Inverter Yaskawa - COSA FARE O CAPIRE PER FARLO FUNZIONARE?

[Karloso]

Buonasera a tutti,

sono uno studente universitario che si è avvicinato al vostro forum per esigenze di tesi.

Dai post che ho letto ho imparato molto e ve ne ringrazio, però non ho ancora trovato la soluzione al mio problema che fatico ad individuare con certezza soprattutto perché come studente di ingegneria meccanica non sono onestamente molto preparato su questioni riguardanti i motori elettrici e i relativi azionamenti.

Mi spiego: mi sono trovato a modellizzare e a simulare un sistema reale che già esiste in laboratorio, ma che non si riesce a far funzionare con controllo in anello chiuso.

Il sistema, per applicazioni molto speciali (prove di laboratorio su pneumatici) è composto da:

- Rete 380 V

- Inverter YASKAWA VS-616G5 Series

- Motore Magneti Marelli asincrono trifase a 4 poli da 160 KW modello 315MC

- Trasmissione 2 rapporti

- Carico meccanico costituito da Ruota metallica:

Diametro [mm] 2600

Massa [kg] 5109

Momento di inerzia polare [kg*m2] 5535

Da quello che ho letto nel pdf di programmazione dell’inverter funziona con controllo di 3 tipi sostanzialmente:

- Open Loop Vector: offre la tecnologia adattabile di controllo di vettore (Adaptive Vector Control technology : AVC) per la regolazione precisa della velocità

- Closed Loop Flux Vector

- Closed Loop V/f permette il feedback dell’ encoder per uso con il modo di Volts/hertz

Premetto che posso solo:

- vedere nel tastierino di programmazione dell’inverter, solo i valori di corrente e di frequenza.

- non è stato montata, anche se prevista, l’Unità di Frenatura sull’inverter

Il sistema funziona solo in anello aperto, ma NON in anello chiuso.

Infatti se avviato in anello chiuso (feedback sull’encoder della velocità), inizialmente si avvia, dopo poco, si avvertono delle notevoli vibrazioni del sistema che va vibrare anche il pavimento del laboratorio e quindi, subito dopo, l’alimentazione si stacca.

Da quello che ho letto nei vostri post, potrebbe esserci un problema di energia rigenerativa di ritorno dal sistema meccanico (che come avrete potuto notare, ha un’inerzia molto elevata) che non potendo essere assorbita dal sistema fa staccare il l’inverter perché eccede il voltaggio del bus.

Ma allora perché succede solo in anello chiuso e non in anello aperto?

E perché le vibrazioni ? Forse problemi di armoniche e/o di risonanze ad alcune frequenze tra motore e inverter?

Su cosa mi devo indirizzare per risolvere il problema e far funzionare il tutto anche in anello chiuso?

E’ necessario installare l’unità di frenatura o il problema è altro?

L’impressione è che sia stato fatto un errore macroscopico di comprensione e programmazione del sistema, ma quale e dove andare a parare?

Penso di aver dato più informazioni possibili per spiegare il tutto, se non è stato sufficiente, vi prego di dirmelo.

Vi ringrazio anticipatamente per i vostri consigli e suggerimenti, anche su parte delle mie questioni: accetto tutto, anche indicazioni su chiavi di ricerca per trovare materiale di studio ad hoc su Google.

Grazie

Karloso

[Mario Maggi]

Caro Karloso,

benvenuto!

Sul G5C ci ho lavorato tanto, c'e' in memoria anche qualcosa che avevo fatto io, forse 10 anni fa.

Il sistema funziona solo in anello aperto, ma NON in anello chiuso.

Se funziona bene anche in decelerazione, vuol dire che non serve l'unita' di frenatura.

Premetto che posso solo:

- vedere nel tastierino di programmazione dell’inverter, solo i valori di corrente e di frequenza.

Vuoi dire che i parametri sono bloccati con una password? Qualcuno ha la password?

si avvertono delle notevoli vibrazioni del sistema che va vibrare anche il pavimento del laboratorio e quindi, subito dopo, l’alimentazione si stacca.

Suppongo che compaia il messaggio DC BUS Overvoltage, sbaglio? Me lo confermi?

potrebbe esserci un problema di energia rigenerativa di ritorno dal sistema meccanico (che come avrete potuto notare, ha un’inerzia molto elevata) che non potendo essere assorbita dal sistema fa staccare il l’inverter perché eccede il voltaggio del bus.

