Freno A Correnti Parassite

[Alias]

buongiorno a tutti!

Sono uno studente e stò facendo degli studi su un freno a correnti parassite in modo da poterlo utilizzare con un banco prove di motori elettrici.

il freno è autocostruito (non da me ) prendendo l'eccitazione separata di un motore dc che aveva i seguenti dati:

Varm=440 V Iarm=536 A;

Vecc=260 V Iecc=4,1 A .

l'indotto è stato sostituito con un cilindro di acciaio.

il freno è stato provato con alcuni motori e dai dati ricavati si può dire che funziona bene.

il problema adesso è capire quale sia la sua caratteristica coppia velocità, forse è del tipo lineare (mantenendo costante la corrente di campo del freno) ma non ne sono troppo sicuro.

aumentando la corrente di campo penso che la retta "penda" sempre più fino ad arrivare alla saturazione del freno e quindi un ulteriore aumento non produce effetti.

un torsiometro non è al momento disponibile e forse non lo sarà mai per il costo, avevo anche pensato di provare a costruirne uno con gli strain gage ma ho poche informazioni a riguardo.

accoppiando dei motori di cui posso conoscere solo la coppia nominale e non tutta la loro caratteristica Coppia\ velocità mi viene difficile caratterizzare il freno.

adesso spero che qualcuno mi possa illuminare su questi dubbi , soprattutto quello relativo alla linearità del freno

Modificato: 28 settembre 2006 da Alias

[rguaresc]

"l'indotto è stato sostituito con un cilindro di acciaio." peccato, se la corrente indotta la mandavi a un carico era possibile risalire alla potenza elettrica generata e alla esatta coppia frenante, e potevi frenare motori da 200 kW

In linea di principio la causa principale di non linearita' di T/n e' dovuta alla caratteristica del ferro (statore+rotore) e a questa si aggiungono le correnti indotte che producono un campo che aumenta (poco) l'induzione in un lato del polo e la diminuisce (molto) nell'altro lato. Un altro fattore e' la temperatura durante la prova, crescendo, aumenta la resistivita del cilindro' e ne diminuisce la permeabilita' riducendo la coppia.

Direi che la caratteristica e' lineare se le correnti indotte sono basse e il traferro e' grande. L'isteresi del ferro, poi, crea un'isteresi nella regolazione dell'eccitazione.

Modificato: 28 settembre 2006 da rguaresc

[Mario Maggi]

Mi sembra un freno molto critico per l'aspetto termico, appena inizia a frenare il rotore irradia infrarossi verso lo statore che si scalda, e si hanno ulteriori instabilita'.

Non hai accennato al raffreddamento. Poiche' non e' pensabile di usare il freno per 200 kW come all'origine, quale prestazione pensi di richiedere al freno, e con quale intermittenza? Hai pensato ai cuscinetti speciali che hanno l'anello interno piu' caldo di quello esterno?

Tutto sommato, mi sembra un progetto senza futuro, che spreca energia e non consente di effettuare misure stabili.

Se non ci sono i mille euro per un torsiometro senza contatto, puoi montare il freno elasticamente - libero di ruotare leggermente intorno all'asse - e misurare la forza di reazione su braccio noto con una cella di carico

Ciao

Mario

[rguaresc]

.... e non dimenticare l'effetto pelle che alle abituali velocita' di rotazione riduce lo spessore di penetrazione delle correnti nel ferro a millimetri. Anche questo impedisce alla coppia di crescere linearmente coi giri

[Alias]

per quanto riguarda il raffreddamento vi è montato un motore secondario con ventola.

il freno verrebbe utilizzato per effettuare una prova di carico su un motore che potrebbe durare qualche minuto, dopodichè il freno ha il tempo per raffreddarsi completamente.

i motori da provare hanno potenze di 100/150 kw al massimo

per quanto riguarda il torsiometro ne ho trovato uno a contatti striscianti a 4000 euro chissà quello senza contatti!!;

comunque se conoscete un rivenditore che ha prezzi ragionevoli fatemi sapere

Modificato: 29 settembre 2006 da Alias

[Mario Maggi]

Alias,

150 kW a 6000 rpm o 150 kW a 1000 rpm? La coppia e' 6 volte tanto, e' molto diverso!

