Inverter e frenatura caso particolare

[Anikare]

Salve ragazzi, 

in Azienda ho una gru che solleva blocchi di marmo. 

Il sollevamento è l'abbassamento del carico è affidato ad un M. A. T. con freno elettromagnetico incorporato. Il motore è collegato ad un inverter con resistenza di frenatura esterna bella massiccia. L'albero del motore elettrico tramite un riduttore di giri  è collegato alle funi tramite puleggia, meccanismo simile ad un ascensore per intenderci. 

Sia quando solleva che quando abbassa il carico il motore della gru  prima accelera poi decelera ed infine si blocca con il freno. Ora in fase di salita la variazione di velocità la gestisce l'inverter ma è in discesa che non mi tornano i conti. Se io sblocco il freno basterebbe il solo peso del carico per far scendere la gru, il riduttore di giri limita la velocità e lo stesso fa anche la resistenza di frenatura quando il motore agisce come generatore , ma chi regola la velocità l'accelerazione e la decelerazione? Come si comporta un inverter in simili circostanze visto che il motore non necessita di corrente per tirare giù il carico ma solo di un po di potenza Reattiva in modo che il MAT funziona da generatore e dissipa energia sulla resistenza ?

[Livio Orsini]

Dipende dal tipo di inverter e dal tipo di reazione.

Se è un inverter a controllo scalare, detto anche V/f, la velocità è controllata in modo approssimativo, specialmente in discesa.

Se l'inverter è, correttamente, con controllo vettoriale ad anello chiuso con trasduttore di velocità, allora se motore, inverter e gruppo di frenatura sono dimensionati in modo corretto, la velocità è perfettamente cotrollata e corrisponde al valore di riferimento.

[Anikare]

Si è un inverter vettoriale, ho notato sul pannellino operatore del VFD che frequenza ed assorbimento  sono uguali sia in fase di salita che discesa, il valore di frequenza in discesa ha il segno meno, ma non capisco perché  l'inverter debba fornire corrente e frequenza per muovere un motore che girerebbe da solo con il  carico che scenderebbe non appena si sblocca il freno. E come se io sono in salita con una macchina e per andare all'indietro qualche metro metto la retromarcia e do gas quando in realtà mi basterebbe levare il freno a mano ed agire col freno a pedale. È possibile che l'inverter invia corrente continua all'avvolgimento statorico in modo da creare un campo magnetico costante e quando il rotore a gabbia gira le correnti che si creano producono una coppia frenante? 

[Livio Orsini]

In discesa il motore DEVE erogare coppia per evitare che il peso cada. 

 

Per chiarire meglio ti faccio un esempio numerico.

Ammettiamo che il peso sollevato produca, per effetto della gravità una coppia pari a 5kgm all'albero veloce del riduttore.

Se voglio tenere fermo, in una determinata posizione, il peso il motore erogherà esattamente una coppia di 5kgm.

Questa è la situazione in cui l'azionamento si dice "fermo in coppia". Se aumento la coppia erogata il peso salirà, se la diminuisco il peso scenderà.

 

 

 

Modificato: 22 aprile 2022 da Livio Orsini

[Livio Orsini]

12 ore fa, Anikare ha scritto:

quando in realtà mi basterebbe levare il freno a mano ed agire col freno a pedale.

 

Agire con il freno a pedale non fai altro che applicare una coppia inversa alle ruote.

Un guidatore appena decente, almeno secondo i canoni di quando ho conseguito io la patente di guida (60 anni fa), è in grado di mantenere ferma l'autovettura in salita usando solo acceleratore e frizione. Con la frizione applica alle ruote l'esatto valore di coppia che contrasta la coppia prodotta dalla massa del veicolo e dei passeggeri. E una manovra che deve durare pochissimo onde evitare l'eccessivo consumo della frizione.

Con una vettura a trazione elettrica si potrebbe fare controllando esattamente la coppia erogata dai motori.

 

E una semplice questione di meccanica., non di elettrotecnica o di elettronica. L'elettronica e l'elettrotecnica scendono in campo solo per far erogare al motore quel preciso valore di coppia.

[Anikare]

Grazie per il l'intervento.

Ora stile di guida a parte ringrazio in anticipo se qualcuno ha affrontato un simile caso e senza discutere sull'esempio banale sa dirmi come si comporta realmente un inverter vettoriale in simili circostanze visto come ho detto prima che stranamente corrente e frequenza sono le stesse sia a tirare su che a mollare il carico. 

[Livio Orsini]

 

 

5 minuti fa, Anikare ha scritto:

e qualcuno ha affrontato un simile caso e senza discutere sull'esempio banale sa dirmi come si comporta realmente un inverter vettoriale in simili circostanze ..

 

Scusa ma mi stai prendendo per i fondelli?

