Gear tra motori asincroni

[Mister_X_]

Buongiorno a tutti, sto iniziando un nuovo progetto e avrei bisogno di un aiuto.
Si tratta di un'aggiunta ad un impianto già esistente e volevo chiedere alcuni consigli.
Inizio descrivendo il da farsi e allegando una foto del progetto..
Spirale multipiano con rotazione a tamburo, per chi non conosce la macchina, si tratta di un nastro che scorre su n.x piani e trainato da un tamburo interno il quale attraverso delle doghe e varri agganci, trascina il nastro in salita chiudendo il percorso una volta arrivato in alto.

Il moto viene dato da un motoriduttore ad assi ortogonali con un elevato rapporto di riduzione, il quale o per problemi di calcoli o per un difetto interno non lavora bene e causa un movimento oscillatorio (si presume faccia troppa "fatica" e non trasmetta un moto uniforme).
Dopo aver provato una serie di possibili soluzioni e non potendo sostituire il motoriduttore si è pensato di aggiungere una ralla sulla circonferenza del tamburo, azionata da un ulteriore motoriduttore, con l'intenzione di aiutare il primo ed ottenere un moto uniforme.
Premetto che ho motore asincroni comandati da inverter, nel primo motore ho un encoder sull'albero veloce mentre sul secondo ho un encoder sull'albero lento.

L'idea del progettista era di farli lavorare assieme per "aiutarsi a vicenda", a me adesso spetta il compito di mettere in atto tutto cio, come potrei fare?

Avevo pensato a due possibili soluzioni, la prima era di farli lavorare in gear (posizione?) anche se questa cosa mi spaventa in quanto un piccolissimo errore potrebbe rivelarsi fatale dopo ore e ore di funzionamento.
La seconda era di usare il motore della ralla come master e comandare il motore del tamburo fornendo un riferimento in coppia. Anche qui avrei i miei dubbi in quanto non conosco un valore di coppia ideale, in più al variare della velocità non sarebbe fisso ma dovrebbe cambiare dinamicamente.

Attendo vostre considerazioni.

Grazie.

 

[Livio Orsini]

22 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

Attendo vostre considerazioni.

 

Se la ralla poggia sul tamburo la soluzione migliore, e più semplice, è far lavorare la ralla come "helper" del tamburo, in bilancia di corrente.

In pratica si pilota in velocità il master, alla ralla si fornisce un valore di riferimento di velocità maggiorato del 10% di quello del tamburo,  Si impone un limite di coppia a questo motore in modo da bilanciare le coppie dei due motori.

Usando inverter con controllo vettoriale è un lavoro semplice e facile da implementare.

 

Questo tipo di ripartizione è un sistema molto usato e che anch'io ho applicato molto spesso, sia con azionamenti in continua sia con azionamenti in alternata con controllo vettoriale.

[Mister_X_]

7 minutes ago, Livio Orsini said:

 

Se la ralla poggia sul tamburo la soluzione migliore, e più semplice, è far lavorare la ralla come "helper" del tamburo, in bilancia di corrente.

In pratica si pilota in velocità il master, alla ralla si fornisce un valore di riferimento di velocità maggiorato del 10% di quello del tamburo,  Si impone un limite di coppia a questo motore in modo da bilanciare le coppie dei due motori.

Usando inverter con controllo vettoriale è un lavoro semplice e facile da implementare.

 

Questo tipo di ripartizione è un sistema molto usato e che anch'io ho applicato molto spesso, sia con azionamenti in continua sia con azionamenti in alternata con controllo vettoriale.

Grazie della risposta.

Si la ralla è agganciata al tamburo.
La soluzione mi sembra semplice e penso possa funzionare, l'unico dubbio che mi rimane è sempre il valore di coppia, come lo decido? E al cambiamento della velocità del sistema dovrebbe cambiare dinamicamente presumo giusto?

[batta]

4 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

l'unico dubbio che mi rimane è sempre il valore di coppia, come lo decido?

Il valore di coppia dello slave può essere proporzionale alla coppia fornita dal master.
Unica accortezza, smorzare la lettura della coppia del master per evitare oscillazioni indesiderate.

