Motori Dc Con Spdm Ansaldo - Velocità di rotazione instabile

[maxntt]

Buongiorno a tutti,

abbiamo una quarantina di motori DC di vari costruttori con taglia da 350 a 450 KW comandati da altrettanti azionamenti Ansaldo SPDM con eccitatrice separata regolati in velocità con feedback encoder

Su una dozzina di essi la velocità di rotazione (sia a vuoto che a carico) è ballerina in un intorno di +/- 20 giri/min dal set (capita sia in zona di deflussaggio che di pieno campo).

Su consiglio di Ansaldo (che ritiene corretto su questi motori un errore di +/- 3 rpm) abbiamo sostituito encoder, giunto encoder, cavo encoder e percorso cavo, abbiamo provato a cambiare i guadagni dell'anello di velocità TC1 e TC2 un pò su tutta la scala, abbiamo rifatto il selftuning di corrente, di velocità (e di fem) ma senza ottenere alcun beneficio...provato a sganciare riduttore e carico con risultati nulli.

Ovviamente abbiamo già verificato se c'è qualche correlazione tra modelli, taglie motori, taglie convertitori....ma nulla di tutto ciò.

Salvo rifare prove elettriche di base (tipo verifica trasduttori di tensione di armatura, stabilità del riferimento di corrente di campo....) non mi viene in mente più nulla.

A qualcuno di voi è capitato? Tenete presente che mi pare difficile che vi sia un guasto sistematico su 12 macchine...sono più propenso a pensare a qualcosa dell'azionamento (o parametrizzazione di esso) in quanto negli anni passati con vecchi convertitori analogici "puri" questo problema non c'era...vero è che erano più lenti e filtrati però speravo in un miglioramento!!!

Grazie a tutti per eventuali consigli!!!

[Livio Orsini]

Manca un dato importante: il tipo di carico visto dal motore e la rapidità di queste oscillazioni.

Oscillazioni di +/- 20 rpm possono essere considerate un errore enorme oppure accettabile in funzione delle condizioni di lavoro.

I motori in oggetto non sono piccoli, si presuppone che l'inerzia totale vista all'asse motore non sia trascurabile, anzi. Se il carico prevede variazioni di coppia imporvvise può causare questa leggera instabilità.

Si potrebe provare ad "addormentare" molto l'anello di velocità per verificare se ne consegue uin miglioramento della stabilità.

Io, per prima cosa, rifarei l'ottimizzazione degli anelli di corrente (armatura e campo) "a mano", con molta pazienza cercando di ottimizzare al massimo la risposta, poi medesima operazioen per quelli di velocità (pieno campo e deflusso).

Circa una ventina di anni fa mi capitò un problema simile con un grosso tamburo essiccatore per carta; la causa era la condensa che poteva formarsi all'interno del tamburo (riscaldato a vapore); l'acqua unita alla vassa velocità di rotazione contribuiva ad avere notevoli variazioni di coppia istantanee. Ci si dovette accontentare, dopo aver tirato al limite gli anelli, di avere il distrubo minimizzato.

Modificato: 23 marzo 2011 da Livio Orsini

[maxntt]

Come dicevo, il problema capita sia a carico che a vuoto...trattasi di gabbie di laminazione, quando il carico è applicato la corrente arriva al 50-75% della nominale ma il problema è identico...quando la gabbia è sotto carico in funzione della variazione di velocità si notano variazioni di corrente di 250-300A (oppure viceversa è la corrente che "sballa" la velocità!?); la frequenza di queste variazioni è veloce anche se non stabile (potrei ipotizzare intorno a 3-4 volte al secondo...visto dal trend grafico dello scada è assolutamente NON periodico). Già tentato di "addormentare" gli anelli (di corrente e di velocità) con pessimi risultati: la gabbia rispondeva troppo lentamente alle variazioni di velocità desiderate con semi-disastri per la produzione (vero è che in quel caso l'oscillazione diminuiva).

La cosa strana è che la maggior parte delle macchine non hanno questi problemi...ripeto, però, la variazione avviene anche a vuoto con il motore accoppiato a riduttore + cilindri di lavoro e nulla di più...(corrente a vuoto circa 4-5% della nominale)

I 20 giri di escursione nell'intorno del set NON sono più trascurabili per gli standards qualitativi attuali...significa non poter fare un controllo e una regolazione del tiro tra una macchina e l'altra dovuto ad escursioni troppo elevate della corrente di lavoro..se poi secondo Ansaldo dovrebbe essere normale un'escusione intorno a 3 giri (come i nostri motori che lavorano bene) capite che mi diventa difficile giustificare il malfunzionamento..

Grazie per le risposte.

