Resistenza Frenatura Carico Verticale

[murissio]

Buon giorno a tutti,

Avrei bisogno di un parere in merito alla “corretta scelta della resistenza di frenatura per un carico verticale”, pilotato da un motore asincrono in modo Vettoriale anello chiuso ( asse controllato tramite posizionatore ) che non è per niente soggetto a pesanti cicli di lavoro ed accel. /decel.

SALITA

1 ) Conoscendo la I attiva assorbita dal motore ( relativa coppia richiesta ) e la velocità in RPM durante la fase di salita sono in grado di conoscere la potenza P salita necessaria al movimento anche in modo sperimentale (che risulta corretta al dimensionamento teorico):

nel mio caso circa 4,5 KW per movimentare 4000Kg a 100 mm/s.

DISCESA

2 ) Durante la fase di discesa ( nel mio caso a parità di RPM della fase salita) avrò ovviamente una richiesta di corrente inferiore dal parte del motore che servirà per frenare il carico ( più complicata da determinare in modo teorico in maniera precisa)

Il carico in questa fase fornisce energia indietro all' azionamento.

Quella che effettivamente vedrà l'azionamento sarà inferiore ( poichè sottraggo perdite rendimenti vari : motoriduttore, accoppiamenti....... ) e quella che effettivamente verrà dissipata sulla resistenza sarà ancora minore poichè l' azionamento stesso è in grado di "dissipare" una certa potenza.

L’azionamento installato consiglia una resistenza ohmica min. di 20 ohm ed ha una V di sfioramento di circa 670 V.

Diciamo che il carico effettua una discesa di 1000m ( circa 11 sec. ) ogni 60 sec.

Ora senza entrare nel dettaglio ( Duty cycle movimento : TON TOFF : ), gradirei conoscere che criteri da utilizzare per scegliere la potenza opportuna in queste circostanze ( purtroppo commetto qualche imprecisione nei calcoli teorici ……. Non vorrei che anche l’azionamento, a seconda del costruttore, metta dell’ intelligenza per evitare di innescare sempre la resistenza di frenatura ?. ).

Grazie e ciao

[Livio Orsini]

In quest discussione (E' quella in evidenza in questo forum), al primo post trovi il link al mio tutorial sul dimensionamento dei motori, c'è anch euna traccia per il calcolo e dimensionamento della resistenza di frenatura.

[murissio]

Grazie Livio per l'info,

I tuoi tutorial li avevo già letti ( rinnovo i complimenti ),

Ma diciamo che anche se i concetti di base sono simili fra un asse verticale ed uno orizzontale ( in quello orizzontale devo tenere conto dell' energia CINETICA da dissipare in un tempo prestabilito : rampa dec.. ; e qui non ho mai avuto grossi problemi, poichè durante il moto traslatorio non dissipo a differenza del sollevatore), ma in quello verticale durante la fase di discesa continua a velocità costante ( controllata dal PID posizionatore ) dissipo una certa Pot. continuativa sulla resistenza ( di cui non riesco a spiegarmi la quantità così elevata che mi ritovo!!!!! friggitura resistenza).

Per questo chiedevo dei Dettagli in merito a chi fosse andato a fondo a questi dimensionamenti ( non mi va come al solito di prendere una resistenza consigliata dal fornitore che mi abbonda decisamente di taglia...).

Grazie di nuovo.

[emanuele.croci]

Provo, anche se non mi sono mai cimentato

(di solito per pigrizia e misere esigenze sovradimensiono...)

Durante la discesa avrai

Potenza generata dal carico: P = m g v = 4000Kg * 9.8m/s2 * 0.1m/s = 4 kW circa

Consideriamo un rendimento del 75% (cioè stimo che se ne perda il 25% nella meccanica) = 3 kW che devi dissipare nella resistenza di frenatura (ovviamente i dati che mancano me li sto inventando...)

Fattore di servizio 1/6, quindi la tua resistenza deve essere capace di dissipare 3000 / 6 = 500 W continuativi, potresti sceglierla così.

