Applicazione Con Volano

[Suppalele]

Salute a tutti!

Con la meccanica son omesso maluccio, quindi posto per chiedere consigli.

Applicazione:

motore 30kW, con inverter v/f, volano 800Kg raggio c.ca 500mm, frizione che stacca il volano dalla macchina.

Mi domandavo.. Se, a frizione staccata, quindi a volano libero che gira a velocita' n1, cambiassi il riferimento di velocita' ad un valore piu' basso n2, dovrei avere una rampa molto lunga per permettere all'inverter di smaltire l'energia generata dal sistema volano/motore. Come posso calcolare quanto debba essere la pendenza della curva di decelerazione (= tempo di rampa di rallentamento)?

Altrimenti, dovrei usare un gruppo di resistenza di frenatura, della potenza adeguata a smaltire la differenza di energia cinetica nel delta-tempo di rallentamento. Qualche dritta?

NB

Non e' un sistema con alta dinamicita': la regolazione di velocita' avviene solo in fase di messa a punto della lavorazione, dopodiche' rimane fissa per tutto il tempo di produzione. Vorrei pero' evitare che errate manovre degli operatori mandino in fault l'inverter oppure di avere tempi di decelazione troppo elevati.

Ciriciao!!

[Livio Orsini]

Il calcolo è abbastanza semplice. Con i dati che riporti hai un PDquadro pari a 400kgmq (è proprio un volano)

Il tempo per decelerare o acelerare è dato da:

t = PD2*(n1-n2) / (375*C) dove C è espressa in kgm e n1, n2 in giri/minuto

Stabilisci quale è la massima coppia di frenatura che può fornire il tuo azionamento con il gruppo di frenatura che hai istallato e determini che rampa devi impostare per lavorare in sicurezza. Ovviamente se tra motore e volano è interposto un riduttore devi rapportare il tutto per il rapporto di riduzione.

Modificato: 26 marzo 2004 da Livio Orsini

[Mario Maggi]

Caro suppalele,

dipende dall'inverter che usi.

Potrebbe essere possibile fare in modo che la "rampa intelligente" non segua il valore impostato ma tenga conto dell'energia accumulata, provvedendo ad un rallentamento "naturale" senza dissipare su resistori.

Altrimenti devi dissipare, ma qui devi considerare non solo i rallentamenti "voluti" ma anche quelli "obbligati" dovuti a cattiva qualita' della rete elettrica o a buci di tensione. Su alcuni inverter e' possibile fissare un valore di tensione massima del bus DC oltre i quale l'inverter lavora in "base block". Questa tensione deve essere inferiore alla tensione di sfioramento del gruppo frenante.

Per il calcolo teorico, bisogna sapere che forma ha il volano per calcolare l'inerzia, e sapere qual'e' la velocita' massima teorica ammessa. Tieni presente che l'energia da dissipare dipende dal quadrato della velocita' del volano, e che quindi il resistore dovra' essere calcolato per la velocit'a massima. quindi a velocita' inferiori potra' realizzare una rampa di decelerazione molto piu' breve. Se si tratta di una pressa, ci sono poi alcuni "trucchi del mestiere" imparati in tanti anni di applicazioni, che non sto a elencare.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

....quindi a velocita' inferiori potra' realizzare una rampa di decelerazione molto piu' breve.

Mario le leggi della meccanica stabiliscono che per accelerare un corpo avente un determinato momento di inerzia (ed il PD2 sta al momento di inerzia con rapporto 4) la coppia necessaria dipente dal momento di inerzia e dall'accelerazione, indipendentemente dalla velocità.

Se la decelerazione/accelerazione è più violenta, a parità di momento d'inerzia, la coppia necessaria è magiore quindi l'azionamento dovrà fornire quella coppia, quale che sia il suo segno. Quindi il motore preleva la corrente necessaria dal convertitore o genera la corrente corrispondente nel convertitore.

Poi se la velocità angolare è inferiore alla velocità nominale la tensione sarà proporzionalmente inferiore, quindi l'effetto dell'innalzamento della tensione sul dc bus è minore.

Da ultimo, Suppalele, da il raggio del volano che si deduce che si tratta di un classico cilindro pieno (disco spesso), ideale per l'applicazione del PD2 (Peso* diametro al quadrato) PD2= 1/2 P*d*d = 400*1*1

Modificato: 26 marzo 2004 da Livio Orsini

[Suppalele]

Dunque.. per maggior chiarezza:

La macchina e' una "rullatrice" alternativa, per fare il filetto ai bulloni, che tramette il moto del volano ad un sistema biella/manovella che traduce il moto alternato necessario per la filettatura dei pezzi.

