Calcolo rendimento motore as. a varie frequenze

[gafra]

Buon giorno a tutti,
sono un nuovo iscritto di questo forum (veramente molto utile).
Vorrei chiedervi un aiuto... sono un po' arrugginito in elettrotecnica.
Cercherò di esporre brevemente il quesito: ho collegato un azionamento ACS550 tramite un cavo trifase di 40m ad un motore asincrono; a quest'ultimo è collegato un motoriduttore ed il tutto movimenta un sistema con tre pale. Dovendo caratterizzase il sistema per comprendere la resistenza che il carico incontra nell'aria al variare del numero di giri, ho cominciato ad agire sulla frequenza di alimentazione, incrementandola da 0Hz a 13Hz a step di 0.5Hz. Tramite l'ACS550 ho potuto leggere la tensione di alimentazione, la corrente assorbita e la potenza in kW impiegata dal motore. Tramite un sensore aggiuntivo ho potuto leggere il numero di giri eseguito dal sistema. I dati di targa del motore e del motoriduttore sono:

Motore Motoriduttore
P= 4kW rapporto di riduzione= 4.7
V= 380-400V
cosφ= 0.85
rpm= 1440

poiché la potenza che leggo è immediatamente a valle dell'azionamento, per calcolare la potenza effettivamente richiesta dal sistema dovrei tener conto delle perdite nel cavo (40m), del rendimento elettrico e meccanico del motore, del rendimento meccanico del motoriduttore. Il problema è che non conosco i vari rendimenti al variare della frequenza e mi è estremamente difficile (se non impossibile) eseguire delle prove per caratterizzare i vari componenti poiché il tutto è montato e di difficile accesso (in realtà per il motoriduttore potrei assumere un valore costante del rendimento, anche se non è corretto, ma per il motore come faccio????????????????). Avevo pensato anche di impiegare un sensore per leggere la coppia meccanica resistente e poter calcolare rapidamente la potenza richiesta, ma è complesso andarlo a posizionare).

Vi ringrazio anticipatamente per il prezioso ausilio che potrete darmi.
Saluti e buon ferragosto
gafra

[gafra]

Sono ancora gafra,
scusate la dimenticanza, se potete inviate una copia della risposta anche alla mia mail: fg.garofalo@tiscali.it

Ancora saluti
gafra

[fpalone]

Salve gafra,
in effetti con così poche informazioni non è semplice andare a calcolare quello che ti serve, se non in linea di massima.
Le perdite sul cavo le puoi calcolare come 3 x R X I^2, dove R = 0.018 X(l/S) Ohm.
Le perdite del motoriduttore puoi approssimarle con rendimento costante se non hai dati più precisi, mentre per valutare le perdite nel motore hai due strade:
1) andare a stimare le costanti fisiche del motore e calcolare per ogni valore di frequenza, corrente e scorrimento il rendimento. Per fare questo ti serve qualcosa in più dei dati di targa (valori di resistenza rotorica e statorica, induttanza diretta e in quadratura, di dispersione ecc..)
2) stimare di volta in volta il rendimento come la media aritmetica tra (1- s) e il cos(phi). Per esempio a regime nominale il motore dovrebbe avere un rendimento di circa (0.85 + (1440/1500))/2 = 0.9.
Calcola però che questo metodo è piuttosto approssimativo e ti può dare un errore di alcuni percento sul rendimento, quindi può andare bene solo per una prima stima.