Occhio che spesso sui cataloghi di resistenze viene data una potenza in dissipazione basata su un certo ciclo di servizio NON continuo. A te invece servono 500 W continuativi.

La tua resistenza invece, quella che si brucia, da quanti Watt è???

NON valuterei, viste le potenze in gioco, il contributo che ti può dare il drive in termini di smaltimento energetico. Per me è minimo.

Ciao, Emanuele

[Mario Maggi]

murissio,

velocemente, sei certo dei 670 VDC? Su 20 ohm sono 33,5 A pari a oltre 22 kW.

E' chiaro che - in assenza di sovratensioni da rete - il resistore dissipera' solo la potenza proveniente dal carico a meno dei rendimenti. Diciamo 5 kW meccanici considerando un leggero sovraccarico.

Di questi 5 kW, diciamo che 4 kW si trasformano in corrente elettrica, che a 670 VDC fanno 6 A, quindi un resistore da 112 ohm 4 kW va bene per un funzionamento al 100 %

Siccome in salita non frena, il duty cycle nel caso peggiore sara' del 50% (salite e discese senza sosta).

Cio' significa che puoi scegliere un resistore da 224 ohm 2 kW, se sovraccaricabile del 100 % per 60 secondi.

In realta' alcuni inverter non possono frenare in continuo, per cui continuano a chopperare e quindi dissipano meno potenza sul resistore, ma non molta di meno.

( non mi va come al solito di prendere una resistenza consigliata dal fornitore che mi abbonda decisamente di taglia...).

Confermi?

Ciao

Mario

Modificato: 18 settembre 2006 da Mario Maggi

[emanuele.croci]

Siccome in salita non frena, il duty cycle nel caso peggiore sara' del 50% (salite e discese senza sosta).

Cio' significa che puoi scegliere un resistore da 224 ohm 2 kW, se sovraccaricabile del 100 % per 60 secondi.

qui c'è qualcosa che non mi quadra....

Se operiamo a 670 VDC, la potenza istantanea dissipata sul resistore sarà P= V * V / R = 670*670/224=

= 2004 W.

Secondo me questo resistore non è in grado di dissipare 4 kW istantanei, ma piuttosto 2 kW, sia di picco che continuativi.

Per dissipare 4 kW istantanei dovremmo lavorare a V = SQRT( R * P)=SQRT (4000*224) = 946 VDC

...o sbaglio?

Ciao, Emanuele

[murissio]

Grazie molte Mario ( penso già di avere individuato la “leggerezza” ):

Purtroppo il progetto iniziale non è stato svolto da me e mi trovo con le criticità descritte ( anche il cliente so che ha messo del suo cambiato i dati in corsa...).

Rettifico in effetti un dato riportato erroneamente (rivedendo il manuale azionamento ) :

La V di sfioratura è è 780 V ( no 670 V come dicevo !!!! scusate ).

Nel manuale azionamento si consiglia per questa taglia ( azionamento da 11 KW : è stato scelto di queste dimensioni poiché in fase di progetto iniziale doveva sollevare massa doppia !) una resitenza min. di 19 ohm che riferisce ad una potenza istantanea nominale di 33 KW ( picco ).

Il nostro fornitore vedo che tende a darci resistenze pari alla minima consigliata : 20 Ohm

Quindi avevo valutato una potenza da dissipare durante la discesa di circa 3,5 KW ( tengo conto che circa il 20 % sono persi nei rendimenti meccanici ed in parte assorbiti dal drive ).

Con un duty cycle di 15 sec. ON e 60 OFF = 3500 * 15 / 75 = 700 W

E come primo conto al volo mi dicevo sembra tutto ok ( dando peso alla Pot. ) :

Mi trovo con installata una resistenza da 1500 W con 20 ohm e solamente durante una discesa nelle condizioni descritte, raggiunge una temperatura esterna ( di circa 90 ° ).

Quindi vedo che il valore Ohmico è parecchio discordante!

[emanuele.croci]

Una resistenza da 1500 W è di certo molto massiccia per i tuoi scopi....