No, se cosi' fosse, succederebbe anche ad anello aperto. A meno che le impostazioni dei parametri relativi alla dinamica del sistema ad anello chiuso non siano troppo rapide.

Che tipo di encoder usi? E' fissato bene? I cavi encoder sono schermati e messi a terra come da manuale?

Se puoi dirlo, in che citta' si trova l'inverter?

Ciao

Mario

[rguaresc]

si avvertono delle notevoli vibrazioni del sistema che va vibrare anche il pavimento del laboratorio e quindi, subito dopo, l’alimentazione si stacca

... cavi dell'encoder incrociati e si ha una retroazione positiva...? prova a scambiare fra loro i segnali A e B

Modificato: 23 dicembre 2004 da rguaresc

[Karloso]

Ciaq a tutti

Ciao Mario,

grazie per le pronta risposta: anche se era il mio primo post, ho letto molto nel forum e tu sei uno di quelli di cui ho letto di più.

Allora, per rispondere alle tue domande:

QUOTE 

Il sistema funziona solo in anello aperto, ma NON in anello chiuso.

Se funziona bene anche in decelerazione, vuol dire che non serve l'unita' di frenatura.

in decellarazione: non ci dovrebbero essere problemi perché è stato montato un freno a disco (tipo pulman) sull’asse della ruota, anche se, come tu mi insegni, i transitori anche blandi con un’inerzia così elevata potrebbero forse creare problemi,

infatti ad anello chiuso, una volta raggiunta la velocità desiderata, viene poi fermato con il freno ma non presenta situazioni di vibrazioni di alcun tipo.

Preciso comunque che al sistema non sono richieste particolari prestazioni dinamiche ma a regime, ovvero la ruota, attraverso l’azionamento (inverter più motore) deve poter mantenere velocità periferiche anche molto elevate (anche superiori a 300 km/h)

QUOTE 

Premetto che posso solo:

- vedere nel tastierino di programmazione dell’inverter, solo i valori di corrente e di frequenza.

Vuoi dire che i parametri sono bloccati con una password? Qualcuno ha la password?

su questo punto mi sono spiegato male: non ci sono problemi ad intervenire sul tastierino per modificare i parametri ed accedere al menù di programmazione,

è solo che io non posso, tramite schede o altro, scaricarne a pc gli andamenti dei valori della corrente e della frequenza in modo da confrontarli con i miei modellini in Simulink.

A proposito, quelli che vedo, sono i valori della corrente e della frequenza di una sola fase dell’inverter oppure no? Che coincidono con quelli di statore del motore?

QUOTE 

si avvertono delle notevoli vibrazioni del sistema che va vibrare anche il pavimento del laboratorio e quindi, subito dopo, l’alimentazione si stacca.

Suppongo che compaia il messaggio DC BUS Overvoltage, sbaglio? Me lo confermi?

Questo non posso confermarlo perché in anello chiuso non me lo hanno fatto provare, almeno finchè non porto un modellino e una relazione-dimostrazione sensata e critica sulle problematiche dell’azionamento, che, come ho già detto, mi risulta difficile visto sono studente di ing. Meccanica.

Per inciso, visto che ho in mano solo il manuale di programmazione, non ho ben capito quel è il voltaggio max del DC bus: se 630, 700, o 790 volts ?

QUOTE 

potrebbe esserci un problema di energia rigenerativa di ritorno dal sistema meccanico (che come avrete potuto notare, ha un’inerzia molto elevata) che non potendo essere assorbita dal sistema fa staccare il l’inverter perché eccede il voltaggio del bus.

No, se cosi' fosse, succederebbe anche ad anello aperto. A meno che le impostazioni dei parametri relativi alla dinamica del sistema ad anello chiuso non siano troppo rapide.

Infatti, è proprio leggendo i tuoi post nel forum che anche a me (per quello che ho potuto capire fino ad ora) è sembrato strano.

Comunque cosa intendi di preciso con ‘..troppo rapide’?

Quello che so, da quello che mi hanno detto, è che quando è stato avviato la prima volta, nel tastierino è venuto fuori un errore della logica dell’inverter sull’apprendimento dei parametri dinamici. Insomma il sistema non è riuscito a far si che il sistema acquisisse i valori per poi combinarli con quelli impostati manualmente.