La tua richiesta suona quasi offensiva.

Te l'ho appena descritto come si comporta l'inverter!!

Da al motore la coppia necessaria per non far cadere il peso.

La frequenza dipende dalla velocità; se la velocità di salita e di discesa sono eguali, anche la frequenza deve essere eguale. Il segno meno, che leggi davanti al valore, indica che il motore sta ruotando in senso contrario. E una pura convenzione.

La corrente di un MAT è si proporzionale alla coppia, ma non ha la relazione costante e lineare come in un motore in corrente continua, dove vale la relazione Cm = Km * Ia.

La coppia necessaria per la salita e per la discesa, a parità di peso, è teoricamente eguale. La differenza che si misura nella pratica è solo dovuta agli attriti che nella discesa sono a favore, perchè tendono a frenare, mentre in salita sono, ovviamente, contro.

 

La regolazione dell'inverter si limita a mantenere costante la velocità erogando la coppia necessaria.

 

Te lo ripeto, il problema lo capisci se studi la meccanica.

Ti consiglio una lettura di un buon testo di fisica come, ad esempio, Halliday & Resnick "Fisica", testo su cui più di 40 anni addietro preparai l'esame di Fisica1; sempre con il medesimo testo mia figlia, circa 20 anni dopo, preparò anche lei l'esame di fisica 1 al primo anno di Politecnico.

 

Puoi anche rivolgerti alla rete dove trovi parecchie dispense di meccanica e cinematica.

[Anikare]

Quindi se ho ben capito il vfd affinché il motore generi una coppia frenante deve comunque sempre far sì che il campo magnetico rotante del motore giri in un solo  senso e cioè quello di sollevamento, solo che nel sollevamento campo è rotore hannoo stesso verso mentre nella discesa hanno verso opposto giusto? 

[leleviola]

Il 21/4/2022 alle 12:13 , Livio Orsini ha scritto:

 la velocità è perfettamente cotrollata e corrisponde al valore di riferimento.

se rigenera è leggermente superiore al sincronismo in quanto si comporta da generatore e dissipa la tensione prodotta dal sincronismo in eccesso sulla eventuale resistenza di freanatura che dissipa la potenza necessaria alla frenatura

[Livio Orsini]

4 ore fa, leleviola ha scritto:

se rigenera è leggermente superiore al sincronismo in quanto si comporta da generatore

 

E la tensione che è leggermente superiore a quella generata dall'inverter, se è controllato in modo vettoriale ad anello chiuso la velocità del motore è quella impostata dal riferimento. La variazione di frequenza per mantenere costante la velocità sarà comunque molto piccola, visto che legge un identico valore in entrambi i sensi di movimento.

[leleviola]

2 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

 

E la tensione che è leggermente superiore a quella generata dall'inverter, se è controllato in modo vettoriale ad anello chiuso la velocità del motore è quella impostata dal riferimento. La variazione di frequenza per mantenere costante la velocità sarà comunque molto piccola, visto che legge un identico valore in entrambi i sensi di movimento.

Non confondiamo la tensione sul motore con quella sul bus DC dell'inverter, la tensione che si alza è quella sul bus perchè il motore si comporta da macchina inversa da generatore, la tensione più alta del bus può essere o scaricata tramite una resistenza di frenatura o se l'inverter ne è dotato da generatore di tensione alternata che riintroduce in rete, il valore più alto di tensione sul bus viene generato da una velocità maggiore dell'asse o di una coppia inversa maggiore che fa girare più forte il motore del valore prefissato di li la produzione di energia in eccesso che può essere appunto scaricata in energia termica tramite la resistenza oppure in energia riprodotta in rete generando un minor assorbimento dell'inverter dalla rete

Modificato: 23 aprile 2022 da leleviola

[Livio Orsini]

14 ore fa, leleviola ha scritto:

Non confondiamo la tensione sul motore con quella sul bus DC dell'inverter, l

 

Non faccio alcuna confusione, so perfettamente come funziona un inverter e come funziona la frenatura. La tensione sul DC Bus si alza perchè il motore-generatore produce una tensione che è più elevata di quella che fornisce il generatore inverter, quindi "torna indietro", se non fosse così non potrebbe andare a caricare il DC Bus.

Il sistema è simile per tutte le rigenerazioni.

Ci deve essere una differenza di potenziale per poter avere una corrente elettrica.

Anche per rigenerare in rete devi avere una tensione maggiore di quella della rete, altrimenti non cedi energia.