[Mister_X_]

35 minutes ago, batta said:

Il valore di coppia dello slave può essere proporzionale alla coppia fornita dal master.
Unica accortezza, smorzare la lettura della coppia del master per evitare oscillazioni indesiderate.

Si, potrebbe esserlo, però resta il problema di trovare un coefficente per la proporzione..
Dovrei andare a tentativi? 
All'aumentare/diminuire della velocità è costante?

In più, scusate l'ignoranza, dovrei prendere come riferimento la corrente di coppia oppure la coppia espressa in percentuale (valori che trovo nelle uscite analogiche del mio inverter)?

Grazie
 

(P.S. per smorzare la lettura come potrei fare? Usare un pid?)

[Livio Orsini]

12 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

All'aumentare/diminuire della velocità è costante?

 

Se ad esempio imposto una ripartizione di coppia al 50%, qualsiasi sia la coppia richiesta sarà sempre suddivisa al 50% tra i due motori, indipendentemente dalla velocità della macchina.

Se le dimensioni dei motori sono identiche, cone egual rapporto di riduzione, la ripartizione più corretta, almeno inizialmente, è 50%; pao potrai eventualmente fare dei piccoli aggiustamenti, sempre nell'intorno del valore iniziale, se durante la lavorazione può essere necessario.

 

Se i motori sono differenti, allora la ripartizione falla in base alla grandezza dei motori.

 

16 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

In più, scusate l'ignoranza, dovrei prendere come riferimento la corrente di coppia oppure la coppia espressa in percentuale (valori che trovo nelle uscite analogiche del mio inverter)?

 

Devi usare il valore di coppia che legge l'inverter.

Hai un PLC come elemento di controllo? Se si che marca e moidello è?

Gli inverters di che marca e modello sono?

 

18 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

P.S. per smorzare la lettura come potrei fare? Usare un pid?)

 

Assolutamente no! il PID è un regolatore.

Se hai un PLC fa leggere a lui il valore della coppia master e fai un semplice algoritmo di media, tipo finestra scorrevole su 10 letture (solo a titolo di esempio).

 

Se non hai un PLC dovresti prima spiegara come intendi realizzare il dispositivo di controllo.

[Mister_X_]

26 minutes ago, Livio Orsini said:

 

Se ad esempio imposto una ripartizione di coppia al 50%, qualsiasi sia la coppia richiesta sarà sempre suddivisa al 50% tra i due motori, indipendentemente dalla velocità della macchina.

Se le dimensioni dei motori sono identiche, cone egual rapporto di riduzione, la ripartizione più corretta, almeno inizialmente, è 50%; pao potrai eventualmente fare dei piccoli aggiustamenti, sempre nell'intorno del valore iniziale, se durante la lavorazione può essere necessario.

 

Se i motori sono differenti, allora la ripartizione falla in base alla grandezza dei motori.

 

 

Devi usare il valore di coppia che legge l'inverter.

Hai un PLC come elemento di controllo? Se si che marca e moidello è?

Gli inverters di che marca e modello sono?

 

 

Assolutamente no! il PID è un regolatore.

Se hai un PLC fa leggere a lui il valore della coppia master e fai un semplice algoritmo di media, tipo finestra scorrevole su 10 letture (solo a titolo di esempio).

 

Se non hai un PLC dovresti prima spiegara come intendi realizzare il dispositivo di controllo.

I motoriduttori sono completamenti diversi!
Non ho capito il senso della ripartizione della coppia..

Ad oggi ho una 1214 che andrò ad integrare con una 1512 in caso dovessi usare encoder e gear (anche perchè la 1214 ormai è satura e non voglio avere rallentamenti ma allo stesso tempo non posso sostituirla)

L'inverter del tamburo è della nord mentre quello della ralla è un invt gd20 entrambi comandati con segnale di comando e riferimento di velocità (o coppia)

L'inverter mi offre la possibilità di leggere la corrente di coppia oppure la coppia espressa in percentuale, devo sceglierlo dal parametro.

(Il pid lo intendevo usare per fornire il valore di coppia al motore ralla.)

[Livio Orsini]

3 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

Non ho capito il senso della ripartizione della coppia.

 

Semplecemente.