[Livio Orsini]

..trattasi di gabbie di laminazione..

A riprova che se non si danno tutti i dati le risposte rischiano di essere solo una perdita di tempo.

Avessi scritto subito che si trattava di un laminatoio mi sarei risparmiato l'80% della mia risposta precedente e ti avrei detto subito che quell'oscillazione è improponibile!

Di tutta la mia precendente risposta è valido solo il consiglio di procedere ad un'accurata ritaratura manuale degli azionamenti.

Se anche questo non dovesse portare a risultati concreti, rimane solo la verifica della pulizia dei segnali di retroazione (ma questa verifica dovrebbe essere la prima da farsi!) e la verifica della bontà dei motori e/o dei convertitori.

Di gabbie di laminazione ne ho viste con differenti azionamenti Ansaldo, Marelli, ABB e altri. Mai visto oscillazioni simili, almeno su alminatori funzionanti in modo corretto.

[maxntt]

Abbiamo fatto tutte le prove possibili tra cui collegare un motore funzionante al convertitore "ballerino" (risultato: stabile) e un motore "ballerino" ad un convertitore associato ad un motore funzionante (risultato: instabile).

Siamo giunti alla conclusione che il motore avesse problemi...quindi abbiamo sostituito tale motore con uno uguale di magazzino (ABB LAB450) ma purtroppo l'instabilità continua ad esserci...

L'instabilità della velocità non dipende dalla retroazione in quanto (a parte la sostituzione di tutta la catena di misura dell'encoder) risulta essere presente sia reazionando il motore in tensione che pilotandolo in angolo...

O siamo molto sfortunati ad avere (almeno) 2 motori con gli stessi problemi oppure sfugge qualcosa...

Abbiamo sentito anche Ansaldo più la ditta che ha revisionato il motore di magazzino...anche loro in questo momento sono a corto di idee...

[Livio Orsini]

Abbiamo fatto tutte le prove possibili tra cui collegare un motore funzionante al convertitore "ballerino" (risultato: stabile) e un motore "ballerino" ad un convertitore associato ad un motore funzionante (risultato: instabile).

Da questo risulta chiaramente il tipo di difetto: o il motore è difettoso oppure il convertitore non è stato ottimizzato a dovere.

Io propenderei per la seconda ipotesi.

Come avete eseguito l'ottimizzazione degli anelli del convertitore? Vi siete affidati all'autotuning?

[maxntt]

Sì, abbiamo eseguito l'autotuning...il fatto è che non è possibile eseguire le tarature a carico per una gabbia di laminazione per cui in ogni caso bisogna arrivare ad un compromesso. L'autotuning ha generato una serie di valori dei guadagni per gli anelli di corrente e velocità oltre all'importante valore di RxI (tralasciamo la caratteristica di magnetizzazione visto che il difetto lo fa anche al di sotto della velocità di base); anche Ansaldo ha ammesso che a vuoto, un motore di quella taglia non deve avere alcun problema a girare ai valori di setpoint (con scarto di 2-3 giri) con o senza le varie ottimizzazioni ottenute in "manuale" con la risposta degli anelli ai gradini. La cosa più strana è che anche facendo ruotare il motore comandato in angolo (ossia praticamente pilotando direttamente i thyristor) senza retroazione sugli anelli di corrente e velocità il motore sia ugualmente "ballerino"...preciso che con l'oscilloscopio si nota la presenza di tutte le semionde e che (ahimè a vuoto) hanno tutte la stessa ampiezza.

[Livio Orsini]

La cosa più strana è che anche facendo ruotare il motore comandato in angolo (ossia praticamente pilotando direttamente i thyristor) senza retroazione sugli anelli di corrente e velocità il motore sia ugualmente "ballerino"...preciso che con l'oscilloscopio si nota la presenza di tutte le semionde e che (ahimè a vuoto) hanno tutte la stessa ampiezza.

Qui c'è qualche cosa che mi sfugge: cosa intendi per " motore comandato in angolo"?

Son trascorsi 25 anni da quando lavoravo in Ansaldo, ma non credo che gli azionamenti in cc sian mutati se non nella componentistica.

GLi azionamenti (convertitore + motore + trasduttori) di regola si comandano o in coppia o in velocità. Per i comandi in velocità si può scegliere tra reazione di armatura e reazione da tachimetrica (encoder tachimetrico)

Ovvimente, se si desidera avere una velocità stabile e precisa, l'azionamento deve essere configurato esclusivamente in reazione di velocità.

