Ups - Quale potenza ?

[Savino]

Per megliorare la qualita' della tensione di alimentazione di un prototipo di lavoratorio dovrei installare un sistema UPS per alimentare il quadro di controllo soltanto.

Dati :

Trasformatore di rete (sulla targa): 
Potenza : 5 KVA
Tensione primaria  : 3 x 400V, 4.16 A
Tensione secondaria: 3 x 208V, 13.87 A 
Carico: resistivo

Elementi del carico: 
Igniters (candelle)
Massima tensione di alimentazione : 120 VAC 
Massima corrente : 3,3 A
Quantita' : 32 

Attuatore di controllo: 
Regolabile 
Tensione d'ingresso : 120 VAC ( monofase : linea-neutro)
Tensione d'uscita  =< 120 VAC
Input controllo : 4-20mA
Output controllo : 25% - 75%

Disposizione sulla rete 3 x 208V : 
Sulla fase R : 11 elementi collegati
Sulla fase S : 11 elementi collegati
Sulla fase T : 10 elementi collegati

Domanda : quale e' la potenza ( KVA ) neccessaria per l'UPS.

Sul posto ce ne sono delle linea di produzione che gia' lavorano alimentate con degli UPS all'ingresso dei trafo (400 V ), quindi l'idea e' mantenere lo standard . Grazie mile in anticipo per quelli interessati a rispondere.

P.S.: Sbaglio a pensare che mi servirebbe un UPS di 5 KVA. ?

Modificato: 12 settembre 2006 da Savino

[Mario Maggi]

Caro Savino,

non ho capito il valore di 4,16 A , e' il valore di targa? Allora il trafo non e' da 5 kVA.

Se la macchina funziona gia' bene con il trafo da 5 kVA e questo non scalda eccessivamente, l'UPS puo' essere dimensionato per 5 kVA.

Attenzione che gli UPS - a parita' di potenza dichiarata - possono avere specifiche diverse di uscita, in particolare per la corrente di picco. Se tutte le candelette sono fredde e se vengono accese tutte insieme, la corrente iniziale puo' essere eccessiva (ma non credo che nel tuo caso l'accensione sia simultanea).

Se calcoli invece 120 x 3,3 x 32 = 12,57 kVA con controllo al 100%

Se disponi di 5 kVA il controllo potra' avvenire solo fino al 39,7 % se le candelette funzionano in contemporanea.

Se lo scopo e' quello di avere una fonte di alimentazione molto pulita, raccomando di usare un UPS del tipo a doppia conversione, piu' caro ma piu' efficace per questo scopo.

Ciao

Mario

[Savino]

Caro Mario, ti ringrazio per rispondere....

non ho capito il valore di 4,16 A , e' il valore di targa? Allora il trafo non e' da 5 kVA.

I dati sulla targa gli ho prelevati Io di persona, verifichero' ancora........

Se la macchina funziona gia' bene con il trafo da 5 kVA e questo non scalda eccessivamente, l'UPS puo' essere dimensionato per 5 kVA.

Si', la macchina funziona gia' bene.... verifichero' anche la temperatura del trafo.

Attenzione che gli UPS - a parita' di potenza dichiarata - possono avere specifiche diverse di uscita, in particolare per la corrente di picco.

Sono d'accordo anch'io.....

Se tutte le candelette sono fredde e se vengono accese tutte insieme, la corrente iniziale puo' essere eccessiva (ma non credo che nel tuo caso l'accensione sia simultanea).

Dunque, queste si accenderebbero allo start macchina e resterebbero sempre accesse durante il ciclo di lavoro.Ma la accensione e' programmata a gruppi e in sequenzia per evitare i picchi..

Se lo scopo e' quello di avere una fonte di alimentazione molto pulita, raccomando di usare un UPS del tipo a doppia conversione, piu' caro ma piu' efficace per questo scopo.

Ok.

Grazie ancora!

Ciao.

[Mario Maggi]

Caro Savino,

Dunque, queste si accenderebbero allo start macchina

se le candelette si accendono tutte all'avviamento, dovresti scegliere un UPS che sia sovraccaricabile per il tempo necessario al riscaldamento, o - meglio - , differire di alcuni secondi l'accensione dei gruppi.

Ciao

Mario

[Savino]

Ciao Mario,

Ti ringrazio ancora per i tuoi presiozi consigli.....

Se calcoli invece 120 x 3,3 x 32 = 12,57 kVA con controllo al 100%

Si', d'accordo....