Se il tamburo necessita di una coppia pari a 500Nm per eseguire il movimento, usando un secondo motore di aiuto al primo, tramite la ralla che fa attrito sul tamburo, si fa in modo che i 500Nm siano erogati in parte dal motore principale ed in parte dal motore secondario. Una ripartizione potrebbe essere, tanto per esemplificare, 300Nm vengono erogati dal motore principale, altri 200Nm li erogherà il motore secondario.

 

Entrambi i motori vanno comandati con riferimento di velocità, dove il motore secondario avrà un riferimento maggiore per assicurarsi che spinga sempre e non sia mai trascinato dal principale, come nel caso in cui la sua velocità risultasse inferiore.

L'inverter secondario poi dovrà lavora sempre in limite di coppia, con limite variabile risultante tale da ripartire la coppia totale tra i due motori.

 

Se stabilisci, ad esempio, che il valore di coppia che dovrà erogare il motore principale è pari al 60% lo confronti con il valore di coppia, riparametrizzato per eguagliarlo, al valore di coppia del motore secondario. Se la ripartizione è corretta i due valori saranno uguali, altrimenti ci sarà un errore; questo errore moltiplicato per un coefficiente lo sommi algebricamente al valore di riferimento di coppia del motore secondario.

 

Tornando al punto iniziale del tuo primo messaggio:

6 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

non lavora bene e causa un movimento oscillatorio

 

Siete proprio sicuri che si tratti di carenza di coppia e non di cattiva ottimizzazione dei parametri dell'inverter? Il valore di corrente assorbita dal motore, segnalato dall'inverter, se si trattasse di coppia insufficiente dovrebbe essere (quasi) costantemente al limite massimo.

 

[batta]

6 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

I motoriduttori sono completamenti diversi!
Non ho capito il senso della ripartizione della coppia..

Se gestisci la coppia in percentuale, non importa se i motori e i riduttori sono diversi.
Se il master sta erogando il 50% della sua coppia nominale, sullo slave puoi impostare (come punto di partenza, che potrà subire modifiche - ma non di tanto) il 50% della sua coppia nominale.

[batta]

6 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

Ad oggi ho una 1214 che andrò ad integrare con una 1512 in caso dovessi usare encoder e gear

Lascia perdere l'asse elettrico, non è la soluzione per questa applicazione.

[Mister_X_]

15 hours ago, Livio Orsini said:

 

Semplecemente.

Se il tamburo necessita di una coppia pari a 500Nm per eseguire il movimento, usando un secondo motore di aiuto al primo, tramite la ralla che fa attrito sul tamburo, si fa in modo che i 500Nm siano erogati in parte dal motore principale ed in parte dal motore secondario. Una ripartizione potrebbe essere, tanto per esemplificare, 300Nm vengono erogati dal motore principale, altri 200Nm li erogherà il motore secondario.

 

Entrambi i motori vanno comandati con riferimento di velocità, dove il motore secondario avrà un riferimento maggiore per assicurarsi che spinga sempre e non sia mai trascinato dal principale, come nel caso in cui la sua velocità risultasse inferiore.

L'inverter secondario poi dovrà lavora sempre in limite di coppia, con limite variabile risultante tale da ripartire la coppia totale tra i due motori.

 

Se stabilisci, ad esempio, che il valore di coppia che dovrà erogare il motore principale è pari al 60% lo confronti con il valore di coppia, riparametrizzato per eguagliarlo, al valore di coppia del motore secondario. Se la ripartizione è corretta i due valori saranno uguali, altrimenti ci sarà un errore; questo errore moltiplicato per un coefficiente lo sommi algebricamente al valore di riferimento di coppia del motore secondario.

 

Tornando al punto iniziale del tuo primo messaggio:

 

Siete proprio sicuri che si tratti di carenza di coppia e non di cattiva ottimizzazione dei parametri dell'inverter? Il valore di corrente assorbita dal motore, segnalato dall'inverter, se si trattasse di coppia insufficiente dovrebbe essere (quasi) costantemente al limite massimo.

 

Teoricamente potrei seguire questo ragionamento, però mi mancano i valori di coppia e stabilirli non mi è semplice...

