inverter e rigenerazione su barca

[robaff]

salve a tutti, sto lavorando su di una barca con motore elettrico trifase sincrono con inverter a 4 quadranti infranor xtraplus cd1a.

ho un'elica molto grande perché vorrei usare il sistema per caricare le batterie quando navigo a vela.

se a sistema spento l'elica fa girare il motore (sincrono a magneti permanenti) si può danneggiare l'inverter?

[Livio Orsini]

Se l'inverter è disalimentato potrebbe anche danneggiarsi se non è stata prevista questa eventualità.

Però la risposta non può essere univoca, perchè non conosco le caratteristiche di quell'inverter.

 

Se è un inverter progettato per questo tipo di uso specifico, dovrebbe essere stata prevista questa possibilità, quindi l'inverter deve essere dotato della circuitazione necessaria ad evitare eventuali danni.

 

La parola definitiva la può dire solo il manuale di installazione, uso e manutenzione dell'inverter e/o il servizio di assistenza tecnica della casa costruttric dell'inverter.

[robaff]

grazie della risposta, purtroppo sono stato lento nei lavori e la persona che mi ha venduto l'inverter è irrintracciabile.

ho mandato una mail ad infranor...... chissà se mi rispondono

qui http://www.infranor.com/dynasite.cfm?dsmid=83439&pid=305&ppid=54&pdsmid=83414 c'è il manuale, è il 2° dei download...

io non ho trovato nulla a riguardo...

[SandroCalligaro]

Sarà difficile avere una risposta scritta (sia dal manuale, che dal costruttore), visto che il drive è pensato per tutt'altra applicazione.

 

Dal punto di vista funzionale, l'inverter ha la possibilità di lavorare in rigenerazione (tanto più che è prevista la resistenza di frenatura).

Il controllo dovrebbe essere effettuato in modo da limitare la corrente di fase del motore (e quindi dell'inverter) e la corrente verso la batteria.

La prima condizione è facile da ottenere (entro un certo limite di velocità) usando i limiti "di coppia" dell'inverter, che vanno a limitare la corrente di asse q (in condizioni normali, per un motore a magneti permanenti superficiali, la corrente di asse d è controllata a zero).

La corrente sul bus DC e quindi (a regime) sulla batteria dipende invece sostanzialmente dalla potenza estratta dal motore divisa per la tensione di bus. Siccome il bus DC sarà pressoché costante, si dovrà in pratica lavorare a potenza costante, quindi andrà limitata la corrente di fase in funzione della tensione di fase (in modo inversamente proporzionale). Questa modalità di limitazione normalmente non è prevista nei drive in modo "nativo".

Siccome però, quasi certamente, il drive avrà la possibiltà di variare i limiti "al volo", basterebbe un piccolo PLC o simile, per eseguire il calcolo ed aggiornare il limite di corrente.

 

Ora dirò una cosa piuttosto banale, per cercare di fare chiarezza.

Il problema principale per la "salute" dell'inverter è che, anche a controllo disabilitato, i diodi di ricircolo dell'inverter possono entrare in conduzione, se la back-EMF del motore (concatenata) supera la tensione presente sul bus. L'ampiezza della tensione di back-EMF (= forza contro-elettromotrice) è proporzionale alla velocità.

Nel caso in cui entrino in conduzione i diodi di ricircolo (in pratica il generatore è collegato ad un raddrizzatore trifase, che carica il bus DC e quindi la batteria, se connessa) la corrente non è controllata, ovviamente, e a seconda dei parametri del motore (faresti bene a postarli) potrebbe raggiungere valori molto alti rispetto al rating dell'inverter e/o della batteria e/o del motore.

 

Secondo me vanno fatte delle considerazioni...

- Quali sono i rating di inverter, motore, pacco batterie?

- Quali sono i parametri completi del motore?

- Quali saranno, approssimativamente, le velocità della barca, in funzionamento con motore e a vela?

- L'inverter sarà sempre collegato alle batterie?

- E' prevista la possibilità di disconnettere il motore dall'inverter (con un contattore trifase)?

 

Normalmente, data l'asimmetria dell'elica, il rendimento in "rigenerazione" è inferiore a quello in "spinta". E' plausibile che sia così anche in questo caso?

