Motore asincrono monofase + inveter

[Livio Orsini]

In questa discussione si discuterà dell'applicazione di un inverter ad un motore monofase, del tipo a condensatore sempre inserito, pilotato da un inverter.

[roberto8303]

Prima prova... in questo caso si hanno tre resistenze di valore diverso essendo l avvolgimento di lavoro con una resistenza piu bassa di quella dell avvolgimento ausiliare.

Inoltre, la sezione del filo con cui è avvolto l avvolgimento lavoro è piu grande del avvolgimento ausiliare.

In questo caso penso che non funzionerebbe.

Cosa si potrebbe interporre tra i fili del avvolgimento ausiliare per "ingannare l inverter"??

 

[hfdax]

Ne approfitto subito per imparare qualcosa visto che sui motori monofase sono un po ignorante

L'induttanza dell'avvolgimento di lavoro è minore di quella ausiliaria?

[Sandro Calligaro]

Scusate se faccio un passo indietro, provo ad impostare la domanda in modo chiaro ed esplicito. A me serve a riordinare le idee e ad evitare confusione più avanti.

Vi chiedo di correggere o integrare, se occorre. Premetto che anch'io sono ignorante sui monofase, non avendoli mai "studiati" seriamente.

 

Problema

Vogliamo capire fino a che punto si può controllare con inverter un motore costruito per alimentazione monofase.

Immagino che ci riferiamo tutti al tipo che in qualche documento ho visto chiamare "Capacitor Start - Capacitor Run", cioè motori che hanno due avvolgimenti, diversi tra di loro, uno che possiamo chiamare "ausiliario" e l'altro "principale" o "di lavoro", come ha scritto Roberto. Nel normale funzionamento in connessione diretta alla rete "Direct On-Line" (DOL), in serie all'avvolgimento ausiliario è connesso un condensatore, ed entrambi gli avvolgimenti rimangono collegati anche nel funzionamento normale (cioè a regime).

Inoltre, abbiamo il requisito (che non sembre è presente) di avere a disposizione ai terminali di ingresso del motore i capi degli avvolgimenti (eventualmente con un collegamento in comune), cioè 4 o 3 "fili".

 

Potremmo poi radunare qui i post sull'argomento pescati da varie discussioni recenti.

Appena ho un po' di tempo raduno qui i miei.

 

 

PS: una domanda/provocazione, che sorge spontanea: perché accanirsi ad usare un motore monofase, quando si potrebbe usare il corrispondente trifase? Solo per riutilizzare qualcosa che esiste già (retrofitting)?

[hfdax]

25 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

PS: una domanda/provocazione, che sorge spontanea: perché accanirsi ad usare un motore monofase, quando si potrebbe usare il corrispondente trifase? Solo per riutilizzare qualcosa che esiste già (retrofitting)?

Credo che questa discussione abbia uno scopo più accademico che pratico. Scoprire il più possibile su funzionamento e struttura dei motori asincroni monofase

[Mirko Ceronti]

Quote

PS: una domanda/provocazione, che sorge spontanea: perché accanirsi ad usare un motore monofase, quando si potrebbe usare il corrispondente trifase? Solo per riutilizzare qualcosa che esiste già (retrofitting)? 

E rispondiamo anche a Sandro....

Quando nel 2009 realizzai questa applicazione per altro ancora perfettamente funzionante, ne fui COSTRETTO.
Volevo assolutamente poter variare i giri del mio trapano a colonna domestico, che tengo giù in garage, poichè stufo di aprire continuamente la calotta ed agire sui rigidi e scomodi rapporti fissi a gradini, dati dalla cascata di diametri delle pulegge.
Operazione scomoda, e ricorrente, poichè per i miei pannelli sinottici autocostruiti, a volte partivo con fori da 3 mm per arrivare fino (a volte) a diametri anche da 50mm con frese apposite.
Bene, dopo aver girato mari e monti, un motore trifase che si adattasse meccanicamente alla struttura già preesistente, non si trovava.
Il riavvolgitore di fiducia, mi disse che quei motori cinesi, erano bastardi, e non collimavano con gli standard nostri.
Morale, per adattargli un motore trifase di uguale potenza, c'era da scardinare mezzo mondo.
Siccome me la cavo molto più con le magagne elettriche che con quelle meccaniche, decisi di effettuare il collegamento illustrato da Roberto nel Suo post di cui sopra, e..... funzionò al primo colpo, e senza manco denunciare rumori strano od anomali.
Ovviamente tolsi prima il condensatore a corredo, un 100 microfarad, che ho ancora nel cassetto.
Ad oggi, dopo 8 anni di onorato lavoro, poso solo dire che...... lo rifarei 