Stiamo parlando di motori da 0,37kw con riduttori che in uscita forniscono circa 8000 Nm di coppia.

Per quanto riguarda il problema, sono circa 2 anni che noi (e altri tecnici tra cui i fornitori del motoriduttore) facciamo prove. Sono stati usati 4 tipi di inverter e motori diversi ma senza migliorie.
La corrente del motore resta sempre costante ai valori di targa, praticamente sembra che il motore non sforzi ma all'uscita del riduttore si verificano questi movimenti oscillatori.

 

8 hours ago, batta said:

Lascia perdere l'asse elettrico, non è la soluzione per questa applicazione.

 

Mi era stata suggerita da un consulente questa soluzione ma sinceramente non era convinto nemmeno lui....

[Livio Orsini]

1 ora fa, Mister_X_ ha scritto:

Mi era stata suggerita da un consulente questa soluzione ma sinceramente non era convinto nemmeno lui....

 

Non conosco questa persona, quindi non posso e non voglio esprimere giudizi.

Comunque, così tanto per dare un'informazione, io ho 80 anni e mi occupo di automazione industriale da quando avev poco più di 30 anni. Il mio primo asse elettrico, quello che tu hia chiamato "gear" (ingranaggio), lo progettai e realizzazi quando avevo meno di 35 anni e ti posso assicurare che questi dispositivi non sono proprio adatti a svolgere la funzione che ti necessita. Batta è più giovane di me ma, visto che partecipa al forum da più di 20 anni, credo che si sia occupato di automazione industriale da una trentina di anni. Anche lui sconsiglia l'applicazione in asse elettrico.

Potremmo sbagliarci tutti e due, però dovresti convenire che è piuttosto difficile.

Dalla mia esperienza questa è la classica funzione da realizzarsi con ripartizione di coppia.

 

1 ora fa, Mister_X_ ha scritto:

Teoricamente potrei seguire questo ragionamento, però mi mancano i valori di coppia e stabilirli non mi è semplice...

 

Non ti servono i valori in assoluto, ma solo quelli relativi, e questi te li forniscono, in tempo reale, i due inverters in modalità regolazione vettoriale.

Come ti ho scritto sopra devi soltanto comparare i due valori di coppia, la differenza andrà a sommarsi al valore che fungerà da limite di coppia del motore ausiliario.

 

Piuttosto medita su quanto ho scritto e che quoto:

17 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Siete proprio sicuri che si tratti di carenza di coppia e non di cattiva ottimizzazione dei parametri dell'inverter? Il valore di corrente assorbita dal motore, segnalato dall'inverter, se si trattasse di coppia insufficiente dovrebbe essere (quasi) costantemente al limite massimo.

 

 

[Mister_X_]

8 minutes ago, Livio Orsini said:

 

Non conosco questa persona, quindi non posso e non voglio esprimere giudizi.

Comunque, così tanto per dare un'informazione, io ho 80 anni e mi occupo di automazione industriale da quando avev poco più di 30 anni. Il mio primo asse elettrico, quello che tu hia chiamato "gear" (ingranaggio), lo progettai e realizzazi quando avevo meno di 35 anni e ti posso assicurare che questi dispositivi non sono proprio adatti a svolgere la funzione che ti necessita. Batta è più giovane di me ma, visto che partecipa al forum da più di 20 anni, credo che si sia occupato di automazione industriale da una trentina di anni. Anche lui sconsiglia l'applicazione in asse elettrico.

Potremmo sbagliarci tutti e due, però dovresti convenire che è piuttosto difficile.

Dalla mia esperienza questa è la classica funzione da realizzarsi con ripartizione di coppia.

 

 

Non ti servono i valori in assoluto, ma solo quelli relativi, e questi te li forniscono, in tempo reale, i due inverters in modalità regolazione vettoriale.

Come ti ho scritto sopra devi soltanto comparare i due valori di coppia, la differenza andrà a sommarsi al valore che fungerà da limite di coppia del motore ausiliario.

 

Piuttosto medita su quanto ho scritto e che quoto:

 

 

Mi fido di voi e della vostra esperienza, ho solo riportato l’idea di questa persona che comunque è preparata ma probabilmente non ha mai avuto a che fare con applicazioni del genere.