La potenza aparente monofase di 12,672 KVA sulla linea del secondario deve venire distribuita nel contesto trifase 3 X 208V quindi tra una fase di 208V e il nuetro ne avro' 120,231V ( 208/1,73)

Allora i mie 12,672 KVA / 1,73 diventano 7,324 KVA trifase, in 3 x 208V.

Se disponi di 5 kVA il controllo potra' avvenire solo fino al 39,7 % se le candelette funzionano in contemporanea

Si' Mario... si'.....

Dunque, i dati sulla targa sono quelli.Gli ho verificati stamattina ancora. Il trasfo si trova a 2 mt di distanza del prototipo.. questo non riscalda... ma bisogna dire che la durata dei cicli di prova delle testate ( 2 di 16 candele caduna ) non sarebbe superiore a un'ora e a volte anche lavorarebbero non insieme ( quindi solo 16 alla volta). Infatti Mario, gl'intervallo per il range di lavoro nominale (controllo analogico decentralizzato) si trovarebbe tra il 30% e 38% del campo totale di uscita del attuatore controllando la temperatura tra i 680 e 770 gradi celsius. Incambio sulle linee, lavorano 24 ore su 24 con fermate ogni apross. 2 mesi ( manutenzione programmata). A punto, il prototipo fa un "validation test " sul corretto funzionamento di questi oggetti, prima di salire sulle linee di produzione.

raccomando di usare un UPS del tipo a doppia conversione,...

Ho gia' un'oferta dagl'Italia per un UPS di 10 KVA, 400V/400V ( non ne costruiscono di potenze menori - trifase) che presenta questa funzione come standard.... ci ho tenuto ad averla

Vediamo si passa.... a me servirebbe piu' che altro per potere andare avanti nell'implementazione SW di un nuovo controller.... mi servirebbe avere la stessa stabilita' di tensione che hanno linee di produzione

ciao.

[Mario Maggi]

Caro Savino,

Allora i mie 12,672 KVA / 1,73 diventano 7,324 KVA trifase, in 3 x 208V.

No, la potenza apparente resta sempre 12,672 ! Anche la potenza attiva e' dello stesso ordine di grandezza, in quanto il carico e' costituito da resistori.

Ciao

Mario

[Savino]

Caro Mario,

Pero' i 12,672 KVA sono in 120 V monofase.

(Massima tensione di alimentazione : 120 VAC , Massima corrente : 3,3 A) fase + nuetro.

??

Anche la potenza attiva e' dello stesso ordine di grandezza, in quanto il carico e' costituito da resistori.

Certo!

cosfi =0 KVA -> KW

Ciao

[Savino]

Caro Mario,

Innanzi tutto mi correggo subito qui, sorry !:

cosfi =0 KVA -> KW

Ho voluto dire che se l'angolo sfasato tra tensione e corrente = 0 allora

il cosfi di 0 = 1, KVA = KW

No, la potenza apparente resta sempre 12,672 !

No Mario, non sono d'accordo..

Dunque:

Dati del trasformatore:

Circuito secondario: 3 x 208V , 14A massimi (per fase, ovvio).

Potenza nominale 5 KVA.

Se il carico e resistivo puro allora la potenza apparente = potenza attiva.

Allora la potenza trifasi totale che posso collegare e' di :

Potenza trifasi apparente  = 1.73 x V x I ( cosfi = 1) =>
                           = 1.73 x 208 x 14 = 5037.76 VA = 5,03776 KVA

Questo vuoldire che tra

fase R - S posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208vx14A/1000 )

fase R - T posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208Vx14A/1000 )

fase S - T posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208Vx14A/1000 )

Oppure tra

fase R e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

fase S e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

fase T e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

Poi, se il mio tasformatore trifase supporta 2.912 + 2.912 + 2.912 = 8.736 KVA,

allora 8.736 / 1.73 = 5,049 KVA

Conclussione:

1 - Il trasformatore di 5 KVA e' stato correttamente calcolato.

2 - il carico nominale trifase in 3 x 208V e' di 14A ( come da targa )

3 - il carico nominale monofase in 1 x 120V + neutro e' di 24A.

Ciao.

[Savino]

Aggiungo....

Conclussione:

1 - Il trasformatore di 5 KVA e' stato correttamente calcolato.

2 - il carico nominale trifase in 3 x 208V e' di 14A ( come da targa )

3 - il carico nominale monofase in 1 x 120V + neutro e' di 24A.