Il tutto passa da una frizione pneumatica, quindi il problema mio non e' regolare la velocita' a macchina in produzione, ma solo con il volano in moto.

La trasmissione e' a cinghia (rapporto... non so ancora, non hanno ancora deciso il diametro delle pulegge sul motore): dal motore al volano su tutto il diametro dello stesso.

Il volano ha la massa che vi ho detto (anche se, ora che ci penso, non sono piu' tanto sicuro del peso che mi han comunicato... mi sembra un po' troppo!), ma non e' un cilindro pieno (e' come una ruota con una decina di "razze").

Per quanto riguarda l'inverter, usero' un inverter di "recupero" un Elettronica Santerno Sinus IFDV 400T 45 (per motore da 45 KW) del 2001 (sempre in magazzino): credo sia addirittura fuori produzione!! Spero che i condesatori siano ancora buoni..

Per Orsini..

Nella formula (n1-n2) devo percio' valutare la velocita' del volano, mentre C e' la coppia dissipabile dalla resistenza di frenatura: scusa l'ignioranza, ma come la trovo la coppia di frenatura della resistenza? Posso sapere la potenza della resistenza, la tensione di "sfioro" della DCunit, trovo la corrente... Procedo giusto?

comunque, grazie per la disponibilita!!

[Mario Maggi]

Caro Livio,

concordo con te.

Io scrivo di solito mentre sono al telefono dall'altra parte (senno' come potrei?) e talvolta mi puo' scappare un'imprecisione.

Non ho parlato di "pendenza" della rampa ma di rampa piu' breve (tempo).

Poi se la velocità angolare è inferiore alla velocità nominale la tensione sarà proporzionalmente inferiore, quindi l'effetto dell'innalzamento della tensione sul dc bus è minore.

Questo e' un "trucco del mestiere": puoi sfruttare questa tensione minore per aumentare un po' la pendenza della rampa di decelerazione.

Ciao

Mario

[Mario Maggi]

Caro suppalele,

Spero che i condensatori siano ancora buoni..

Prima di dare la piena tensione, falli rigenerare inserendo un'alimentazione monofase 230 con una lampadina IN SERIE da 60 ... 200 W, e lascia il tutto collegato per alcune ore.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

Nella formula (n1-n2) devo percio' valutare la velocita' del volano, mentre C e' la coppia dissipabile dalla resistenza di frenatura: scusa l'ignioranza, ma come la trovo la coppia di frenatura della resistenza? Posso sapere la potenza della resistenza, la tensione di "sfioro" della DCunit, trovo la corrente... Procedo giusto?

C è la coppia necessaria per frenare; in altri termini il motore genererà una tensione proporzionale alla velocità (se inferiore alla velocitò nominale) ed una corrente proporzionale alla coppia (sempre se la velocità è inferiore alla velocitò nominale).

Comunque cerco di rintracciare il formulario che permette, in funzione della coppia/corrente, di determinare la R di frenatura, poi lo posto (presumo tra domani e domenica)

Per il volano: se le razze sono abbastanza spesse puoi, con ragionevole approssimazione, consideralo un disco pieno. Lo so che qualche maccanico purista storcerà il naso, ma non è questa piccolezza che ti sposterà il problema.

Piuttosto attenzione all'inverter. Queste sono le applicazioni che possono mettere in crisi l'affidabilità degli inverter.

Per Mario.

Scusa la mia puntualizzazione, non vorrei che ti fosse sembrata polemica, non era proprio mia intenzione. Era solo una precisazione; è che io odio scrivere, vorrei finire prima di incominciare ed allora tiro via, così il discorso sembra essere più brusco dell'intenzione.

[Mario Maggi]

Carissimo Livio,

che io odio scrivere

Fai come me, quando non sono al telefono uso il riconoscimento vocale.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

Come promesso questo è il formulario

formulario

Spero ti possa aiutare

[Suppalele]

Grazie 1G, Livio!!

Ora do' un'occhiata e ti dico quanto mi e' stato utile!!

