rapporto di inerzia

[giobos]

Buongiorno a tutti,

 

Perchè nelle applicazioni con motori brushless AC, viene sempre consigliato un range di valori fra il rapporto di inerzia del carico e quello dell'albero motore? Forse perchè una elevata inerzia del carico riduce notevolmente la banda passante dell'anello di velocità?

Su quale base sono stati sviluppati i motori cosiddetti ad "alta inerzia"? Per che tipo di applicazioni? 

 

Grazie a tutti delle risposte

 

 

[Livio Orsini]

Quote

Su quale base sono stati sviluppati i motori cosiddetti ad "alta inerzia"?

 

Confesso che è un termine che non conosco, potresti citare un modello di questo tipo? dare un riferimento?

 

L'inerzia del carico si somma all'inerzia del rotore ed a quella della trasmissione. L'inerzia totale richiede, a parità di accelerazione, una maggior coppia motrice. Questo è il primo principio della meccanica: Un corpo tende a rimanere nello stato di quiete o di moto sino a che una forza esterna modifica questo stato.

 

Comunque se vai alla sezione didattica (link nella mia firma) sottosezione elettrotecnica, trovi un un mio breve tutorial su come dimensionare un motore e queste cose sono spiegate.

[giobos]

Grazie Livio,

 

Certo. Sono motori brushless AC Panasonic denominati "High Inertia". Sono caratterizzati da una inerzia del rotore che può arrivare fino a 160*10^-4 Kg*m^2 rispetto a quelli di pari potenza "standard" che possono arrivare ad un valore di 18*10^-4 Kg*m^2.

Quote

L'inerzia del carico si somma all'inerzia del rotore ed a quella della trasmissione. L'inerzia totale richiede, a parità di accelerazione, una maggior coppia motrice.

L'equazione di Lagrange dice proprio questo infatti.

 

Quindi nessuno ha mai avuto esperienza con questi motori e i loro campi di utilizzo tipici?

 

Grazie

[Livio Orsini]

Presumo che possano essere usati in applicazioni dove la costanza della rotazione è prevalente rispetto alle prestazioni dinamiche. Se l'inerzia del rotore è alta il motore ha un effetto volano significativo quindi è meno soggetto alle rapide fluttuazini di velocità dovute, ad esempio, a prese di carico improvvise.

[SandroCalligaro]

Premetto che la mia esperienza pratica in queste cose purtroppo è limitata a sistemi di test.

Logicamente e da quel che ho letto da qualche parte sui motori ad "alta inerzia" è proprio come dice Livio. Precisamente, un'inerzia alta migliora la reiezione al disturbo di coppia nella parte alta dello spettro di frequenza (in particolare al di sopra della banda passante del controllo, dove questo non riesce ad "agire").

 

Considera anche che il controllo stesso introduce delle piccole oscillazioni di coppia (a frequenza tendenzialmente alta), a causa di non-idealità dell'inverter (ad esempio per i dead-time) e dei sensori (ad esempio la quantizzazione dell'encoder e/o delle misure di corrente). Questi effetti sono visti dal controllo come disturbi, ed è molto difficile ridurne l'effetto tramite il controllo (se non sacrificando la banda passante).

 

Forse (mi viene da pensare intuitivamente, ma dovrei ragionarci su), nell'avere un rotore ad inerzia alta ci sono anche dei vantaggi anche per quel che riguarda la trasmissione, considerando l'elasticità del giunto e dell'albero che connette motore e carico (considerando un carico anch'esso ad alta inerzia).

 

In fondo, probabilmente al costruttore di motori costa più fatica ridurre l'inerzia che aumentarla, visto che tra l'altro per il motore "speciale" farà pagare di più.

