Usare un motore come freno e viceversa

[Maurizio1957]

Buongiorno a tutti, avrei bisogno di consigli da parte di chi ha più esperienza di me nel settore dell'elettromeccanica. Per una mia applicazione che sto costruendo avrei bisogno di un motore che possa agire anche come freno; mi spiego meglio: io sto costruendo una macchina che può lavorare sia assorbendo energia meccanica dal motore sia assorbendo energia meccanica da una fonte esterna, ed in questo caso il motore dovrebbe agire come freno per mantenere le velocità costanti e/o controllate; il passaggio da una condizione all'altra dovrebbe essere dolce e graduale, non è da escludere che possono verificarsi situazioni in cui questo scambio di energia meccanica sia molto basso, cioè che il motore e la macchina lavorino alla solita velocità. Tutto quanto dovrebbe essere controllato da un software che gira su un PC.
Le potenze in gioco non sono molto elevate, ad occhio direi tra i 500-1000 W in funzionamento come motore e 500W max come freno. Le domande che vorrei fare al forum sono: Quale è un tipo di motore adatto per questo lavoro?
Esistono controllori industriali adatti per questo scopo? Ringrazio in anticipo per le risposte
Maurizio

[carlomariamanenti]

Ciao Maurizio1957, benvenuto nel forum.
Quello che chiedi può essere realizzato con differenti tipologie di motori.
Analizzando la tua richiesta descrivi di voler impostare il controllo di velocità mediante un PC, quindi presumo che il drive che controllerà il motore dovrà essere munito di un bus di comunicazione compatibile con gli standard per PC. Per definire il tipo di bus è importante conoscere il linguaggio di programmazione che vorresti utilizzare per l'applicazione PC perché la gestione dello stesso risulti la più comoda possibile.
In riferimento alla scelta del motore ed ad un eventuale feedback di velocità per poter scegliere il tipo di motore è fondamentale conoscere la precisione della regolazione richiesta dall'applicazione e il range di velocità di funzionamento.

Quindi, per poterti meglio aiutare, avrei alcune domande da porti:
Quale linguaggio per l'applicazione PC?
Quale la precisione della velocità da regolare?
Quale la minima e la massima velocità richiesta?

Un saluto, -carlo.

[Maurizio1957]

Buongiorno Carlo, grazie per la sollecitudine della risposta; ti dò le informazioni che mi chiedi:
Per il linguaggio da usare per la programmazione ho fatto qualche esperienza in passato col Delphi, ho più familiarità col C ma su microcontrollori ( in effetti penso che userò un micro come interfaccia tra scheda comando motore e PC, ma a questo penserò in seguito, per ora sto lavorando ancora sulla parte meccanica);
precisione sulla velocità : non so se i controllori per motori permettono la regolazione continua o a step; avrei bisogno di una regolazione molto fine;
range di velocità: dovrei azionare un rullo nel range da circa 200 a 900 giri/min, ma con partenza dolce da fermo, e la coppia che dovrà fornire il motore mediamente sarà massima alla velocità di 800-900 giri/ min, mentre alle basse velocità il motore lavorerà prevalentemente da freno.
Spero di aver fornito tutti i dati, ti ringrazio in anticipo.
Maurizio

[carlomariamanenti]

Ciao Maurizio1957, a naso, la tua applicazione sembrerebbe quella tipica di uno svolgitore.
A parte questo ti confermo che non è un problema ottenere elevate precisioni, tutto dipende dal tipo di controllo e dal tipo di feedback in utilizzo.
In riferimento al tipo di motore invece molto dipende alla cinematica della meccanica in uso.

Cercherò brevemente di spiegarmi meglio:
Nell'ipotesi di un motore asincrono, per il range di velocità richiesto: 200rpm - 900rpm, potremmo ipotizzare l'utilizzo di un motore a 4 poli risotto con un rapporto meccanico di circa 1 - 1,5. in questo caso il motore funzionerebbe a circa 1500rpm, (targa), per la massima velocita, e circa 300rpm per la minima velocità.

Ora, 300rpm per un motore asincrono corrispondono ad una frequenza di comando pari a 10Hz. In questo caso l'utilizzo di un motore asincrono autoventilato standard è fortemente sconsigliato perché a velocità così basse la ventola non sarebbe in grado di raffreddare correttamente il motore. Quindi ti consiglierei di utilizzare, nel caso di un asincrono, un motore servo-ventilato.

Differente condizione invece se decidi di utilizzare un asse brushless a magneti permanenti.