Pensavo ad una potenza molto inferiore.

Dato che nel freno a correnti parassite l'energia resta localizzata nel rotore, e la parte asportabile da una ventilazione anche potente e' minima, sono quasi certo che tale freno non potra' funzionare, a causa dell'eccessivo riscaldamento.

Nota la massa di acciaio del rotore, e la quantita' di energia fornita al rotore, ed il calore specifico del metallo, trovi dopo quanti secondi il rotore supera la temperatura pericolosa in assenza di ventilazione.

Con la ventilazione, potrai aumentare questo tempo forse del 20% o del 30%, non molto di piu'. Se la prova deve durare qualche minuto, penso che arriverai a fondere il tutto.

Ciao

Mario

[Alias]

si è vero mi sono dimenticato la velocità.

il massimo valore della velocità sarà di 3000 rpm e poi a scendere (a seconda della macchina da provare), per quanto riguarda il riscaldamento provando alcuni motori problemi non ne ho notati anche perchè i poli ausiliari sono stati eliminati e il traferro è abbastanza grande, credo quindi che vi sia molto spazio, comunque un'analisi su questo aspetto la farò sicuramente.

lo scopo della prova sarebbe questo:

avviare il motore e farlo andare alla sua velocità nominale dopodichè viene alimentato il freno fino a fare arrivare il motore alla sua coppia nominale, forse i tempi di riscaldamento sono anche più brevi.

grazie dei consigli che mi date!

[Mario Maggi]

Alias,

sei all'istituto professionale o all'istituto tecnico, vero?

Se il traferro e' abbastanza grande non riuscirai neanche ad avvicinarti alla coppia nominale!

Il flusso vene deviato, come ti ha spiegato rguaresc.

E' ovvio che se il freno frena poco, il rotore scalda poco. Se chiedi di frenare una potenza di 150 kW, hai l'equivalente di una stufa da 150 kW in un cilindro di acciaio.

Non ho ancora capito come misuri la coppia effettivamente erogata, si tratta di quasi 500 Nm! Se usi un torsiometro senza contatto, occhio alla possibile smagnetizzazione per l'alta temperatura.

Ciao

Mario

Modificato: 29 settembre 2006 da Mario Maggi

[Alias]

dopo le vostre considerazioni la conclusione sarebbe che il freno non funziona a potenze così elevate ma forse è utilizzabile per potenze inferiori, diciamo 50 kw a 3000rpm?

nei banchi prova mi sembra che vengano anche utilizzati questi tipi di freni, in quei casi come vengono risolti i problemi da voi citati?

scusa Mario ma perchè dovrei essere dell'istituto professionale o tecnico?

[Mario Maggi]

Caro Alias,

esatto, il freno funziona ma solo a potenza inferiore. Se riesca e frenare 50 kW non lo so, forse ne frena 10, non ho idea del materiale usato, della permeabilita', del flusso principale e della sua distribuzione. Se il flusso gira intorno al rotore senza penetrare, l'effetto frenante e' minimo.

Nei banchi prova antichi venivano usati questi freni, in mancanza di meglio. Erano raffreddati ad acqua corrente. Ora chiunque si rende conto che sprecare energia e' assurdo.

Vedo che non hai provato a fare questo calcolo:

Nota la massa di acciaio del rotore, e la quantita' di energia fornita al rotore, ed il calore specifico del metallo, trovi dopo quanti secondi il rotore supera la temperatura pericolosa in assenza di ventilazione.

ne deduco che l'approccio al problema e' ancora di tipo conoscitivo, all'universita' (che io non ho fatto) penso che si usi un metodo diverso, da qui la mia deduzione.

Ciao

Mario