Per quanto riguarda il problema, non credo che tutti e 4 gli inverter provati abbiano avuto lo stesso problema, sono state fatte tante prove e controprove.

I tecnici del motoriduttore per finire avevano montato il loro inverter marchiato e la loro conclusione era appunto di un errore di calcolo…

Comunque ho chiesto dati piu precisi e questi sono i dati teorici che i due motori dovrebbero avere per essere coordinati:

Tamburo a 50Hz -> 0.16 giri/min (albero lento riduttore)
Ralla a 44Hz -> 1.76 giri/min (albero lento riduttore)

Coppia tamburo -> 19973 Nm
Coppia ralla -> 6381 Nm

Coppia richiesta dal sistema -> 23000 Nm

[NoNickName]

2 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

La corrente del motore resta sempre costante ai valori di targa, praticamente sembra che il motore non sforzi ma all'uscita del riduttore si verificano questi movimenti oscillatori.

 

 

Ma è una oscillazione meccanica oppure è uns oscillazione del valore di coppia

 

[Livio Orsini]

7 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

Coppia tamburo -> 19973 Nm
Coppia ralla -> 6381 Nm

 

Quindi la ralla fornisce circa 1/3 della coppia totale.

Ti basta riscalare il valore di coppia erogato dal motore ausiliario per avere la ripartizione corretta. Se consideriamo il valore in tensione con 100% = 10V ti basta moltiplicare il valore letto della coppia del motore ausiliario, per una costante, per far corrispondere le due scale; poi compari il valore di coppia misurata del motore principale, con il valore di coppia riscalato del motore ausiliario.

[Mister_X_]

11 minutes ago, NoNickName said:

 

Ma è una oscillazione meccanica oppure è uns oscillazione del valore di coppia

 

Meccanica

Si vede proprio che il tamburo invece di girare costante va a scatti

3 minutes ago, Livio Orsini said:

 

Quindi la ralla fornisce circa 1/3 della coppia totale.

Ti basta riscalare il valore di coppia erogato dal motore ausiliario per avere la ripartizione corretta. Se consideriamo il valore in tensione con 100% = 10V ti basta moltiplicare il valore letto della coppia del motore ausiliario, per una costante, per far corrispondere le due scale; poi compari il valore di coppia misurata del motore principale, con il valore di coppia riscalato del motore ausiliario.

si, teoricamente è così, ma la realtà è diversa

 

Nel senso, ho appena fatto una prova con una macchina simile che ho in casa, praticamente a 50hz viene usata l’80% della coppia quando secondo i calcoli ne serviva il 100%

 

Dovro vedere sul campo per aggiustare i parametri

[Livio Orsini]

Probabilmente il motore satura e rallenta poi, superato il punto di richiesta di maggior coppia, riaccelera. Ad ogni "punto duro" sucede questo fenomeno.

[NoNickName]

22 minuti fa, Mister_X_ ha scritto:

Meccanica

Si vede proprio che il tamburo invece di girare costante va a scatti

 

 

Quindi non è una oscillazione. Per me oscillazione è un moto in cui l'asse di rotazione non è fisso.

Il tuo caso è una variazione periodica della velocità di rotazione dovuta ad una variazione di coppia.

[Livio Orsini]

3 ore fa, NoNickName ha scritto:

Per me oscillazione è un moto in cui l'asse di rotazione non è fisso.

 

Quindi per te un segnale alternato non è un'oscillazione.🙂

[NoNickName]

6 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

 

Quindi per te un segnale alternato non è un'oscillazione.🙂

 

?

Lui dice che ha un'oscillazione, e mi conferma che è una oscillazione meccanica. Io capisco che uno degli assi sta oscillando, potrebbe essere l'asse del tamburo che non è ortogonale al piano o la ralla e il tamburo che non ruotano solidali. Nell'OP si dice: "causa un movimento oscillatorio"  

Altra cosa è dire che la velocità di rotazione "oscilla".

 

Modificato: 6 settembre da NoNickName

[batta]

4 ore fa, Mister_X_ ha scritto:

Tamburo a 50Hz -> 0.16 giri/min (albero lento riduttore)
Ralla a 44Hz -> 1.76 giri/min (albero lento riduttore)

Quello che conta non è tanto la velocità dell'albero lento del secondo riduttore, ma quella della ralla, che è solidale al tamburo. Quanti denti ha il pignone? Quanti la ralla?