(P.S. ASMO a quei tempi ero sempre io) 
 

Per cui risulta chiaro, che dovendo partire da una situazione del tutto nuova, non ha senso andare a cercar casotti per usar per forza un monofase; ma quando si scivola nel caso di cosidetta forza maggiore, allora il fatto ha le sue motivazioni.

[Livio Orsini]

3 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

 

PS: una domanda/provocazione, che sorge spontanea: perché accanirsi ad usare un motore monofase, quando si potrebbe usare il corrispondente trifase? Solo per riutilizzare qualcosa che esiste già (retrofitting)?

 

Non è un accanimento ma una necssità

Non sempre si ha a disposizione una rete trifase.

 

Prendiamo un caso pratico e commercialmente rilevante: le pompe.

Ci sono moltissime pompe comandate da un motore di questo tipo, che qualche manuale definisce anche "bifase". Si tratta in geenre di motori frazionari.

Volendo variare la velocità della pompa la soluzione più semplice era presetare 3 velocità: lenta, media e alta. Per variare la velocità si agise sulla tensione in modo da deflussare ed avere un equilibrio tra coppia ressitente e coppia motrice ad una velocità inferiore alla nominale; minore la tensione di alimentazione minore la velocità a cui le coppie saranno in equilibrio.

 

Poi da pochi anni a questa parte, alcune aziende tra cui un'intaliana di Firenze, presenta pompe mosse da motori "bifasi"erter sino a 2kW, controllati da inverter progettati e costruiti specificamente per queste applicazioni, tanto che forniscono spesso un unico apparato costituito da inverter, motore e pompa.

[hfdax]

3 ore fa, Mirko Ceronti scrisse:

.... funzionò al primo colpo, e senza manco denunciare rumori strano od anomali.

 

3 ore fa, Livio Orsini scrisse:

...Prendiamo un caso pratico e commercialmente rilevante: le pompe....

 

Ritiro quanto ho detto.

Sempre più pratico, sempre meno accademico!

Mi piace!

[Sandro Calligaro]

10 ore fa, hfdax scrisse:

Sempre più pratico, sempre meno accademico!

A me la distinzione tra pratico e accademico non piace molto...

Sarà perché nell'"accademia" ci lavoro da qualche anno, ed ho sempre cercato di fare cose che avessero un senso dal punto di vista pratico.

Magari la cosa non è sempre immediata, ma altrimenti chi dovrebbe pensare alle cose di domani?

 

Per questo da subito mi sono posto il problema dell'utilità della discussione.

 

Riguardo all'utilità dell'adattamento di un "monofase" all'uso con inverter, la vedo nella modifica di cose che ci sono già, molto meno nei prodotti nuovi.

Probabilmente chi realizza prodotti nuovi con motori di quel tipo ed inverter appositi lo fa perché trova a prezzi molto bassi i motori "monofase", o ne ha uno stock molto grande, oppure trova l'assieme pompa+motore ad un prezzo molto buono.

Non va trascurato, però, il vantaggio di poter utilizzare lo stesso motore sia con inverter (dove si vuole variare la velocità) che senza (con condensatore) dove la variazione non è richiesta.

 

 

Tornando alle cose "serie"...

Fermo restando che Mirko ha un motore che funziona semplicemente alimentato "in trifase". La mia idea è che si possa ottenere di più, realizzando un "controllo" ad hoc. Per ragionarci, però, servono delle informazioni che non trovo, mentre la maggior parte dei documenti che ho trovato sono molto approssimativi.

Qualcuno di voi ha della documentazione su questi motori, magari anche dei datasheet "tipici" con le caratteristiche dei due avvolgimenti?

 

Questa Application Note di Microchip è abbastanza utile:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001660B.pdf

 

Una cosa importante da capire (per me) è se tipicamente i due avvolgimenti sono uguali.

Ho letto in giro entrambe le cose (sono uguali/non lo sono), forse perché capitano entrambi i casi?