Per quanto riguarda il set point di velocità, nel caso di un asincrono, potrebbe servire un encoder per la chiusura dell'anello di velocità e per un controllo accurato della stessa.

Ora, per continuare nell'analisi è fondamentale capire cosa controlla il set point di velocità. Si tratta di una macchina tipo svolgitore? Se si, il sistema deve essere sincrono con un'asse master? Esistono attuatori di controllo, ballerino, cella di carico, sensori di diametro ... che contribuiscono all'impostazione del set point del sistema?

Come potrai notare sono innumerevoli le informazioni necessarie alla scelta del sistema motore e controllo; non ultima una descrizione della meccanica in utilizzo allo scopo di poter dimensionare correttamente l'asse.

Ti chiederei di "postare" un diagramma descrittivo dell'applicazione utilizzando FidoCadJ e/o comunque una descrizione più dettagliata del sistema per poterti meglio aiutare.

-carlo.

[Maurizio1957]

Buongiorno Carlo, scusa il ritardo nella risposta ma avevo spedito un messaggio qualche giorno che non è mai apparso nel forum, adesso lo ripeto.
Il motore mi serve per azionare una macchina a cui stavo pensando da molto tempo e che ora ho iniziato a fare: una macchina per allenamento in bici ( ad uso personale, non commerciale) con una struttura simile a un tapis roulant dove di solito si corre a piedi.
Ho recuperato un vecchio nastro trasportatore di circa 4 mt di lunghezza azionato da un motore trifase con riduttore a vite senza fine, da sostituire con altro riduttore e motore di cui sopra, ho recuperato un banco con rulli su cuscinetti di dimensioni uguali al nastro, il nastro dovrà scorrere sui rulli invece di scivolare sulla lamiera per ridurre gli attriti, il tutto dovrà essere inclinabile per simulare le salite mentre la velocità di scorrimento del nastro sarà controllata da un sistema che legge la posizione della bici rispetto alla lunghezza del nastro e varia la velocità di scorrimento per mantenere la bici all'incirca a centro nastro: se la bici va avanti accelera, se la bici va indietro rallenta. Il progetto è ambizioso, e non sono sicuro al 100% che funzioni, non sono un professionista della meccanica e non ho attrezzature particolari oltre trapano, moletta e saldatrice, faccio affidamento su vari amici meccanici professionisti e chiedo consiglio a chi ne sa più di me. Per chiarire meglio il tutto allego uno schizzo (ignobile!). Saluti, Maurizio

[Candy]

Se l'idea è "interessante", il risukltato non è così immediato e semplice, se non hai le conoscenze del settore.
Immagino in questo momento: rilevare la posizine della bici? controllare la velocità del motore?
Cose semplici per chi lo sa fare, (a parte ancora il cosa c'è dietro), ma se come dici non hai esperienza, rischi di accumulare dei ferri vecchi, senza giungere ad un reale risultato, ed un giorno ti stuferai e metterai tutto in un angolo.
Ad esempio, (io sto pensando a questo dettaglio), come rileverai la posizione della bici, in modo pratico e funzionale?

[Maurizio1957]

Buongiorno Candy, le tue obiezioni sono corrette, esiste il rischio reale di accumulare ferramenta per nulla, infatti dal momento in cui ho avuto l'idea di costruire questo 'coso' al momento in cui ho iniziato a fare qualcosa sono passati circa 2 anni, ed ho iniziato quando ho trovato nastro e rulliera a costo 'circa zero', assolutamente non avrei iniziato se avessi dovuto investire varie centinaia di euro col rischio di fare solo 'ferraccio'.
Per quanto riguarda la misurazione della distanza: ho fatto una ricerca lampo sul web e ho visto su vari siti di materiali per robotica i sensori a ultrasuoni: costano poco e arrivano a qualche metro di distanza con precisione di qualche cm che per me è più che sufficente, li prenderò in considerazione, chi ha altre idee da dirmi ben venga.
Ora faccio io qualche domanda: gli inverter per controllo dei motori trifase esistono anche con alimentazione monofase 230V, quindi la max tensione trifase in uscita sarà 230V eccetto qualche piccola caduta;
1) come si comporta con questa tensione un motore trifase 4 poli da 1,5 cavalli nato per 500 stella - 260 triangolo?
2) quanto posso andare oltre i 50 Hz col solito motore per aumentare la velocità oltre i suoi circa 1500 giri/min.? ( considerando che questo motore è in buono stato ma vecchio di circa 25 anni!)
Saluti, Maurizio

