Rigenerazione Aspo Svolgitore

[Andrea Fratoni]

Salve a tutti,

volevo cortesemente chiedere un parere riguardo a un dubbio che ho maturato durante lo studio di un azionamento di un quadro drive.

Ho una DC BUS che alimenta un sistema di inverter che gestiscono dei motori trifase asincroni. I due motori di taglia maggiore, 390 kW, si occupano di mettere in movimento rispettivamente l'aspo svolgitore (pay of reel) e l'aspo avvolgitore (tension reel) attraverso due inverter vettoriali. Nella fase stazionaria, quando non si richiedeno accelerazioni o decellerazioni della linea e la lamiera è in movimento su entrambi gli aspi il comportamento del sistema è il seguente:

l'inverter dell'aspo svolgitore assorbe una determinata potenza elettrica dalla dc bus e la converte in energia meccanica che movimenta la striscia. Tale energia è trasferita al "pay of reel" il quale rigenera potenza alla dc bus.

La potenza elettrica totale è data dalla differenza tra la potenza assorbita dal "tension reel" e la potenza generata dal "pay of reel".

Mi sapreste cortesemente fornire una spiegazione teorica del comportamento rigenerativo del pay of reel?

Andrea Fratoni

[Livio Orsini]

E' semplice lo svolgitore è trascinato ed il motore si oppone al trascinamento, per mantenere il materiale in tensione, comportandosi da generatore, quindi generando eenrgia elettrica.

In un azionamento con inverter e motore asincrono questo fatto comporta un innalzamento della tensione sul DC bus. Se questa energia non venisse dissipata la tensione si innalzerebbe sino al livello massimo consentito, causando poi il blocco dell'inverter per massima tensione. Per evitare questo fatto o si dissipa l'energia prodotta su resistori o la si usa per alimentare un altro motore mettendo in comune il dc bus degli inverter. Se il motore, o i motori, assorbono più energia di quanta ne produce il "geenratore" la differenza viene drenata dalla rete esterna. L'importante che almeno tutta l'energia prodotta sia assorbita da un carico, altrimenti si incorre nel blocco dell'inverter per superamento della massima tensione.

Il sistema che hai analizzato è l'unico modo serio per impiegare azionamenti in alternata su svolgitori: il recupero di energia per alimentare altri motori. Se non ci fosse il DC bus in comune si dovrebbe dissipare tutta l'energia prodotta scaldando dei grossi resistori.

[Andrea Fratoni]

Grazie mille per la risposta molto chiara ed esauriente.

Complimenti per il sito.

[Andrea Fratoni]

Salve,

chiarito il discorso precedente, mi sono reso conto che necessito di ulteriori informazioni riguardo il tema trattato.

Quello della discussione precedente era il sistema durante la fase stazionaria, senza accelerazioni e decellerazioni; se invece volessi prendere in considerazione il sistema durante la fase di accelerazione sono giuste le seguenti considerazioni:

Nel moto di rotazione, la coppia che crea l’accelerazione è:

C= I •α

dove :

I= momento di inerzia

α= accelerazione angolare = dω/dt

Per studiare la potenza necessaria per accelerare e decelerare la striscia è necessario conoscere il momento d’inerzia delle parti rotanti principali. Il momento d’inerzia del coil è dato dalla relazione:

Ic = 1 / 2 • ρ • π • h • (R1^4 - R0^4)

dove:

Ic = momento di inerzia (Kg • m² ) ; R₁= raggio esterno coil (m) ; R₀= raggio interno coil (m); h = larghezza del coil (m); ρ = densità del coil (kg/m³) (supponiamo sia costante)

Il momento d’inerzia dell’aspo senza coil, visto sugli assi veloci, è dato dalla somma dei seguenti momenti:

IM = momento di inerzia del rotore

IG = momento di inerzia del riduttore

IB = momento di inerzia del freno

IRF = momento di inerzia del aspo sull’asse veloce= IM+IG+IB

Considerando un rapporto di trasmissione “i” , possiamo calcolare il momento di inerzia del coil sull’asse lento: IRS= IRF • (i ^2)

IT= IRS + Ic

La coppia necessaria per accelerare la rotazione dell’aspo con il coil è:

CI = IT • dω/dt = IT • a/R

dove :

a= accelerazione della striscia

R= raggio del coil nell’aspo

IT = momento totale di inerzia dell’aspo, coil incluso

La coppia CR necessaria a mantenere la tensione della striscia è:

CR = F• R

F=tensione della striscia (N)

La potenza meccanica totale necessaria ad accelerare l’aspo è:

P= (CI • ω) + (CR • ω)

Vi ringrazio ancora per la disponibilità.

Modificato: 7 giugno 2012 da Andrea Fratoni

[Livio Orsini]

Concludendo: quali informazioni ti servono?

[Andrea Fratoni]

volevo sapere se questo ragionamento è giusto oppure ho trascurato qualcosa.

grazie

[Livio Orsini]

In fase di accelerazione, positiva o negativa, oltre alla normale coppia dovuta per vincere gli attriti e mantenere costante la tensione del amteriale, il motore dovrà generare un coppia supplementare per compensare il momento di inerzia totale riportato all'albero motore.

La coppia supplementare è funzione del momento d'inerzia e dell'accelerazione richiesta. Ovviamente a parità di velocità lineare in funzione del diametro l'accelerazione cambia. Si avrà così una funzione complessa perchè si ha un'influenza inversamente proporzianale al raggio per quanto riguarda l'acceelrazione e direttamente proporzionale alla quarta potenza del raggio per quanto concerne l'inerzia. Ne consegue che, in funzione del rapporto tra valore massimo e minimo del diametro, il punto di minima della funzione può essere interno o esterno all'intervallo compreso tra i due valori di diametro.

Altro argomento da considerare sono i segni che assumono le varie componenti della coppia in fase di accelerazioen positiva e negativa in relazione al tipo di aspo, avvolgitore o svolgitore, ed in relazione ai valori di coppia necessari per compensare attriti e tiro.

[Andrea Fratoni]

Grazie ancora per le informazioni.

[Andrea Fratoni]

Ho bisogno di un ulteriore chiarimento perchè ho dei dubbi.

Io sapevo che il motore asincrono funziona da generatore quando lo scorrimento è negativo ovvero la velocità del campo magnetico del rotore è maggiore di quello statorico. Non riesco a capire come mai venendo trascinato dall'avvolgitore il motore dello svolgitore provoca un innalzamento della tensione nella dc bus. Cosa succede? come mai funziona da generatore? Viene convertita la potenza meccanica in elettrica?

Ringrazio in anticipo per le risposte che mi potete dare.

[Livio Orsini]

Ti sei risposto da solo:

"...il motore asincrono funziona da generatore quando lo scorrimento è negativo ovvero la velocità del campo magnetico del rotore è maggiore di quello statorico." e poi "......venendo trascinato dall'avvolgitore il motore dello svolgitore ......"

Per essere trascinato bisogna che la sua tensione di alimentazione abbia una frequenza minore di quella equivalente alla velocità di rotazione effettiva, altrimenti non potrebbe avere coppia frenante.

Da questo puoi dedurre facilmente che lo scorrimento è negativo, tanto più negativo quanta maggiore è la coppia frenante richiesta.

[Andrea Fratoni]

ok, grazie