 

PS: credo che la dicitura inglese per i motori che ci interessano sia "Permanent Split-Capacitor" (PSC). Confermate?

[Livio Orsini]

13 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

Non va trascurato, però, il vantaggio di poter utilizzare lo stesso motore sia con inverter (dove si vuole variare la velocità) che senza (con condensatore) dove la variazione non è richiesta.

 

Anzi usi il medesimo dispositivo: la motopompa che, in questi casi, è un corpo unico e non due oggetti distinti.

14 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

Una cosa importante da capire (per me) è se tipicamente i due avvolgimenti sono uguali.

 

No tipicamente sono diseguali, anche perchè nel caso in esame l'avvolgimento ausiliario è costruito per lavorare con in serie una capacità.

16 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

PS: credo che la dicitura inglese per i motori che ci interessano sia "Permanent Split-Capacitor" (PSC). Confermate?

 

Si.

[Sandro Calligaro]

44 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

No tipicamente sono diseguali, anche perchè nel caso in esame l'avvolgimento ausiliario è costruito per lavorare con in serie una capacità.

OK, grazie.

La domanda diventa quindi: "di quanto" sono diversi?

 

Qui credo che occorra qualche misura (o ci sono dei datasheet dettagliati?), andando a discriminare la corrente e la tensione sui due avvolgimenti, in funzionamento normale (cioè monofase, con condensatore consigliato).

L'ideale sarebbe poter fare delle prove sia a vuoto che a carico.

 

Le misure in funzionamento normale sarebbero utili anche per evitare di surriscaldare uno dei due avvolgimenti, facendo circolare una corrente superiore a quella prevista in funzionamento nominale (trascurando, per ora, il fatto che se si varia la frequenza abbassandola, la ventilazione sarà un problema).

[Livio Orsini]

1 ora fa, Sandro Calligaro scrisse:

Qui credo che occorra qualche misura

 

Qui potrebbe intervenire efficacemente Roberto, visto che i motori li avvolge e riavvolge.

[roberto8303]

 

Quote

La domanda diventa quindi: "di quanto" sono diversi?

Sono diversi nel rapporto tra tensione di lavoro 240volt a quella di circa 330-350v ai capi dell avvolgimento ausialire motivo per cui anche i condensatori utilizzati sono per tensioni >400v.

Comunque le cose variano da motore a motore, ad esempio, se si vuole conoscere quante spire e di che sezione sono dei due avvolgimenti, si deve tenere fermo il rapporto delle tensioni quella di lavoro a 240v e quella dell ausiliare a circa 340volt. Almeno per la maggior parte dei motori monofase che mi sono capitati è cosi.

Faccio un esempio per spiegare meglio, se un avvolgimento ha in totale per l avvolgimento di lavoro 500 spire di sezione 0,5mmq2 quello ausiliare sarà calcolato per lavorare ad una tensione superiore a circa 340v .

Quindi in relazione si avranno 340/240v =1,4 spire in piu, cioe  500*1,41circa 700 spire per l avvolgimento ausiliare con una sezione ovviamente piu piccola di 1,41 rispetto ai fili dell avvolgimento di lavoro.Avendo piu spire si avra una resistenza maggiore rispetto all avvolgimento di lavoro.

Ho cercato di spiegare molto banalmente perchè le resistenze degli avvolgimenti sono diverse.

[hfdax]

Dirò una scempiaggine ma del resto ho già premesso di essere un inesperto interessato all'argomento.

Mi viene in mente dii fare così:

dove L1 è l'avvolgimento di lavoro, L2 è l'avvolgimento ausiliario, L3, L4, R1 ed R2 vanno scelte in modo che l'inverter veda una carico trifase simmetrico ed equilibrato.

Ovviamente questa situazione implica che sia possibile scollegare il condensatore, quindi non del tipo a condensatore sempre inserito. Pertanto è leggermente off topic ma vorrei sapere se una soluzione del genere può funzionare.

 

[Mirko Ceronti]

Mah, per quello che è la mia esperienza, all'inverter non gli frega proprio nulla dello squilibrio.
E' anche vero però, che io ho usato un maciste con corrente d'uscita da 8 Ampere per pilotare un motore da 4,2 nominali dichiarati a targa.
Per cui di un valore della metà.