Come posso intervenire con il tastierino per risolvere il problema?

Che tipo di encoder usi? E' fissato bene? I cavi encoder sono schermati e messi a terra come da manuale?

Sull’encoder sono completamente all’oscuro, che cosa dovrei andare a vedere o chiedere per sapere se le specifiche dell’encoder sono appropriate? Per vedere se è installato bene o schermato? Sul manuale di programmazione non mi sembra di aver trovato riferimenti sul montaggio dell’encoder per saper se è stato messo a terra o sbaglio?

Se puoi dirlo, in che citta' si trova l'inverter?

Il sistema è a Milano.

…

Ciao rguaresc,

grazie della risposta..

QUOTE 

si avvertono delle notevoli vibrazioni del sistema che va vibrare anche il pavimento del laboratorio e quindi, subito dopo, l’alimentazione si stacca

... cavi dell'encoder incrociati e si ha una retroazione positiva...? prova a scambiare fra loro i segnali A e B

visto che me lo ha chiesto anche Mario, mi sai direi, per piacere, qualcosa di più su cosa o dove andare a vedere le informaiozni che non so o non riesco a trovare sull’encoder?

Anche qualche link con foto di esempio sul montaggio e collegamento.

Grazie ancora.

Karloso

[Mario Maggi]

Caro Karloso,

A proposito, quelli che vedo, sono i valori della corrente e della frequenza di una sola fase dell’inverter oppure no? Che coincidono con quelli di statore del motore?

No, sono la media dei valori delle 3 fasi. Noterai che quell'inverter ha tre TA in uscita.

è solo che io non posso, tramite schede o altro, scaricarne a pc gli andamenti dei valori della corrente e della frequenza in modo da confrontarli con i miei modellini in Simulink.

C'e' in giro un sw di comunicazione, ma ci sono state diverse versioni di SW per le diverse versioni di HW, occhio!

Per inciso, visto che ho in mano solo il manuale di programmazione, non ho ben capito quel è il voltaggio max del DC bus: se 630, 700, o 790 volts ?

C'e' la possibilita' di modificarli dal sw (a volte sw nascosto).

630 V potrebbe essere la tensione nominale quando alimenti alla massima tensione nominale di 460 VAC.

700 V potrebbe essere la tensione a cui e' previsto l'inizio dello sfioramento de freno esterno

790 V potrebbe essere la tensione limite a cui il sistema va in blocco di emergenza immediato

quando è stato avviato la prima volta, nel tastierino è venuto fuori un errore della logica dell’inverter sull’apprendimento dei parametri dinamici.

Se l'autotuning non e' riuscito, bisogna rifarlo per andare in vettoriale ad anello chiuso.

Ciao

Mario

[Karloso]

Ciao Mario,

c'è qualche motivo, che tu sappia, Hardware o Sw, che possa impedire che l'autotuning vada a buon fine?

Cioè se riprovando più volte continua a dare errore, su cosa mi devo intervenire??

Grazie

Karloso

[rguaresc]

L'encoder trasmette degli impulsi elettrici. Di solito ogni impuslo è trasmesso da due fili:

A(+) / A(-) due fili che trasmettono l'impulso A

B(+) / B(-) due fili che trasmettono l'impulso B

L'encoder e' a sua volta alimentato.

Se l'encoder gira in avanti prima arriva l'impulso positivo di A, poi l'impulso positivo di B, poi quello negativo di A e infine quello negativo di B. Il ricevitore elabora la velocita' dalla frequenza degli impulsi e il suo segno +/- dalla succesione A poi B che significa avanti oppure B poi A che significa indietro.

L'alternaza A+ A- B+ B- e' in fondo simile all'azionamento dei cilindri della locomotiva a vapore per convertire i movimenti alternativi dei cilindri in una rotazione con verso obbligato. Negli encoder avviene la trasformazione opposta da rotazione a impulsi.

Il concetto di avanti-indietro per i motori e' standard: i motori hanno sostituito le manovelle azionate a mano e vanno avanti in senso orario se si sta dalla loro parte posteriore. Per l'encoder, che non e' un motore questo e' relativo inoltre l'encoder si puo' montare dietro al motore o dietro la ruota condotta rovesciando completamente la rotazione dell'encoder rispetto a cio' che si desidera per il motore.