Lele

[Colombani]

Grande Livio! Leggo la bibiografia e scorgo il mitico Halliday, il testo di riferimento che ha fatto la storia di tutti i corsi accademici di fisica 1 e 2. Da tenere sempre a portata di mano per chi ha a che fare con piccoli problemucci di questo tipo.

[Suppalele]

Scusa, Livio.. C'e' qualcosa che non mi quadra...

Usando le formule da te indicate:

Diametro=1m

Massa=800kg

n=1500rpm

Ipotizziamo un tf=5 sec

PD2=0.5*P*d^2=0.5*800*1=400kgm2

Ec[J]=PD2*n^2/730= 400*(1500)^2/730= 1.23 MJ [!!!]

Pr= Ec/tf = 1.23*10^6/5=246kW!!!

Come devo valutare questa potenza?

Anche ipotizzando un fattore di riduzione del 20/30% dovuto ai rendimenti di trasferimento, otteniamo comunque un potenza esagerata (credo): Pr1=Pr*0.7=172kW

Mi chiedevo se la "n" non fosse da valutare come velocita' angolare (w=n*6.28/60=1500*6.28/60=157), ottenendo valori piu' plausibili...

Il dubbi omi viene da:

1. Le resistenze di frenatura hanno valori di potenza dell'ordine delle decine di kW

2. Sul manuale della Elettronica Santerno LINK, dalle formule da loro riportate, ottengo valori molto piu' bassi...

Sbaglio qualcosa?

Ciao!!

[Colombani]

Di fretta, non ho tempo di valutare i tuoi calcoli, ma assicurati di convertire rpm (roun per minute) in Hz (roun per second).

[Colombani]

volevo scrivere "round"

[Suppalele]

n=1500rpm

Volevo scrivere per "giri per minuto". Ma sul formulario dell'Orsini "n" e' richiesta in "giri minuto"...

Ho verificato su un altro manuale (elevert) e ho constatato un valore di centinaia di kW pure con quelle..

Non capisco dove sbaglio!!

Stasera a casa sapro' cosa fare...

[Livio Orsini]

Sono numeri che a prima vista spaventano. Il formulario che ho riportato proviene dal vecchio manuale prodotti Ansaldo. Sono più di dieci anni che non faccio verifiche di questo genere, da quando calcolavo le resistenze per la frenatura dianamica dei motori in cc.

Ho riveirficato i tuoi conti in diversi modi, ma i valori sono quelli.

Ho anche riprovato applicando le formule della Mitsubishi per i piccoli servi, ma ovviamente l'approssimazione è molto diversa, ed il risultato è stato parecchio diverso ma sempre con numeri molto grossi, circa 0.1 MJ!

A naso l'energia accumulata da un simile volano è parecchia. Se lasci che il motore si fermi per inerzia impiega una mezz'ora a fermarsi. Daltro canto un volano serve proprio a questo.

L'unico modo serio per verificare le formule è ripartire dalle leggi della meccanica. Sono passati più di 30 anni da quando studiavo quella roba e non ho avuto molte accasioni di rinfrescare la memoria.

Se avendo provato con formule da altro manuale ottieni risultati uguali ci sono buone probabilità che i risultati siano corretti.

Per inciso la dizione coretta sarebbe "rivoluzioni per minuto", nell'uso quotidiano si usa la dizione "giri minuto". La cosa veramente importante che si inseriscano i valori corretti.

Se pensi di frenare in 5" da 1500 rpm a 0 rpm una simile inerzia avrai bisogno di 319kgm!

infatti C=(PD^2*rpm)/(376*t) = 400*1500/376*5=319

Se applichi la formula (quella del link riportato) di dissipazione della potenza della resistenza di frenatura ottieni 20,065 kW che è la potenza termica dissipata dalla resistenza durante la frenatura, mentre il risultato di 246 kW è il valore di picco! . Inoltre in questo calcolo si è gia tenuto conto del rendimento inverso del motore. Se non tieni conto del rendimento inverso e delle perdite il valore termico dovrebbe essre > 25 kW.

Io quando ho riportato il formulario ho dato delle indicazioni di massima sul dimensionamento che ritenevo chiarissero anche questi aspetti. Evidentemente non erano chiari.

Riepilogando: con la formula dimensioni la potenza di picco, da questa devi ricavarti la potenza termica. E' chiaro che se ripeti il ciclo frenatura - accelerazione la potenza termica tende a coincidere con la potenza di picco, mentre se tra una frenatura e la prossima il tempo è sufficiente a smaltire tutto il calore accumulato il valore calcolato in precedenza è valido.