[pagliardo]

tempo fa feci un taglio al volo dove il carro pesava 400kg, con delle belle accelerazioni. il committente, al momento del preventivo mi diceva "ci vuole un motore ad alta inerzia, mi raccomando....". poi sapete non è facile capire cosa vogliano dire queste frasi un po sparate da chi non è che poi se ne intenda di motori (me compreso).

io ho sempre pensato che il dimensionamento di un motore, oltre che una cosa molto difficile, sia in base alla coppia che mi serve. in base al ciclo che devo fare, le accelerazioni, ecc....i momenti di inerzia del carico, del rotore, ecc....

allora, non ho mai capito cosa intendesse. ma alla fine abbiamo usato un yaskawa da 30Nm mi sembra.

io credo che ci sia un rapporto tra inerzia del carico e inerzia del rotore, nel senso che quando si dice motore ad alta inerzia, si intende il momento di inerzia del rotore. ma ad esso è collegato con un rapporto il momento di inerzia ammissible del carico.

infatti nei manuali yaskawa ci sono le inerzie del rotore, e poi ci sono le "allowable load moment of inertia" che sono date come multiplo del momento di inerzia del rotore. 

non so se c'entra niente, magari ho detto un sacco di banalità....

ciao

[Livio Orsini]

Quote

infatti nei manuali yaskawa ci sono le inerzie del rotore, e poi ci sono le "allowable load moment of inertia"

 

Tradotto letteralmente "momento di inerzia del carico ammissibile, quasi certamente davanti a "allowable load moment of inertia" ci sarà un "maximum", così che la frase sarà completa sarà: "maximum allowable load moment of inertia" , ovvero massimo momneto d'inerzia del carico ammissibile. Poi bisognerà anche vedere bene le condizioni al contorno a cui abblicare il dato.

 

Molti, anche su applications notes, ritengono erroneamente a mio avviso, che il massimo delle prestazioni dinamiche lo si ottenga con momento di inerzia del motore eguale a quello del carico.

Analiticamente è errato perchè, a parità dui coppia disponibile, il massimo delle prestazioni dinameiche si ottiene con momento d'inerzia ridotto al minimo. In teoria se si potesse lavorare con il solo momento d'inerzia del motore le prestazioni sarebbero le massime possibili.

 

 

Quote

nell'avere un rotore ad inerzia alta ci sono anche dei vantaggi anche per quel che riguarda la trasmissione, considerando l'elasticità del giunto e dell'albero che connette motore e carico (considerando un carico anch'esso ad alta inerzia).

 

Sicuramente se la trasmissione è molto elastica o ha notevoli giochi, un alta inerzia di rotore stabilizza il sistema. Anche in caso di carichi fortemente sbilanciati, se si deve lavorare a bassa velocità, un rotore con momento d'inerzia elevato favorisce, con il suo effetto volano, la regolarità di marcia.

 

Quote

tempo fa feci un taglio al volo dove il carro pesava 400kg, con delle belle accelerazioni. il committente, al momento del preventivo mi diceva "ci vuole un motore ad alta inerzia, mi raccomando...."

 

Io qualche cesoia volante ad alte prestazioni l'ho prgettata e realizzata, ovviamente mi riferisco alla parte motorizzazione e controllo. Credo di aver fatto qualche cosa di buono perchè la mia ultima realizzazione venne preferita a quella di Reliance, in una fabbrica dove tutto era Reliance. E Reliance era il costruttore di riferimento per feeder e flying shear.

Per mia esperienza, quel cliente era da frustare perchè la sua richiesta è proprio il contrario di quello che serve. Tanto è vero che usando un pistone idraulico controllato da un'ottima valvola proporzionale, si ottengono prestazioni impossibili per un motore elettrico (questo spiega perchè la mia cesoia dava prestazioni inarrivabili anche da quelle di Reliance). Il fattore principale è dovuto alla bassissima inerzia dello del pistone rispetto ad un motore a pur bassa inerzia.

Sempre a confutazione.

Per motorizzare una cesoia rotante, dove il momento di inerzia totale è fondamentale, si usano 2 motori di taglia più piccola, accoppiatti elettricamente e meccanicamente, perchè il momento d'inezia totale risulta essere minore di quello di un singolo motore di potenza doppia.

[pagliardo]

No non c'è scritto maximum ma il concetto è quello credo, massimo momento di inerzia del carico ammissibile.... 

Anche io ho sempre pensato che sia meglio una bassa inerzia del motore.... 