Guardando bene le specificazioni per le candele, ne trovo che i 3,3A massimi sono in 115V e non in 120V.

Quindi se PA= 379.5 VA allora in 120V l'intensita' di corrente sara' di 3,16 A al 100% della tensione di uscita del attuatore. Poiche' per una fase con 11 attuatori collegati, il carico sara' di 34,76A. ....

Allora, gli attuatori (intervallo range 25% - 75%) collegati su quella fase non potranno venire regolati ad oltre il 70% della tensione d'uscita, ma questo non e' problema, visto che il mio range di lavoro massimo si trova sotto il 55 %.

Ciao.

Modifica:

Poi, se il mio tasformatore trifase supporta 2.912 + 2.912 + 2.912 = 8.736 KVA,

allora 8.736 / 1.73 = 5,049 KVA

8,736 KVA monofase

5,049 KVA trifasi

Modificato: 15 settembre 2006 da Savino

[batta]

Questo vuoldire che tra

fase R - S posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208vx14A/1000 )

fase R - T posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208Vx14A/1000 )

fase S - T posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 208Vx14A/1000 )

Oppure tra

fase R e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

fase S e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

fase T e neutro posso collegare un carico di 2.912 KVA ( 120Vx24A/1000 )

No.

Se i dati di targa del tuo trasformatore sono 208V 14A la potenza apparente nominale è di 208 x 14 x RAD(3) = 5044 VA.

A questo trasformatore potresti collegare, tra fase e neutro, tre carichi da 120V 14A. Infatti 120 x 14 x 3 = 5040.

Oppure potresti collegare, tra fase e fase, 3 carichi da 208V 8,08A (14 / RAD(3)). Ed anche qui i conti tornano: 208 x 8,08 x 3 = 5042.

Se colleghi tra fase e fase 3 carichi da 208V 14A l'assorbimento su ogni fase del trasformatore sarà di 14 x 1,73 = 24,25A. Con un simile assorbimento il trasformatore avrebbe vita molto breve.

Sarebbe troppo bello poter tirar fuori 8660 W da un trasformatore da 5000 VA, non ti pare?

[Savino]

Ciao batta, grazie per rispondere

Sarebbe troppo bello poter tirar fuori 8660 W da un trasformatore da 5000 VA, non ti pare?

Hai perfettamente ragione, la energia non si puo' costruire, solo si trasforma....

Quindi il trasfo potrebbe collaudare una testa (16 candele) per volte soltanto e non 2(32) ....

Mie calcoli erano errati ma c'e ' ancora qualcosa su quel trasfo

Ti ringrazio batta.... e anche te Mario. ( sono un po' pignolo, mi piace vedere i calcoli )

Comunque, l'ok per adquistare un UPS di 10KVA e' stato dato e questo mi fa' almeno felice

Saluti

Modifica:

....ma c'e ' ancora qualcosa su quel trasfo.....

( sono un po' pignolo, mi piace vedere i calcoli )....

Piuttosto mi piace che il reale in campo coincida con il calcolato sulla carta.......

Solo se l'hardware e' sotto mano, puoi tracciare il SW di controllo ideale...

Modificato: 15 settembre 2006 da Savino

[Savino]

Ciao batta,

A questo trasformatore potresti collegare, tra fase e neutro, tre carichi da 120V 14A. Infatti 120 x 14 x 3 = 5040

Dunque, il mio collegamento per la alimentazione degli attuatori e' propio 3 X 120V ( fase + neutro ).

Leggendo ancora tuo post capisco il mio errore grave. Divido la tensione per 1.73 ( 208/1.73=120V) ma non la corrente di fase (14/1.73=8.09A).

grazie ancora,

ciao.

Modificato: 16 settembre 2006 da Savino

[Savino]

Ciao,

Se calcoli invece 120 x 3,3 x 32 = 12,57 kVA con controllo al 100%

Quindi per 32 candele al 100% ho bisogno 12,57 KVA.

Per 16 candelle al 100%, 6,3 KVA.

Per 16 candelle al 75%, 4,75KVA.

oppure

A questo trasformatore potresti collegare, tra fase e neutro, tre carichi da 120V 14A. Infatti 120 x 14 x 3 = 5040

Se al 100% dell'uscita la candela prende 3,1A al 75% 2,3A.Quindi su ogni fase ne posso collegare solo 6 candele.

Conclussione:

1 - Il trasformatore di 5 KVA e' stato correttamente calcolato.