Poi molto dipende da qaule può essere il delta massimo di giri ed aquale velocità. Più scendi e, per svariati motivi, meno energia devi dissipare.

Adesso beviti un cordiale per superare lo shock e rifatti i conti.

Modificato: 30 marzo 2004 da Livio Orsini

[Suppalele]

Hic! Grazie, Livio!! Ora mi e' piu' chiaro! Hic!

Non avevo capito che si trattava, hic!, del valore di, hic!, picco.

Ora, hic!, se riesco ad impugbare una delle DUE penne che vedo, hic!, faccio i conti! HIC, HIC!

PS

Ho seguito il tuo consiglio, hic, forse un po' troppo alla lettera, hic!

Adesso beviti un cordiale per superare lo shock e rifatti i conti.

Grazie 2 mila..!!

E.. salute!

[Pietro Buttiglione]

da vecchio praticone:

ricordo anni fa un costruttore di centrifughe che voleva frenare con inverter grossi PD2:

buco nell'acqua..

Forse oggi con qualcosa di dedicato, ad es. con un ondulatore in rete ci si riesce..

ma con le resistenze PD2 cosi' grossi dubito mmolto!

ciao

pit

[Colombani]

Dunque, vediamo:

Abbiamo un volano di

Massa = 800 Kg

Raggio 0.5 m

...che gira a 1500 rpm = 25 Hz ...moltiplicando per 2Pigreco otteniamo 157 rad/s

Ammesso che si tratti di un cilindro pieno la sua inerzia rotazionale sarà:

I = ½ m·r² = (800/2)·0.5² = 100 Kg·m²

Energia cinetica del volano:

K = ½ I · o² dove "o" è la velocità angolare in rad/s

Dunque:

K = (100/2)·157² = 1.23 MJ

Il risultato èa quanto pare è confermato. Poi sicuramente il tuo volano non è un cilindro pieno per cui la sua inerzia rotazionale sarà superiore, e forse anche di molto.

Ma la frenata deve riportare il volano a velocità zero?

[Suppalele]

Ma la frenata deve riportare il volano a velocità zero?

Forse ho tralsciato qualche dettaglio mica tanbto piccolo...

Per un arresto completo del volano, prevedo di "staccare" l'inverter e procedere con un freno "artigianale" (tanto la macchina e' interna ad un box e il volano carterizzato).

Il problema sta nei rallentamenti in corsa (per cambio di velocita' di produzione) e in chi li fara': il caso di arresto totale e' solamente per valutare la massima condizione che potrebbe accadere: ovvero che l'operatore giri tutto il potenziometro in un botto (succede spesso). Normalmente si tratterebbe di variazioni di velocita' limitate (credo che al max si passi al dimezzamento del valore).

Grazie!

[Colombani]

Penso che dovrai tener conto (nel dimensionamento) delle peggiori condizioni che si possono verificare.

Ad ogni modo, se il volano va solamente decellerato puoi ripetere i calcoli riferendoti alla velocità di rotazione inferiore. Il lavoro che dovrà compliere il sistema sarà dato dalla differenza tra l'energia cinetica a pieno regime e l'energia cinetica a velocità ridotta. Ovviamente il tempo in cui avviene questa variazione ti da la potenza da erogare, o altrimenti in base alla potenza che disponi fissi la rampa.

Scusa se posso sembrare impertinente, si fa per discutere, presumo che queste cose tu già le sappia.

[Suppalele]

Scusa se posso sembrare impertinente, si fa per discutere, presumo che queste cose tu già le sappia.

Sono INCAZZATO nero per il tuo post!

Ma ciao! Ho postato per avere ogni possibile suggerimento, dato che in meccanica sono messo maluccio, e quindi posso apprendere tutto il possibile dalle vostre risposte!!

Ben vengano tutte le indicazioni, anche se scontate (e per me non lo sono tutte..), purche' non si postino insulti o improperi!!!

Quindi...

Grazie a nche a te!!

[ken]

Premetto che non ho letto benissimo il post perchè me lo stampo e lo farò con calma.

con un volano rigeneri parecchia energia. io solitamente recupero in rete o metto un minimo di resistenze per frenare anche perchè le masse in gioco variano a seconda della frizione attaccata oppure no. Appena attacchi la frizione hai bisogno di più potenza per mantenere i giri costanti mentre quando la stacchi devi rigenerare.