 

[Livio Orsini]

Ottima analisi Sandro!

Io presumo si tratti di elica di manovra e non del propulsore principale, comunque potrebbe anche sviluppare una discreta potenza.

Normalmente queste eliche hanno congegni che le mettono in condizioni di non essere trascinate, per non assorbire potenza e creare un  ostacolo aggiuntivo all'avanzamento del natante.

 

C'è un'osservazione di fondo, che esula con l'argomento della discussione, ma non troppo.

Perchè usare un dispositivo non studiato appositamente per questo impiego?

Sono oramai decenni che le imbarcazioni di una certa dimensione sono dotate di dispositivi simili, ed esistono delle apposite "power units".

 

Sapendo quanto può essere delicato il compito di un simile dispositivo, mi sono astenuto di proposito dal dare indicazioni univoche.

[SandroCalligaro]

Sto un po' barando, perché sono cose sulle quali ho ragionato varie volte, ed anche per un'applicazione proprio di questo tipo.

Se si trattasse semplicemente di sganciare l'elica in certe condizioni, in un sistema di questo tipo potrebbe essere sufficiente un contattore sulle fasi del motore, visto che l'attrito del motore stesso ed il cogging penso siano trascurabili. Questo permetterebbe anche di evitare l'altro genere di problemi legati alla sovra-tensione a velocità alta.

[robaff]

buongiorno,

cercherò di darvi le risposte necessarie:

per il Sig. Orsini:

non si tratta di elica di manovra ma di elica principale, sarà sempre immersa, a passo costante (ma regolabile con una veloce immersione) e rigidamente accoppiata al motore senza riduzione.

non ho usato un sistema "studiato appositamente per questo impiego" perché ho caparbiamente (e spero non presuntuosamente) cercato una strada diversa: sono partito dalla progettazione dell'elica più efficiente e poi ho cercato il motore in funzione delle velocità e coppia richieste mentre, per ora, nella nautica da diporto l'approccio è inverso.

 

per il Sig. Calligaro:

in fase di acquisto è stato scelto un motore  che non facesse superare la tensione massima al bus dc in fase di rigenerazione

l'inverter ha una corrente massima di lavoro di 70 a e continua di 35, in rigenerazione ha un rendimento del 60%, secondo le istruzioni deve essere sconnesso dalle batterie se non alimentato a 24 V

le batterie ammettono in ricarica una corrente di max 30 a e sono 12 Deka da 12 V 100 ah

l'elica è simmetrica ed ha un rendimento stimato del 70 %, rpm max di progetto elica in spinta =400, velocità stimata 5,5 kn, regresso stimato 20%( velocità=0,8 x passo x rpm)

con questi dati, in prima approssimazione andando all'indietro: V max bus dc =175 V back EMF=0,25 V/rpm quindi gli rpm max ammessi sono 700

dato che passando dalla spinta alla rigenerazione l'elica continua a girare nello stesso verso ma il regresso è contrario, la formula inversa è (in prima approssimazione)

velocità max consentita= passo x rpm / 0,8 da cui vel max =( (700/400)/0,8x0,8 ) x velocita max in spinta = 15 kn

lo scafo è dislocante e difficilmente supererà i 10-12 kn andando a vela...

 

 

ecco i dati del motore

 

ammesso che io non abbia fatto troppi errori il quadro non mi sembra drammatico.....

a questo punto ti chiedo: devo prevedere un contattore trifase tra inverter e motore nel caso che l'elica possa girare a sistema spento?

se si che tipo di contattore?

 

grazie mille

 

ops!

abbiamo scritto contemporaneamente.....

[Livio Orsini]

Quote

non ho usato un sistema "studiato appositamente per questo impiego"....

 

Io, per mia filosofia e per esperienza lavorativa, son sempre del parere che le applicazioni che danno i migliori risultati son sempre quelle che usano apparati appositamente studiati e realizzati per quel tipo di applicazioni.

Poi ognuno è libero di farsi le proprie esperienze e le proprie considerazioni.

Non prendo posizione sulla scelta del tipo di elica e di motore perchè le mie competenze nautiche non sono all'altezza di esprimere giudizi sulle scelte.