[leleviola]

Forse mi sono spiegato male o vogliamo dire la stessa cosa entrambi,

Non è questione di sapere come funziona un inverter Livio è questione di eletrotecnica e sul funzionamento della macchina elettrica motore asincrono trifase, la tensione che ottieni sul rotore del motore è proporzionale al flusso con cui magnetizzi il rotore che è proporzionale alla tensione con cui alimenti il motore e alla frequenza con cui lo stesso viene magnetizzato, se la frequenza del campo magnetico rotorico diventa più alta di quella statorica, cioè meccanicamente il rotore gira più forte del campo magnetico statorico, si genera di pari passo una tensione autoindotta sullo statore che fa innalzare il valore di tensione efficace che ti ritrovi sugli avvoilgimenti, in pratica il motore diventa quasi un alternatore, quindi anche poi la tesnione sul bus in DC che genera la terna di tensioni in uscita dall'inverter, perciò per problemi di isolamento tale tensione in eccesso o viene scaricata su una resistenza di frenatura o viene rimandata dietro in rete alzando leggermente il valore di tensione in ingresso all'inverter in modo che il verso della corrente si inverta

[Livio Orsini]

2 ore fa, leleviola ha scritto:

Forse mi sono spiegato male o vogliamo dire la stessa cosa entrambi,

 

E probabile.

Non per polemica, ma per chiarire.

Ma quello che forse ti sfugge è il fatto fondamentale che, per poter scaricare energia sul DC Bus, è indispensabile che la tensione che si genera ai norsetti del motore sia maggiore di quella prodotta dall'inverter.

E anche questo è una legge di elettrotecnica.

Questa è la condizione necessaria e sufficiente.

Cosa la provochi è del tutto irrilevante al fine di cedere energia al DC Bus.

 

2 ore fa, leleviola ha scritto:

Non è questione di sapere come funziona un inverter

 

Non sono d'accordo su questo, visto che è proprio l'inverter che alimenta il motore e riceve energia quando il motore rigenera.

Non solo ma, in questo caso, essendo un controllo vettoriale ad anellochiuso, la velocità del motore è strettamente controllata, quindi lo stato dell'uscita dell'inverter è in continua variazione per mantenere fissa e costante la velocità del motore.

Non è come nel caso di un controllo scalare ad anello aperto.

 

 

 

[Anikare]

Buongiorno e grazie per i vostri chiarimenti, tutto chiaro e concordo con le vostre spiegazioni ma un particolare che forse non ho chiarito bene e che probabilmente devo approfondire la conoscenza degli inverter vettoriali ma che voglio farvi presente:

nella fase di discesa quando il vfd deve controllare il carico inerziale è capace di rallentare fino a fermare  e restare in equilibrio e poi interviene il freno, non è che il freno interviene per fermare il motore. È questo particolare che non mi fa tornare i conti, una resistenza di frenatura può darsi che mi sbagli può far decelerare ma non può fermare un carico inerziale del genere. 

Una volta che il motore decelera è la corrente prodotta funzionando da generatore cala il motore dovrebbe riprendere a riaccelerare a meno che un vfd è anche in grado di produrre una frenata in controcorrente. È come se una macchina che in discesa va veloce ma con il gas al minimo perché i giri alti del motore li fornisce una coppia meccanica entrante, l'inerzia (discesa), e apre il paracadute per decelerare e smaltire l'energia che il motore riceve dalla discesa ma poi quando la macchina rallenta il paracadute cade a terra e la macchina riprende velocità. 

Per freno intendo il freno magnetico il quale interviene dopo che il vfd da solo ha già fermato il motore. 

[Anikare]

Per freno intendo il freno elettromagnetico e meccanico del motore che interviene dopo che il vfd da solo ha già decelera to e fermato il motore. 

[Livio Orsini]

1 ora fa, Anikare ha scritto:

È questo particolare che non mi fa tornare i conti, una resistenza di frenatura può darsi che mi sbagli può far decelerare ma non può fermare un carico inerziale del genere. 

 

Perchè mai non dovrebbe essere in grado di farlo se il gruppo di frenatura è stato ben dimensionato?

Nella sezione didattica - elettrotecnica trovi un mio vecchio tutorial per dimensionare correttamente i motori elettrici. In appendice c'è anche una guida al dimensionamento dei resistori di frenaura, ouoi sempre leggerlo così, forse, ti sarà più chiaro il funzionamento.

Il tuo è un azionamento a controllo vettoriale ad anello chiuso. L'inverter deve seguire perfettamente la rampa di velocità stabilita per la decelerazione, dosando esattamente velocità e coppia in tutti e 4 i quadranti.

I controlli vettoriali ad anello chiuso si comportano come un azionamento in continua con controllo a 4 quadranti, dove in luogo della rigenerazione in rete vanno a scaldare un resistore.

Come ti ho scritto sin dal primo messaggio, con motore fermo in coppia, il motore deve fornire coppia per mantenere fermo il peso, non rigenerare.

 

 

[Anikare]

Ok chiaro, grazie