Per un azionamento cc che lavora in regime misto, flusso saturo e deflussato, la corretta procedura di ottimizzazione prevede questa sequenza:

1 - Ottimizzazione dell'anello di corrente dell'armatura

2 - Ottimizzazione dell'anello di velocità dell'armatura

3 - Ottimizzazione dell'anello di corrente dell'eccitatrice

4 - ottimizzazione dell'anello di velocità dell'eccitatrice.

Quando le prestazioni richieste sono abbastanza "tirate" non ci si accontenta dell'autotunig ma si perfeziona il tutto manualmente con pazienza certosina.

Hai eseguito una procedura come quella che ho descritto?

Per quanto riguarda la gabbia di laminazione l'unica differenza tra vuoto e carico è la "presa di carico" quando imbocca il materiale.

L'effetto è più o meno violento, dipende dal tipo di gabbia e dal tipo di laminatoio, ma sempre lo stesso: tendenza a perdere velocità per l'improvvisa richiesta di coppia. Una gabbia ben ottimizzata avrà solo una minima riduzione di velocità per un tempo brevissimo. Una gabbia sovracompensata tenderà ad una spovravelocità, mentre se è sottocompensata il transitorio è maggiore e più lungo.

Ma la compensazione per la presa di carico istantanea è indipendente dalla stabilità della velocità.

Modificato: 26 marzo 2011 da Livio Orsini

[maxntt]

Una delle possibilità che hanno i convertitori SPDM Ansaldo è la possibilità di dare un riferimento in "angolo" che significa accendere direttamente i thyristor per generare una corrente (in loop aperto, senza nessun feedback) la cui ampiezza è inversamente proporzionale all' "angolo" di accensione...in parole brevi si vanno a comandare direttamente gli impulsi (opportunamente parzializzati in funzione dell'angolo) per aprire il ponte in un verso o nell'altro. E' una funzione che viene sempre utilizzata all'inizio della messa in servizio di un motore cc per verificare che il verso di rotazione positivo (corrente +) corrisponda a quello desiderato sulla macchina (cosicchè quando si darà un riferimento positivo o negativo la macchina vada rispettivamente "avanti" e "indietro") e che, importantissimo, la retroazione di velocità abbia segno concorde a quello di rotazione per evitare la possibile "fuga" del motore.

Ovviamente viene usato solo in fase di messa in servizio o diagnostica, dopodichè la macchina lavorerà in reazione di velocità (il nostro caso), in reazione di coppia o in velocità con controllo dei limiti di coppia...

La procedura di taratura è stata eseguita in maniera "canonica" più o meno nella sequenza spiegata da Livio Orsini (la taratura dell'eccitatrice è generalmente il primo passo, la taratura del suo anello per il deflussaggio l'ultimo)

In ogni caso comandando il motore in "angolo" cioè fornendo una corrente costante all'armatura del motore (a pieno flusso e con motore disaccoppiato dalla meccanica) normalmente i motori girano a velocità costante (è un pò come collegarli ad una batteria)....tranne i nostri 2 motori!!

A questo punto mi viene anche qualche dubbio sul collegamento interno dei motori (poli ausiliari, poli compensatori, eventuali avvolgimenti per eccitazione in serie....) ma purtroppo non abbiamo a disposizione gli schemi del motore...

[Livio Orsini]

....è la possibilità di dare un riferimento in "angolo" ....e che, importantissimo, la retroazione di velocità abbia segno concorde a quello di rotazione per evitare la possibile "fuga" del motore.

Continuo a credere che nella tua descrizione manchi qualche cosa.

La verifica del senso di rotazione, ad anello aperto di velocità, si è sempre eseguita mettendo il convertitore in configurazione "reazione di armatura" con o senza compensazione di R*I, tanto serve solo a verificare la concordanza con il trasduttore di velocità (ma non solo).

Se dai un puro e semplice riferimento di angolo di accensione, senza alcuna retroazione come fosse un alimentatore variabile ad anello aperto, la reazione di velocità non ha alcuna influenza perchè non viene presa in considerazione. Se avesse una qualunque influenza sarebbe in reazione di velocità.

Nel caso il motore fosse in codizioni di lavoro come sopra descritto, cioè in pura modalità "tensione impressa" senza alcun tipo di reazione, la sua velocitàdipenderebbe dalla tensione applicata. Tensione che difficilmente potrebbe essere costante vista l'assenza di qualsiasi reazione.

Se invece la dizione "riferimento in angolo" prevedesse la reazione di tensione di armatura sarebbe un classico modo di funzionamento "povero". In questo caso la velocità a vuoto dovrebbe essere abbastanza costante.

Se invece la dizione "riferimento in angolo" prevedesse la reazione di corrente di armatura sarebbe un modo differente per dire "pilotaggio in corrente" o, se preferisci, "a corrente impressa".