Solo per supportare 16 candele al 75% della tensione 120V.

E' stato molto importante afferrare questo concetto.

Grazie infinite ragazzi.

Saluti.

[Mario Maggi]

Caro Savino,

dovresti indagare sul significato di 100% dell'uscita e 75% , per esempio.

Credo che al 75% vengano fatte passare alcune semionde intere (per esempio, 150 semionde, poi c'e un'attesa di 50 semionde). Il ciclo in questo caso sarebbe di 200 semionde = 100 cicli completi = 2 secondi a 50 Hz.

Oppure si usano tempi piu' lunghi, esempio 7500 semionde on e 2500 semionde off.

La commutazione avviene a tensione zero o quasi.

Non credo che abbiate ancora sistemi a parzializzazione di fase, dove ogni semionda viene parzializzata creando tanti disturbi elettromagnetici. La commutazione avviene ad una certa tensione, variabile.

Se il funzionamento e' di tipo "burst" (il primo), l'UPS puo' essere caricato un po' di piu', per la minor presenza di armoniche in uscita.

Credo che il problema del primo riscaldamento si possa superare facilmente usando una funzione presente sugli UPS piu' seri, che permettono di bypassare in automatico l'UPS on-line durante un sovraccarico, per evitare il distacco del carico a causa delle sovracorrenti.

Ciao

Mario

[Savino]

Dear Mario,

dovresti indagare sul significato di 100% dell'uscita e 75% , per esempio.

Credo che al 75% vengano fatte passare alcune semionde intere (per esempio, 150 semionde, poi c'e un'attesa di 50 semionde). Il ciclo in questo caso sarebbe di 200 semionde = 100 cicli completi = 2 secondi a 50 Hz.

Oppure si usano tempi piu' lunghi, esempio 7500 semionde on e 2500 semionde off.

La commutazione avviene a tensione zero o quasi.

Molto interessante....

Piu' dati, per quanto riguarda il controllo dell'applicazione....

Si tratta di un feedforward control oppure un open loop control come ci priferisci chiamarlo, che controlla la temperatura di 32 candelette(ignitors) localizzate su 2 teste (heads) separate, con 16 elementi per ognuna.

Sul sistema esistente che lavora correntemente sulle linee di produzione,le candelette vengono alimentate mediante degli attuatori SSR (static solid relay) governati da un controller "digitale" programmato in un PLC centralizzato.

Il nuovo sistema, PLC DP decentralizzato, incambio ne utilizzarebbe un controller "analogico" e come attuatori dei dispositivi elettronici dedicati,costruiti especialmente da una ditta tedesca (fuori catalogo)... gli unici dati in possesso per le specificazioni sono quelli gia' fornite precedentemente:

Controllo 4-20mA

Tensione ingesso 120V

Tensione uscita 25%- 75%.

Certamente, il controllo per ogni candela e' independente.

Per quanto riguarda le candelette, dalle prime prove eseguite sul prototipo ne ricavo che il mio intervallo nominale di lavoro, 682 - 770 gradi c. ne deriva da una tensione tra il 35% e 42 % del range totale.

Perche' del UPS ?

La tensione di alimentazione esistente nella sala prototipo e' molto variabile ( 107- 120V).. questo non mi permette di ricavare con assoluta preccissione dei dati che ne ho bisogno per stabilire le ricette per i settings dei futuri trends di lavoro.

Incambio dalle prove eseguite con un otimo UPS monofase di 1KVA applicato su di una candela soltanto, mi sono fornito di una tensione di 120V sempre constante (beh 119V),ne sono riuscito bene nel mio scopo.

Poi, ci tengo ad essere molto accurato, gia che il tipo di data per le grandezze di input impostate nel HMI sono del tipo REAL, 25,00% - 75,00% , quindi vorrei avere la assoluta ( o quasi) certeza che se ad esempio imposto un valore di 37,93 % la temp. e' sempre (o quasi) di 719.3 gardi c.

Ogni candeletta si trova dento un nazo sporgente (cavity) lungo 30cm, fatto di una lega ottone-argento che finisce in forma conica, diametro 10mm. In condizioni normali di produzione, le candelle sono sempre accesse, dal momento che la macchina si avvia fino al prossimo PM(programed maintenace), apross. 2 messi Queste devono restare sempre "on" visto l'alta velocita' di avanzamento dei pallets su quella stazione 3-4sec).