[Candy]

1) Il sensore ad ultrasuoni è il meno affidabile in questo caso. Per esperienza ti dico che deve essere molto, ma molto stabile l'ancoraggio, focalizzato e tarato per un preciso oggetto, fermo. tutte condizioni che ti mancano e nemmeno immagino quale possa essere il risultato in questo caso. Tieni presente che hai in mente di ottenere una misura precisa, non qualcosa che si fermi od acceleri di botto, ogni tanto, a suo piacere.
2) Il motore a 260V trifase a triangolo, alimentato da un inverter monofase può essere un problema, come può andare bene. non sono questi i parametri di riferimento, ma sarà importante progettare il sistema dal punto di vista della coppia resistente e quella motrice. Quindi, prima di tutto valuta, numericamente e praticamente la coppia resistente, poi scegli il motore. Altrimenti, resterai unicamente deluso.

[carlomariamanenti]

Ciao Maurizio1957, perdona il ritardo nel risponderti ma riesco a leggere le tue risposte solo ora.
Ho visto il tuo disegno e ti confermo che quanto vuoi realizzare non è banale, non tanto dal punto di vista del controllo quanto invece dal punto di vista della sicurezza.
Come giustamente osservava Candy, per realizzare quanto chiedi dovresti procedere per stadi: innanzitutto servirebbe da parte tua una più dettagliata descrizione della meccanica e della cinematica di trasmissione del moto, (velocità, proflili di moto,masse, diametri, rapporti di riduzione ...), questo allo scopo di verificare se il motore in tuo possesso possa comandare quanto da te realizzato.
Se così fosse allora si dovranno analizzare quelle che sono le specifiche di funzionamento da te desiderate per continuare l'analisi e definire quindi un'architettura hardware definitiva soppesando tutti gli aspetti relativi alla sicurezza del controllo.
Resta inteso che anche nel disegno meccanico della tua macchina dovranno essere soppesati gli aspetti relativi alla sicurezza, ma per questo confido nella capacità dei tuoi conoscenti esperti di cu scrivevi.
A mio parere molto deve essere ancora analizzato e verificato prima di procedere alla scelta del drive che controllerà il motore e ai sensori.

Io ti suggerirei di incominciare con la descrizione nel dettaglio della meccanica ad oggi realizzata e delle specifiche di funzionamento che desideri ottenere.

-carlo.

[Maurizio1957]

Buongiorno, rispondo a Candy:
quello che mi dici riguardo ai sensori a ultrasuoni è molto interessante e può risparmiarmi delle perdite di tempo, ti ringrazio e farò altre ricerche;
per il secondo punto indicato da Candy e da Carlo dico che per ora ho raccolto materiale ma non ho ancora montato nulla, appena avrò qualcosa di più concreto in mano mi rifarò vivo;
per quanto dice Carlo sui problemi riguardo la sicurezza, beh... questo mi preoccupa anche me, non ho idea che effetto faccia correre in bici su un nastro sferragliante sotto le ruote, per fare il primo test aspetto da un tornitore locale un supporto per un cuscinetto, poi farò qualche test e vedrò...
Se avete voglia di leggere vi racconto una storia accaduta qualche anno fa ad un mio amico: dopo aver montato e imparato a far volare un modellino di elicottero si era fissato con l'idea di autocostruirsi un elicottero monoposto completamente fatto in casa: aveva trovato un motore di una Yamaha 1000 incidentata, studiato, calcolato e ordinato a una officina 4 ingranaggi per fare 2 coppie coniche su misura, costruito telaio, comandi, comprato ( oltre a tutto il resto) un tubo di alluminio diametro 30 cm per 4 metri per fare la coda, addirittura le 2 pale del rotore principale fatte in casa con fibra di vetro e resina epossidica, e quant'altro.... addirittura una delle prime spese era un navigatore GPS aereonautico pagato una fortuna, si parla del 1990 o giù di li...
A lavoro finito, al momento del collaudo aveva installato una zavorra per simulare il peso del pilota e servocomandi da usare con la radio del modello, il collaudo è iniziato, dato gas, l'elicottero ha iniziato a sollevarsi da terra e ... l'ha fatto scendere subito perche si è reso conto che lui lì dentro non avrebbe mai avuto il coraggio di starci!
Morale della favola: questo è un rischio che sto correndo anche io, ma almeno un test lo posso fare prima di aver completamente finito di montare tutto il macchinario.
Chiedo scusa per questa divagazione storico-letteraria, e saluto tutti.
Maurizio