Saluti

Mirko

[Mirko Ceronti]

Quote

Ovviamente questa situazione implica che sia possibile scollegare il condensatore, quindi non del tipo a condensatore sempre inserito

Il condensatore del mio motore era del tipo "sempre inserito", ho dovuto toglierlo apposta sia per non farlo esplodere, sia per sottrarre a lui il compito di sfasare di 90° la corrente di avviamento, relegando il tutto ai 120° che invece produce l'inverter. 

[Livio Orsini]

3 ore fa, roberto8303 scrisse:

quella dell ausiliare a circa 340volt.

 

Ma tu hai misurato solo il modulo della tensione ai capi dell'avvolgimento.

Se misuri anche il modulo della tensione ai capi del condensatore troverai valori attorno a 350V.

Il circuito equivalente è un R-L-C in serie tra loro, trascurando i parassiti che andrebbero in parallelo e che hannp scarsa influenza (almeno questa è quanto ipotizzo in base alla mia esperienza).

 

15 minuti fa, Mirko Ceronti scrisse:

relegando il tutto ai 120° che invece produce l'inverter. 

 

Un inverter specialistico potrebbe fornire la tensione bifase a 90°

[Sandro Calligaro]

il 31/12/2017 at 16:43 , Livio Orsini scrisse:

Un inverter specialistico potrebbe fornire la tensione bifase a 90°

L'ideale (dal punto di vista della massimizzazione della coppia e della sua "regolarità", cioè minimizzazione delle oscillazioni) sarebbe creare un campo rotante di ampiezza uniforme, cioè bilanciato.

 

Su due fasi uguali ed ortogonali questo significherebbe generare un flusso concatenato sinusoidale su una fase e cosinusoidale sull'altra, di ampiezza uguale.

A sua volta questa condizione si otterrebbe con due tensioni ancora seno-coseno.

 

Siccome, però, le due fasi nel nostro caso non sono uguali, occorrerebbe che il flusso concatenato avesse ampiezze diverse sulle due fasi, e così anche la tensione.

Anche se lo si volesse controllare in corrente, le due correnti dovrebbero essere diverse.

 

La cosa che mi "preoccupa" è che la tensione sull'avvolgimento ausiliario, nel funzionamento normale, sia così alta (attorno a 340 Vrms, dice Roberto).

È chiaro che una tensione del genere non si può ottenere tramite un inverter alimentato da rete monofase 230 V, che invece mi sembra il caso più interessante.

 

Probabilmente si può accettare uno sfruttamento non ottimale del motore, pur di renderlo controllabile, ma a quanto pare partiamo già con un possibile handicap.

 

Riguardo al fatto che il motore monofase, senza condensatore, funzioni comunque anche alimentato da un inverter per motore trifase, è l'ennesima conferma di un "assioma" del controllo motore: l'asincrono gira sempre.

Detto in altre parole, farlo girare in modo accettabile è relativamente facile, controllarlo bene è molto difficile.

[Livio Orsini]

Quote

sia così alta (attorno a 340 Vrms, dice Roberto).

 

il 31/12/2017 at 16:43 , Livio Orsini scrisse:

Ma tu hai misurato solo il modulo della tensione ai capi dell'avvolgimento.

Se misuri anche il modulo della tensione ai capi del condensatore troverai valori attorno a 350V.

 

ma comunque la tensione ai capi del circuito R-L-C sarà sempre comunque 230 V nominali. Se riduciamo ad un R-L probabilmente anche i 230V sono sufficienti a creare un campo decente.

[Mirko Ceronti]

il 31/12/2017 at 16:43 , Livio Orsini scrisse:

Un inverter specialistico potrebbe fornire la tensione bifase a 90°

Precisamente, ed è per questo che se avesse gli avvolgimenti scorporati, mi piacerebbe tanto fare una prova con un azionamento step motor.
Poi ovviamente non potrà essere, anche perchè io al massimo questi driver li ho visti con tensione di 140 volt sul bus dc, mentre il motore è a 220 Volt.
E' anche però vero, che a basse velocità, per il discorso Volt su Hertz, si entrerebbe in un campo dove magari il funzionamento diventa ottimale.
Inutile struggersi nelle ipotesi e nella ridondanza dei ragionamenti, se si potesse provare sarebbe la cosa migliore, ma servirebbe un motore appunto col comune separato ed i 2 avvolgimenti completamente liberi.