Però mi chiedo:

- sono 1500 W continuativi?

- per averli non è che hai bisogno di accorgimenti particolari? (tipo dissipatori aggiuntivi, ecc...)

- temperatura max di funzionamento? non è detto che 90 °C sia una temperatura esagerata... magari se lavori come dici con duty cycle 1/5 si stabilizza più o meno su quella temperatura, certo che a naso è un po' caldina...

Ciao, Emanuele

Modificato: 18 settembre 2006 da emanuele.croci

[AndreaC]

certo che a naso è un po' caldina...

Credo anche a mano...

Mi sembra che il discorso di Mario fili perfettamente, rifacendo i calcoli con 780V si ottengono 150ohm (per 4Kw).

Il nostro fornitore vedo che tende a darci resistenze pari alla minima consigliata

Considera che la resistenza di frenatura indicata è la più piccola che puoi collegare, non la più grande (che è infinita, se non la colleghi ). Abbassando la corrente dovresti quindi abbassare la temperatura.

[murissio]

Attendo da giorni un pdf dal fornitore per capire effettivamente cosa il dato di targa riportato sulla resistenza 1500 W ( ohm ) indichi ( ritengo comunque potenza nominale, ma non ho i valori di picco ). Come Emanuele suggeriva di verificare

In effetti vorrei andare a fondo sul concetto di potenza di picco , Max , continuativa : anche perchè al secondo ciclo di movimentazione, con una temperatura intorno ai 90° le caratteristiche ohmiche dovrebbero cambiare.

Purtroppo non riesco a reperire della documentazione dettagliata per questo tipo di dimensionamento e mi trovo a scomodarvi.

[emanuele.croci]

Ciao,

giusto per darti un'idea di come variano i valori di picco/medi, ti allego un datasheet di una resistenza della SEW: se il duty cycle è <100%, la potenza disponibile aumenta, ma con un andamento MINORE della proporzionalità inversa (in effetti è logico)

Cioè se il duty cycle è 50%, la potenza è un po' meno del 200%, se è del 25%, è abbastanza meno del 400%, eccetera...

BW100-006

Part number 821 701 7

100 % cdf 0.6 kW

50 % cdf 1.1 kW

25 % cdf 1.9 kW

12 % cdf 3.5 kW

6 % cdf 5.7 kW

Resistance 100 Ohm ±10 %

CDF= cyclic duration factor cdf [%] in

relation to a cycle duration of <= 120 s.

Ciao, Emanuele

[Livio Orsini]

murissio

Per il dimensionamento in potenza della resistenza si deve tener conto della potenza termica dissipata in fase di frenatura, cioè nelle fasi in cui il motore genera energia, energia che viene incamerata dalla batteri adei condensatori elevandone la tensione.

Per il valore ohmico si deve usare quello stabilito dal costruttore che, se è serio, avrà dimensionato il chopper tenendo conto del livello di tensione e del valore di resistenza. Anche perchè questo valore determina sia il valore di corrente nel circuito chopper, sia il tempo di scarica del condensatore.

Certo che 780v come valore di sfioramento e 20 ohm di resistenza fanno 39A di corrente di picco, corrispondenti a 30.420W istantanei. Per una linea a 400v a me sembrano un poco tanti 780v, mi sembrava più corretto 670v, anzi mi sembra ancora un tantino elevato.

Modificato: 18 settembre 2006 da Livio Orsini

[murissio]

Nel manuale azionamento si consiglia per questa taglia ( azionamento da 11 KW : è stato scelto di queste dimensioni poiché in fase di progetto iniziale doveva sollevare massa doppia !) una resitenza min. di 19 ohm che riferisce ad una potenza istantanea nominale di 33 KW ( picco ).

Comunque ho effettuato una ricerca analizzando qualche documento dei vari fornitori di resistenze ed ho visto 2 differenti criteri per dimensionare il valore ohmico della resistenza :

1 ) Prendono il valore consigliato nel documento Azionamento come riferimento minimo.