Il sintomo dell'encoder a rovescio e' che il motore parte, quando ancora fa pochi giri al minuto interviene il regolatore che vedendo un segnale opposto al desiderato spinge al massimo senza risultato. I blocchi di max corrente, coppia ecc. interrompono la regolazione che poi riprende. Il succedersi rapido di coppia al massimo e poi a zero si sente come forte vibrazione ripeto gia' a velocita' molto basse.

Per farla breve, se la causa e' questa, dovrebbe andare tutto a posto scambiando la coppia dei fili A(+) / A(-) con la coppia B(+) / B(-) che troverai sulla morsettiera dei segnali ausiliari dell'inverter o su una scheda opzionale per encoder aggiunta all'inverter.

Se invece l'anomalia inizia a velocita' elevata la causa non puo' essere questa.

Modificato: 24 dicembre 2004 da rguaresc

[Karloso]

Veramente grazie rguaresc,

per la chiarezza con cui hai saputo spiegare a me (che sono ancora profano in materia) un concetto pratico molto importante.

Onestamente, ancora non avevo avuto idea di mettere in dubbio il montaggio del sistema e la realizzazione dei collegamenti, fatto comunque da un tecnico.

Adesso mi chiedo:

Il sintomo dell'encoder a rovescio e' che il motore parte, quando ancora fa pochi giri al minuto interviene il regolatore che vedendo un segnale opposto al desiderato spinge al massimo senza risultato. I blocchi di max corrente, coppia ecc. interrompono la regolazione che poi riprende. Il succedersi rapido di coppia al massimo e poi a zero si sente come forte vibrazione ripeto gia' a velocita' molto basse.

in effetti, mi hanno detto che questo succede anche a basse velocità,

ma sarebbero gli stessi blocchi di max corrente e coppia, o qualche altra condizione di protezione dell’inverter, a far poi staccare completamente il sistema? (dopo averlo fatto vibrare).

Un’altra cosa, dimmi o ditemi se è giusta:

ho spulciato un po’ meglio il manuale di programmazione che ho a disposizione e nel capitolo ‘FAULT INDICATION & TROUBLESHOOTING’,

c’è una parte relativa al ‘MOTOR HUNTING’ (traduzione a spanne:’pendolamento del motore’), che immagino sia quello di mio interesse. Lì ho ritrovato anche l’indicazione fatta riguardo ai possibili problemi di connessione dell’encoder.

Nel caso questo non sia il problema, lo schema a blocchi dice di ricontrollare i parametri dell’ASR (‘Automatic Speed Regulator’), il quale riceve il segnale di errore sulla velocità (= velocità di riferimento – feedback di velocità ) dell’anello chiuso e restituisce come output un valore di coppia, appunto per la regolazione.

Nel manuale di programmazione, l’ASR è modellato come un blocco con 2 costanti modificabili: la costante di guadagno proporzionale (K) e la costante di tempo (T) , nel seguente modo

K(1 + 1/sT) (sistema del primo ordine).

Quindi, lo posso vedere da un punto di vista meccanico (che mi è più vicino),

è possibile allora che K sia troppo alto oppure che T sia troppo piccolo,

GIUSTO?

Ma mi chiedo, è possibile, nel caso il problema sia l’ottimizzazione dei parametri dell’ASR, che si verifichino tali vibrazioni con un carico di inerzia così alta ([kg*m2] 5535) ?

Qualcuno ha esperienze a riguardo?

ALTRA domanda IMPORTANTE:

l’inverter è stato montato in un grosso armadio metallico, all’esterno e all’interno non ci sono i dati di targa in una qualsiasi targhetta, quindi come faccio a trovare gli effetti valori di targa???

Utili sia per la modellizzazione ma soprattutto per trovare i parametri di default del modello nel manuale.

Grazie

Karloso

[Mario Maggi]

Karloso,

Ma mi chiedo, è possibile, nel caso il problema sia l’ottimizzazione dei parametri dell’ASR, che si verifichino tali vibrazioni con un carico di inerzia così alta

No

Propendo anch'io per un errore di collegamento.

Dalla tastiera puoi accedere ad un menu che ti mostra tutti i dati nominali. C'e' anche un menu che ti mostra solo i parametri che sono stati modificati rispetto a quelli di default.

Ciao

Mario