Che poi motori più "grossi", cioè con più coppia, abbiano un maggiore momento d'inerzia e siano adatti a carichi con maggiore momento d'inerzia penso sia normale....

Alla fine credo che quando si dice "motori ad alta inerzia" sia solo un modo per distinguere motori al di sopra di una certa taglia che hanno appunto una inerzia elevata rispetto a quelli di taglia minore, e si voglia far notare che l'inerzia del rotore può essere importante, nel senso negativo.

 

[roberto8303]

leggete questo

http://mc4.mostreconvegno.it/wp-content/uploads/sites/2/2014/03/Panasoni.pdf

[Livio Orsini]

E' una buona trattazione, anche se io ho qualche divergenza su alcune affermazioni. Da questo documento si evince che, per panasonic, il termine motore ad "alta inerzia" è solo un distuinguo più commerciale che altro.

Loro definiscono ad alta inerzia motori normali ed a bassa inerzia i così detti servomotori.

Anche la distinzione in base al rapporto tra le inerzie del motore e del carico è del tutto artificiosa e soggettiva.

[SandroCalligaro]

Sono d'accordo con Livio, anzi quella presentazione non mi piace per niente, ci sono varie imprecisioni e qualche errore.

Mi preoccupa il fatto che si faccia formazione così...

 

Faccio qualche esempio, per mettere in guardia:

 

Quote

Inerzia: Definizione classica ( per un moto rotatorio uniforme)

Tendenza della massa M a mantenere il proprio stato di quiete o di moto rotatorio UNIFORME.

 

Viene spesso confusa con il momento d’inerzia.

Il momento d’inerzia quantifica la resistenza alle accelerazioni

angolari.

Il concetto di inerzia per il moto rotatorio è proprio il momento d'inerzia.

Definire l'inerzia per un moto rotatorio uniforme non ha senso, senza accelerazioni come è possibile vedere l'effetto dell'inerzia?

 

Prima dicono che il rapporto di inerzia consigliato è 5 o 15 (per alta o bassa inerzia, rispettivamente). Nella slide dopo (da un datasheet) il rapporto consigliato è 30.

 

Quote

4. CONSUMO

A parità di prestazioni, un motore ad alta inerzia consuma meno di un motore a bassa inerzia

L'inerzia del rotore in sé non è legata al rendimento di conversione. Inoltre, per avere le stesse accelerazioni con inerzia maggiore si dovranno applicare coppie maggiori, quindi (a parità di altre condizioni) correnti maggiori, il che implica perdite maggiori.

Forse si riferivano al fatto che nei motori ad alta inerzia magari viene utilizzato più materiale magnetico, quindi si riesce a migliorare il progetto dal punto di vista del rendimento.

 

Quote

La coppia è il momento meccanico applicato dal motore a una trasmissione.

Danno solo un sinonimo (nemmeno così corretto), ma non spiega cosa sia la coppia. Mi sembra un concetto semplice da spiegare, con un prodotto...

 

Quote

La coppia è la “mamma” della potenza

...e la velocità? Anche qui, un prodotto spiegherebbe la cosa...

 

Quote

Se ho un corpo che ruota (moto rotatorio), la coppia necessaria per far girare il corpo è data dalla formula:

C = J a

Questo è uno dei peggiori, perché dà l'idea (anche se poi si parla di accelerazione) che per mantenere in rotazione un corpo occorra una coppia proporzionale all'inerzia!

[Livio Orsini]

Io credo proprio che anche in questo caso il problema sta tutto in una traduzione molto approssimativa. Non credo che una casa seria, sicuramente dotata di professionisti seri e competenti, come Panasonic possa scrivere strafalcioni così evidenti.

Che il documento sia buono lo si intuisce analizzandolo complessivamente, purtroppo sarà stato tradotto da qualcuno che non ha nessuna conoscenza di fisica. Proprio la tua ultima citazione rafforza questa mia sensazione; è un errore talmente grossolano che solo un traduttore senza alcuna competenza tecnica poteva commetterlo.

Purtroppo, in genere, queste cose sono affidate e supervisionate a commerciali.....