[gafra]

Grazie fpalone,
comunque volevo sapere se in linea di massima esistono delle curve sperimentali da poter impiegare per il rendimento una volta conosciuto il tipo di motore.
Per quanto riguarda il secondo metodo che mi hai suggerito, volevo saperne di più; dai dati in mio possesso posso calcolare correttamente lo scorrimento s=(nstat-nrot)/nstat (conosco la frequenza di alimentazione e quindi la velocità del campo magnetico rotante statorico nstat, e conosco la velocità di rotazione del rotore mediante la lettura del sensore esterno nrot) e per quanto riguarda il cosφ conosco la tensione e la corrente di alimentazione e la potenza in kW assorbita dal motore, quindi posso assumere cosφ=P/(3^0.5*V*I)? Potresti inviasmi qualche spiegazione in più su come si arriva ad assumere una stima del rendimento pari alla media fra s e cosφ?
Se invece dovessi poter disporre di un altro motore simile a quello installato ( ~ stessi dati di targa ma diverso produttore) che genere di prova dovrei fare per caratterizzare il motore?
P.S. se puoi, inviami una copia della risposta anche alla mia mail: fg.garofalo@tiscali.it

Saluti
gafra

[fpalone]

Per un motore asincrono è possibile trovare in modo semplice la curva del rendimento a partire dal diagramma circolare del motore ( che si può costruire a partire dalla prova a vuoto e in c.to-c.to o a vel nominale). Il problema è che avendo a che fare con un azionamento a velocità variabile il rendimento diventa funzione della frequenza, nonché dalla modalità di lavoro dell'inverter (se è scalare oppure vettoriale, se lavora a scorrimento costante oppure rendimento costante).
Il cosφ lo calcoli come hai scritto, per quanto riguarda la stima del rendimento con il cosφ e con lo scorrimento essa deriva da una approssimazione grafica sul diagramma circolare del motore asincrono, che è abbastanza valida per regioni di lavoro vicine a quella nominale...

[gafra]

Da quello che mi dici tale stima del rendimento vale per regioni di lavoro vicine a quella nominale... ma per frequenze da 0 a 13Hz mi trovo ben lontano da questa situazione. Per quanto riguarda eventuali curve sperimentali già esistenti per motori analoghi ne sai qualcosa?
Grazie per avermi inviato la risposta anche per mail
Saluti
gafra

[fpalone]

Non mi sono spiegato bene, scusa : per regioni vicine a quella nominale intendo in termini di scorrimento, cioè laddove non ha troppa importanza la corrente di magnetizzazione.
Che io sappia al massimo si trova la curva scorrimento-rendimento per la frequenza di alimentazione nominale (50-60 Hz) anche perché come ti dicevo il rendimento dipende molto dalla modalità di lavoro dell'inverter.

[gafra]

Scusami ancora, che intendi per modalità di funzionamento dell’inverter (mi sa che non sono solo un po’ arrugginito in elettrotecnica, ma questo idrossido è ormai negli strati più profondi….)?
Io imposto semplicemente la frequenza ed in uscita, una volta stabilizzato il sistema (ossia i valori letti in uscita restano praticamente costanti nel tempo), leggo la tensione, la corrente e la potenza attiva.

Saluti
gafra

[fpalone]

Se puoi impostare solo la frequenza allora è probabile che l'inverter sia un inverter scalare piuttosto semplice; inverter più avanzati (vettoriali e non) sono in grado di lavorare a cos(phi) costante, a rendimento ottimale oppure a scorrimento costante.
Non avendo altri parametri a disposizione credo che la stima a mezzo del cos(phi) sia accettabile... a meno che non ti occorrano risultati estremamente precisi, ma a quel punto ti conviene ottenere, se ci riesci, dal costruttore i parametri fisici del motore per poi fare conti precisi magari con un software tipo matlab

[mario_maggi]

gafra,
la soluzione non e' semplice. Non ha senso confrontare motori simili, basta poco per avere grandi differenze di rendimento.
Puoi chiedere di provare al freno dinamometrico QUEL motore con QUELL'inverter, ma e' molto probabile che nelle condizioni reali il motore funzioni in condizioni di rendimento peggiori di quelle misurate.

Mi rendo conto che e' difficile montare un torsiometro, forse dovresti cercare una soluzione che impieghi un braccio di reazione con molla e celle di carico.

Ciao
Mario