Per ogni ciclo di avanzamento, i heads, scendono, restano per 2 sec.in contatto col materiale a riscaldare e poi finalmente salgono a riposo, e cosi' via...

I disturbi dal proccesso che fanno callare il rendimiento sono le sporchezze ambientali accumulate durante quel periodo (nonostante l'ambiente e' rigurosamente controllato) sommato anche alla perdite per vita utile del elemeto stesso.

La perdita del rendimento viene compensata aumentando la tensione per quella candela... prima per avere 682 gradi c. ci voleva il 35%, 2 settimane dopo ci vogliono 36.6% e cosi' via fino al rimpiazzo.

I disturbi per quanto riguardano la temperatura e flusso del acqua per raffreddamento degli elementi, sono da escludere visto che sono costantemente tenuti sotto controllo ( variazioni impreviste scostarebbero i valori di temperatura).

La performance del sistema esistente ha presa poco una resa nel ordine del 85%-87%. Col nuovo sistema si vorrebbe aumentare ancora di qualche punto.

Credo che il problema del primo riscaldamento si possa superare facilmente usando una funzione presente sugli UPS piu' seri, che permettono di bypassare in automatico l'UPS on-line durante un sovraccarico, per evitare il distacco del carico a causa delle sovracorrenti.

Bypassare l'UPS all'accenssione non mi servirebbe di tanto, visto che sulle linee non potrei avere questa apportunita'di controllo.. gia' che questi forniscono delle prestazione globali per tutta la linea e non singola per quella stazione.

Si' quello che posso fare e programmare una accenssione scalata, visto che teoricamente le teste si accenderebbero solo all'inizio, e come la stazione e' la seconda della linea, ci sarebbe il tempo neccessario per avere il dispositivo pronto per l'uso al momento che i pallets si troverebbero li' sotto.

In ogni caso, queste sono esperineze che ne dovrei ancora valitare in campo.

Grazie, ciao.

Modificato: 17 settembre 2006 da Savino

[Mario Maggi]

Dear Savino,

se il regolatore permette una tensione massima non superiore al 75%, essendo la potenza per 32 candele al 100% pari a 12,57 KVA, usandole al 75% ti serviranno 9,43 kVA, con un UPS standard da 10 kVA non hai problemi. Forse dovrai cambiare il trafo, se e' confermato che e' solo da 5 kVA.

Ciao

Mario

[Savino]

Dear Mario,

se il regolatore permette una tensione massima non superiore al 75%, essendo la potenza per 32 candele al 100% pari a 12,57 KVA, usandole al 75% ti serviranno 9,43 kVA, con un UPS standard da 10 kVA non hai problemi. Forse dovrai cambiare il trafo, se e' confermato che e' solo da 5 kVA

Si' Mario, questo e' vero....

...se e' confermato che e' solo da 5 kVA

Dunque.. quando ho iniziato a lavorare su questo progetto non ho dato molta attenzione a questo discorso molto importante sulla potenza a disposizione, visto che il prototipo ne ha due suppoti predisposti, e addirittura ne avevo visto che il tecnico che fa correntemente la manutenzione e test, ne aveva entrambe teste anche posizionate( ma non mi ricordo bene se erano tutte due accesse pero').Poiche' dovevo solo implementare un nuovo controller SW ed il quadro di potenza con gli attuatori era gia' presente sul posto.

Mi sono cominciato ad interessare a partire dal momento che e' saltato fuori il discorso del UPS.....

Sulla targa del trafo( beh, a dir la verita' sul coperchio esterno) , i dati sono quelli gia' indicati.

Dublin

CONT

5 KVA

Pri 3x400V 4.16 A

Sec 3x208V 13.87A

Domani espero, vedro' di verificare il tutto... non vorrei che dentro mi ci trovo con un trafo di potenza diversa. Verifichero' anche sul quadro del trafo i valori di corrente per i magnetotermici...

Forse dovrai cambiare il trafo

Se cosi' e', andro' avanti col test solo per una testa, gia' che il SW di controllo lo ho fatto in modo di poterli gestire separatamente uno dal altro (Destra-Sinistra). Poi, se loro sono interessati ad aumentare il trafo ben venga. Per me a questo punto mi basta che arrive l'UPS al piu' presto, installarlo e validare i resultati.

Ciao.

P.S. : Per il validation test delle teste sul prototipo non sarebbe dopotutto necessario averne tutte e due

accesse contemporaneamente, percio' potrebbe eventualmente restare il trafo da 5 KVA