

dopodiché la potenza delle resistenze è Ec / Tf calcolando 4 secondi ottengo 227243835 / 4 = 56810958 watt

anche considerando il rapporto di riduzione che vale 5.2 per il quale se non ho capito male si deve considerare il quadrato ottengo :

56810958 / 5.2² = 2100997 watt

mi sembrano un po' tanti. Mi sa che sbaglio qualcosa

Potete aiutarmi ?

grazie