 

Dal punto di vosta impiantistico ti consiglio vivamente di inserire un contattore trifase tra motore ed inverter.

Essendo prevista, dai dati tecnici del motore, una corrente di picco di 95A bisogna usare un contattore in grado di tenere questa corrente in condizioni di AC3. Quindi usare un contattore di taglia =>100 in AC3, tensione 400V, con bobina a 24Vcc, così da poter essere azionato anche ad inverter spento.

Prevederei anche almeno un contatto ausiliario NO per ripetere lo stato del contattore per diagnostica e/o logica di interblocco.

 

Comunque, da appassionato, ricordo di aver letto, e visto in fiera, eliche ausiliare per imbarcazioni a vela con una sorta di chiusura automatica per minimizzare l'effetto frenante durante la navigazione a vela.

[SandroCalligaro]

Quote

secondo le istruzioni deve essere sconnesso dalle batterie se non alimentato a 24 V

Il problema non è solo che l'inverter venga disconnesso dalle batterie se non è presente l'alimentazione per la logica, ma anche che il motore non vada a caricare il bus DC (condensatori interni all'inverter) in modo accidentale ed incontrollato.

Il margine che hai preso (12 kn previsti contro 15 kn max) mi sembra un po' risicato. Non so niente di navigazione (tanto meno a vela), perciò non so se ci possano essere condizioni di vento per le quali la velocità, anche accidentalmente, superi di un po' quella prevista.

Se ho capito bene, comunque, ci sarà un contattore tra il bus dell'inverter ed il pacco batterie. Se così non fosse, considera anche che nel confronto back-EMF vs. tensione bus dovresti tener conto della minima tensione di batteria (caso peggiore). Questo perché non è detto che il drive sia in grado di limitare la corrente quando la back-EMF dovesse superare la tensione di batteria (dovrebbe lavorare in deflussaggio).

 

Il contattore permetterebbe inoltre di evitare una resistenza eccessiva all'avanzamento, nel caso in cui ci fosse un guasto (corto) a qualche switch o condensatore dell'inverter, oppure a bus scarico (disconnesso dalle batterie).

 

Tieni presente il resto del discorso sulla carica delle batterie e la limitazione di corrente.

Potrebbe anche essere che la potenza assorbita/generata dal motore non sia mai tale da portare la corrente di ricarica oltre il limite delle batterie, bisogna fare il conto.

Se questo non fosse garantito, bisogna prevedere una opportuna limitazione di corrente lato motore, come accennavo.

 

[Livio Orsini]

Quote

Se ho capito bene, comunque, ci sarà un contattore tra il bus dell'inverter ed il pacco batterie.

 

Con le correnti in gioco un contattore in cc è veramente poco consigliabile.

Sarebbe necessario adottare un contattore "su barra" come si usavano per gli arresti "in suicidio" dei motori in cc.

Sono dispositivi ingombranti, pesanti, costosi e poco adatti all'ambiente in atmosfera salina che è tipico delle imbarcazioni (a meno che si preveda la sola navigazione in acque dolci).

L'uso di un contattore lato ac ppermette di usare un dispositivo più robusto e compatto.

Dal lato cc è sufficiente prevedere adeguati fusibili per protezione da corto circuiti dovuti a guasti. Ricordando di tenerne un'adeguata scorta a bordo.

[robaff]

tra il bus dc e le batterie ci sono: un relè per fotovoltaico (sovradimensionato) per la sequenza di accensione, un magnetoidraulico da 80 a (come prescritto), un sezionatore per fotovoltaico che mi divide il pacco da 144 V in 3 da 48 V, infine nel mezzo di ogni pacco da 48 V c'è un fusibile.....

 

per quanto riguarda la limitazione di corrente ci sono due considerazioni:

facendo un conto energetico con le efficienze nei due versi di funzionamento siamo nei limiti

i dati disponibili su sistemi simili già funzionanti mettono in evidenza un problema opposto: il sistema carica "poco"

proprio per questo ho voluto progettare un sistema ex novo, per massimizzare le prestazioni in ricarica..

 

ovviamente seguirò il vostro consiglio e monterò un contattore adeguato tra inverter e motore

 

grazie mille per le risposte,

vi terrò aggiornati sull'evoluzione.