Questo modo di lavorare, senza alcun carico applicato al motore, è molto pericoloso. Basta che il valore di corrente superi, anche di poco, il minimo necessario per far muovere il motore che questo vada in fuga. Non credo che "riferimento in angolo" sia questa modalità di funzionamento.

In ogni modo un azionamento che, in assenza di carico, ha un pendolamento di +/- 20 rpm è più probabile che abbia problemi sul convertitore o sul traduttore di velocità, piuttosto che sul motore, specialmente se gli azionamenti con questo difetto sono più d'uno.

Hai provato a scambiare solo gli encoders?

Quando lavori in modalità "riferimento in angolo" hai provato a confrontare l'indicazione di velocità data dal convertitore con quella di un tachimetro esterno che usi un differente trasduttore?

Un ultima domanda: il pendolamento di velocità è presente su tutta la gamma di velocità o solo, ad esempio, a bassa velocità? Oppure tende a diminuire al variare della velocità ?

[maxntt]

Probabilmente ho errato dicendo che si dà direttamente "corrente" al motore...immagino che gli si dia "tensione" però sono sicuro che quel modo di funzionamento non è retroazionato...è il modo standard che si usa per verificare il verso di rotazione del motore e la concordanza del segno della retroazione di velocità...è ad un livello più "basso" piuttosto che mettere il convertitore in reazione di armatura (cosa peraltro possibile e comunque provata per fugare alcuni dubbi).

So che è difficile ottenere una stabilità lavorando "in angolo" (perdonate il termine ma sulle impostazioni di SETUP REFERENCE del convertitore ha questo nome) la mia è stata una prova di confronto con altre gabbie che risultano stabili le quali, pilotate in angolo, non hanno la stessa escursione di pendolamento di quelle instabili.

Escludo totalmente la retroazione di velocità in quanto abbiamo sostituito encoder, giunto, e cavo...ho fatto tutte le prove del caso sostituendo uno funzionante con il presunto guasto senza risultati..

Tendo ad escludere anche il convertitore in quanto con cavi volanti l'ho collegato ad un motore "stabile"; la stabilità veniva mantenuta. Il motore instabile collegato su un convertitore presunto buono invece continua ad avere problemi. Da questo sembra che il problema sia il motore...ma con uno revisionato di magazzino il problema persiste!

Il pendolamento c'è su tutta la gamma di velocità ma è amplificato man mano che il motore ruota più veloce...i +/- 20 giri di cui parlo sono visibili poco al di sotto della velocità base.

[Livio Orsini]

..lavorando "in angolo" ...

Han trovato un altro modo per dire "tensione impressa".

Comunque io mi stupisco, piuttosto, dell'elevata stabilità di alcuni motori in queste condizioni.

Hai provato a misurare al tensione di armatura in entrambi i casi?

Il pendolamento c'è su tutta la gamma di velocità ma è amplificato man mano che il motore ruota più veloce...i +/- 20 giri di cui parlo sono visibili poco al di sotto della velocità base.

Se ho capito esattamente sembrerebbe che ci sia corrispendenza diretta tra velocità angolare ed ampiezza del pendolamento.

Se è così, si escluderebbe un eventuale dipendenza da sbilanciamento del rotore. In questo caso si avrebbe il massimo del pendolamento a bassa velocità, poi innalzandosi la velocità l'effetto volano elimina praticamente l'instabilità.

Potrebbe esserci, ma è un'ipotesi molto azzardata, un'induttanza di armatura parecchio inferiore nei motori che oscillano.

Se non puoi misurarla puoi provare a mettere in serie un'induttanza esterna e verificare la diminuzione o la scomparsa del pendolamento.

Altra verifica comparativa. Osservare all'oscilloscopio la forma d'onda della tensione di armatura, lavorando a tensione impressa, sui due azioanmenti: quello "buono" e quello che pendola. Ci devono essere per forza delle differenze di ripple.

Da ultimo.

Un eventuale problema meccanico del motore, escludendo uno squilibrio del rotore per al ragione espsota in precedenza.

Ma in questo caso si dovrebbe avvertire una rumorosità notevole e caratteristica.

[maxntt]

Non so come fare ad inserire un'induttanza in serie, il motore è da 450KW e non ho nulla per poterlo fare...oggi abbiamo verificato il pendolamento su un terzo motore UGUALE ai 2 trattati finora..boh? Così si escludono anche i cavi di collegamento...

Qualcuno ha dei dati riguardo i LAB450 di ABB?

[Livio Orsini]

Non so come fare ad inserire un'induttanza in serie, il motore è da 450KW ..

Per fare una prova a vuoto è sufficiente che l'induttanza ammetta una corrente un poco maggiore della corrente a vuote del motore.