Effettuo i calcoli come menzionato da MARIO e dimensiono in ohm e Watt il mio resistore ( vedendo che il valore ohmico sia superiore al min. consigliato ).

In funzione del duty cycle dimensiono la potenza nominale

Verifico anche il carico impulsivo della resistenza ( massima Pot. di picco rigenerata dal carico)

2 ) Sapendo nel mio caso di avere un azionamento da 11KVA 400 V determina una corrente massima di 15 A. Conoscendo la Tensione Chopper 780 V calcola Ohm = 780 / 15 = 52 Ohm .

Verifico anche il carico impulsivo della resistenza ( nel documento è riportata la potenza max del drive ).

A seconda del rapporto di inserzione (duty cycle) mi abbassa proporzionlmente la potenza nominale della resistenza.

Questo metodo vedo che si riferisce ad un dimensionamento in base alla taglia dell' azionamento e non in funzione del carico effettivo......

Ho poi notato nel mio caso che il valore di potenza stampigliato sulla resistenza è il valore massimo dissipabile in caso si monti su di un dissipatore. Altrimenti si riduce di 1/ 3.

Sono anche stupito che il contatto termico interviene ad una temperatura di 160 °.

Grazie per i preziosi consigli

[Mario Maggi]

murissio,

Sono anche stupito che il contatto termico interviene ad una temperatura di 160 °.

ci sono resistori che funzionano tranquillamente anche a 400°C e oltre (se i collegamenti elettrici sono realizzati in modo da sopportarli).

Il contatto termico e' una protezione minima che agisce raramente. Il circuito di frenatura deve essere realizzato nel piu' professionale dei modi, non avendo alcuna possibilita' di essere veramente protetto. Su questo argomento c'e' gia' stata una lunga discussione molto tempo fa, tuttora valida.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

murissio,

ti allego una pagina tratta dal manuale Mitsubishi (servo) che tratta il dimensionamento della resistenza di frenatura per un caso simile al tuo.

pagina manuale

Attenzione ai valori di resistenza. E' vero che il minimo valore di R consigliato corrisponde alla corrente massima, però se aumenti il valore di R aumenti anche il tempo di scarica del con densatore di batteria. Può essere ininfluente per la tua applicazione oppure no, devi valutare in funzione dei tempi di intervento. Ipotizando un valore della batteria di condensatori pari a 500uF (0.5mF), con un a R=20ohm hai una costante di tempo di scarica pari a 10ms, mentre con 52ohm salgono a 26ms. In altri termini con 20 ohm dopo 10 ms di scarica la tensione di C è scesa al 27% del valore iniziale, mentre per ottenere il medesimo valore sono necesari 26ms con R=53ohm

L'allarme termico della resistenza devi utilizzarlo per interrompere la frenatura, è l'unico allarme efficace in caso di guasto dell'unità di frenatura. Ho visto quadri seriamente danneggiati per un guasto all'unità di frenatura inverter che aveva causato il surriscaldamento delle resisgtenze.

Modificato: 19 settembre 2006 da Livio Orsini

[murissio]

Grazie Livio,

In effetti avevo fatto anche io un analisi su eventuali tempi di carica scarica condensatori ( in funzione della R ohm), ma avevo deciso di abbandonarla poichè non veniva menzionanta da alcun costruttore e nel mio caso non dovrebbe essere influente.

Per la protezione termica (pastiglia ) la monto come must su ntutte le resistenze come organo di sciurezza ( anche se molti preferiscono l'utilizzo di un magnetotermico misurando la I ).

Grazie

Ciao

[Livio Orsini]

Per la protezione termica (pastiglia ) la monto come must su ntutte le resistenze come organo di sciurezza ( anche se molti preferiscono l'utilizzo di un magnetotermico misurando la I ).

E' un'ottima scelta . Io ho visto casi in cui, essendosi guastato il chopper, il magnetotermico non è intervenuto ed il surriscaldamento della resitenza ha danneggiato alcuni componenti adiacenti. In caso c'è stato addirittura un principio d'incendio