Saluti
Mirko

[Sandro Calligaro]

La cosa più semplice da fare, per me, sarebbe avere un motore con avvolgimenti accessibili (anche con un terminale in comune), da collegare ad un inverter trifase.

Anche con un inverter trifase, infatti, si può pilotare un'uscita bifase, come qui sotto:

 

La seconda figura è il corrispondente dell'esagono di tensione che si avrebbe nel caso di uscita trifase applicata ad avvolgimenti trifase.

Un "1" corrisponde all'uscita alta su una fase (cioè switch alto ON, basso OFF), e i tre bit sono in ordine per le tre uscite (gambe) dell'inverter U,V,W.

Il diagramma vettoriale mostra la tensione alpha-beta (cioè le due tensioni di fase "A" e "B", nel nostro sistema bifase a 90°).

Guardando il diagramma (in particolare il cerchio tratteggiato più ampio) si intuisce che, nel caso bifase, l'ampiezza massima del vettore rotante di tensione che si riesce a generare in uscita è di Vdc/sqrt(2) (cioè il cerchio inscritto più grande possibile).

Nel mio caso l'alimentazione dell'inverter è trifase a 400 Vrms, quindi potrei generare poco meno di 400 Vpk (cioè 283 Vrms) su ciascuna fase, in modo indipendente.

 

In realtà, se si volesse generare un'ellisse (cioè tensione su una fase più ampia che sull'altra, come ci aspettiamo che debba essere per il nostro asincrono "monofase"), sarebbe possibile andare oltre (lo spazio "di manovra" è delimitato da quella specie di "aquilone" che unisce i punti 100,..101), ma quanto si può andare oltre dipende dalla fase relativa tra le tensioni che si vogliono generare sui due avvolgimenti.

 

Sarebbe abbastanza facile da fare (trovando il tempo), perché ho a disposizione un inverter su cui posso modificare l'algoritmo di controllo.

Purtroppo a me manca il motore, o meglio ne ho qualcuno molto vecchio. Forse per qualche prova estemporanea potrebbe anche andare bene, ma mi piacerebbe provare senza il dubbio che il motore non sia perfettamente funzionante.

Se volessimo fare delle prove a banco (senza fretta, ma si può fare), l'ideale sarebbe un motore da 1 o 2 kW (l'inverter è da 5,5 kW, il banco freno che potrei usare è da 7 Nm), flangiato.

[Mirko Ceronti]

49 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

La cosa più semplice da fare, per me, sarebbe avere un motore con avvolgimenti accessibili (anche con un terminale in comune), da collegare ad un inverter trifase.

Anche con un inverter trifase, infatti, si può pilotare un'uscita bifase, come qui sotto:

Esattamente il mio caso del trapano giù in garage 

 

[Sandro Calligaro]

Sì, con la differenza che potremmo cercare di generare le tensioni ottimali.

[Sandro Calligaro]

Dovrei leggermelo bene, ma da una prima occhiata credo che in questo articolo abbiano proposto praticamente quello che vorremmo provare noi (a parte il pieno sfruttamento dell'inverter, che qui mi pare si fermi al 50% di Vdc, mentre potremmo arrivare a 1/sqrt(2) = 71% circa).

 

Mi sembra di capire che confermino il fatto che la tensione applicabile all'avvolgimento ausiliario è più alta di Vdc/sqrt(2), visto che la traiettoria di tensione non è su una circonferenza, ma piuttosto su un'ellisse ruotata verso i 45°.

[Sandro Calligaro]

PS: riguardo alla necessità di eliminare il condensatore per poter variare la velocità, non sono certo che sia necessario.

Il condensatore in sè non dovrebbe soffrire più di tanto a causa delle armoniche di tensione: la corrente ad alta frequenza rimane piccola grazie all'induttanza in serie.

 

Certo, il condensatore in serie complicherebbe le cose, anche dal punto di vista dell'analisi e del calcolo dello sfasamento da applicare alle due tensioni per avere il risultato desiderato.

 

Lasciando il condensatoe, però, credo che il problema principale sia a velocità bassa, dove occorrerebbe una tensione alta sul condensatore (per avere una corrente vicina alla nominale).