Per fare i calcoli devi conoscere il rapporto di riduzione complessivo tra i due motori e il tamburo.

Una volta noti i rapporti di riduzione potrai calcolare il riferimento di velocità da dare allo slave, che deve cercare di andare un po' più veloce (5-10%) del master.
Per quanto riguarda la ripartizione della coppia, devi solo operare in percentuale. Non importa la taglia dei motori e il rapporto di riduzione, ogni motore darà il suo contributo, appunto, in percentuale. Se il master lavora al 80% della coppia, anche lo slave lo dovrai far lavorare (circa) al 80% della coppia.
Le modifiche al valore impostato di coppia dello slave serviranno per mantenere il sistema sempre "in tiro" (passatemi il termine poco tecnico), per evitare che lo slave si trovi in certi momenti ad aiutare il master, ed in altri a trascinare il master, generando instabilità.

[Livio Orsini]

26 minuti fa, batta ha scritto:

, per evitare che lo slave si trovi in certi momenti ad aiutare il master, ed in altri a trascinare il master, generando instabilità.

 

Questo accade più facilmente con il controllo in asse elettrico.

Può anche accadere, nel caso abbastanza probabile, che ilrapporto tra i due non abbia valore finito, che si accumuli un errore sempre nella stessa direzione, quindi dopo poco tempo o il contributo del motore ausiliario sarà pressocchè nullo, oppure avrà raggiunto il limite di coppia.

 

Con un controllo in bilancio di coppia questo non può accadere, al più possono esserci piccole variazioni della ripartizione di coppia, ma sempre molto limitate senza effetto alcuno sulla rotazione.

[Livio Orsini]

43 minuti fa, NoNickName ha scritto:

Nell'OP si dice: "causa un movimento oscillatorio"  

Altra cosa è dire che la velocità di rotazione "oscilla".

 

In effetti lui scrive:

 

Il 5/9/2024 alle 10:27 , Mister_X_ ha scritto:

causa un movimento oscillatorio (si presume faccia troppa "fatica" e non trasmetta un moto uniforme).

 

Quindi il riferimento è al moto trasmesso, quindi significa che la velocità non è costante, ma oscilla tra un valore minimo ed uno massimo.

 

Comunque tutto questo a poco a che vedere con la soluzione del problema di regolazione.

[batta]

4 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Questo accade più facilmente con il controllo in asse elettrico.

Certo, ma anche con il limite di coppia.
Un classico è nelle macchine da stampa rotooffset o rotocalco, dove su un unico albero di trasmissione si possono trovare due, tre o anche quattro motori.
Nelle macchine da stampa è di importanza fondamentale che tutti gli elementi siano perfettamente sincronizzati, e il gioco meccanico tra le varie sezioni dell'albero di trasmissione sarebbe deleterio. Si fa quindi un controllo in coppia dei motori slave, stando bene attenti che l'albero di trasmissione sia sempre mantenuto in torsione.
Questo, almeno, è quanto si faceva una ventina e passa di anni fa, poi non ho più lavorato in quel settore, e non so se l'albero di trasmissione meccanico sia stato completamente abbandonato in favore di un asse elettrico, o se sia tutt'ora utilizzato.

[Livio Orsini]

10 ore fa, batta ha scritto:

Nelle macchine da stampa è di importanza fondamentale che tutti gli elementi siano perfettamente sincronizzati, e il gioco meccanico tra le varie sezioni dell'albero di trasmissione sarebbe deleterio. Si fa quindi un controllo in coppia dei motori slave, stando bene attenti che l'albero di trasmissione sia sempre mantenuto in torsione.

 

Di macchine da stampa, rotative ed offsett, ne ho automatizzate parecchie, sino ad una trentina di anna fa.

L'ultima offset che ho fatto era in asse elettrico,così come le rotative. Poi i controlli di registro correggevano applicando dei piccoli differenziali di conteggio.

 

Comunque stiamo uscendo un po' dall'argomento della discussione.