Elettromandrino 400 Hz.

[archimede45]

buon ferragosto a tutti. Mi sono messo in testa di costruirmi un elettromandrino trifase ,e di pilotarlo con un inverter a circa 400 Hz. come base vorrei usare un motore da circa 500 W.di cui posseggo alcuni esemplari , anche bruciati e quindi da riavvolgere. per la parte meccanica sono cosciente (credo) delle problematiche da affrontare ,cuscinetti-equilibratura -forza centrifuga ecc. e penso di poterle gestire, avrò anche maggiori perdite nel ferro che non so quantificare ma che non ritengo un grosso problema visto lo scopo prevalentemente didattico. dove avrei bisogno di chiarimenti è sul dimensionamento degli avvolgimenti e sull' inverter. è corretto dimensionare l'avvolgimento a circa 35/50 v. triangolo-stella 50hz ? per avere la coppia nominale a 400 Hz? (sono in grado di eseguirlo personalmente) . Si trova correntemente un inverter a 200- 400 Hz da 0,5-1 kW ? e quanto mi può costare ? secondo voi a quali altri problemi andrò incontro ? ho posto il quesito in altri forum, ma dopo alcune generiche perplessità la discussione è sfumata. che caratteristiche costruttive hanno tali motori ? grazie a tutti per l'attenzione archimede45

[carlomariamanenti]

Ciao archimede45, per realizzare quanto desideri dovrai a mio avviso considerare alcuni aspetti non di poco conto:

Per quanto riguarda l'inverter non vi sono problemi relativamente alla frequenza da raggiungere che non è per un oggetto "standard" una frequenza proibitiva, dovrai invece selezionare il prodotto che vorrai utilizzare perché questo sia in grado di garantire una buona qualità del segnale in uscita; non escluderei l'utilizzo di filtri all'occorrenza.

Per il motore invece dovrai porre attenzione sia alla costruzione meccanica che a quella elettrica, aspetti tra loro direttamente collegati. Potendo scegliere io non opterei per un motore deflussato ma prediligerei un avvolgimento che faccia corrispondere alla tensione nominale la massima frequenza. Fai attenzione anche alla massima classe di isolamento del motore che per frequenze elevate deve garantire di sopportare tutte le vibrazioni del caso, vibrazioni causate non solo dalla meccanica in rotazione ma soprattutto dalla qualità della forma d'onda dell'inverter; da qui le considerazioni riportate nella prima parte del post.

[Candy]

Perché 35 V - 50 V?
Gli inverter commerciali, ed anche i motori, funzionano a 230 V o 400 V, se utilizzassi un motore da 50 V appena lo avvii, alla prima rampa, fumerà e butterai tutto nell'immondizia.

Per il resto, sono molto reticente ad utilizzare alla frequenza di 400 Hz un motore costruito per 50 Hz. Già oltre 80 Hz non avrà più coppia da offrire. A 400 Hz avrà uno scorrimento indefinibile, probabilmente unitario.

[archimede45]

grazie perle risposte: il discorso che non mi è chiaro è proprio questo, se io uso un motore trifase adatto a 220 V 50 Hz. quando lo alimentassi a 220 v 400 Hz la coppia mi si riduce di 8 volte (400/50) per cui per ottenere la stessa coppia dovrei alimentarlo a 220x8 = 1760 v. se ho capito bene la formula della coppia. per questo ho pensato di dimensionare l'avvolgimento per una tensione 8 volte inferiore a 50hz. probabilmente mi sfugge qualcosa. naturalmente curerei in maniera particolare l'isolamento ,vorrei capire se il concetto è giusto. grazie archimede45

[Candy]

A quelle frequenza dubito che la coppia sia ancora un ottavo della nominale, che, se anche fosse, sarebbe già poca cosa.
C'erano in rete delle guide di SEW, ma forse anche altre, relative alla variazione di coppia. Bisogna cercare.

Però, trascuri il fatto che, per raggiungere 400 Hz, occorre fare la rampa partendo da zero hertz e passando per cinquanta hertz, ossia tutta la zona di funzionamento alla tensione massima, dove, come già scrivevo, col tuo ragionamento bruceresti tutto.

[carlomariamanenti]

Ciao archimede45, vorrei cercare di spiegarti in modo semplice quali gli aspetti da considerare nell'applicazione da te ipotizzata; se quanto segue dovesse per te risultare troppo banale perdonami, è solo un esempio.

Facciamo un poco di ordine.

Innanzitutto una nota sulla velocità del motore: per semplificazione ipotizziamo un funzionamento sincrono dello stesso tralasciando così di descrivere gli aspetti relativi allo scorrimento che in casi come questi diventano fondamentale; ma vorrei eventualmente trattare questo aspetto più avanti.

Se il tuo motore fosse 4 poli per una frequenza di 400Hz raggiungerebbe una velocità pari a 12000rpm, velocità che raddoppierebbe a 24000rpm nel caso in cui il motore fosse un 2 poli.

Questo tipo di motori sono molto particolari e sono tipicamente utilizzati nelle macchine utensili, una fresa per il legno ad esempio; oppure come fusi motorizzati nel tessile dove vi sono motori che raggiungono anche velocità prossime ai 36000rpm.

In ciascuno dei due esempi applicativi che ti ho riportato i motori sono sempre avvolti con un rapporto U/F, (tensione/frequenza) tale per cui la massima velocità corrisponde alla tensione e alla frequenza di targa del motore: nel tuo caso 400V/400Hz.

Nota che difficilmente troverai un motore di questo tipo con collegamenti stella/triangolo, si tratta infatti quasi esclusivamente di motori speciali costruiti appositamente.

In questo caso l'inverter che controlla il motore dovrà essere programmato per identico rapporto U/F.

La tua idea di deflussare il motore invece non ti porterà molto lontano: ipotizziamo di lavorare con un rapporto U/F pari a 400V/50Hz e una frequenza massima di 400Hz, questo significa che sino alla frequenza di targa, ovvero 50Hz il motore funzionerà correttamente, al superamento di questa condizione il valore della frequenza aumenterà ma quello di tensione rimarrà invariato con il risultato che il motore aumenterà la sua velocità sino a che la sua curva di coppia glie lo permetterà per poi "sganciarsi" dal segnale che lo pilota per entrare in scorrimento per poi scaldarsi e quindi bruciare così come ti ha espressamente indicato Candy nelnpost precedente.

Esistono nell'industria molte applicazioni nelle quali si utilizza deflussare un motore facendolo funzionare oltre la sua velocità di targa, una su tutte l'applicazione avvolgitore/svolgitore dove per la particolare dinamica dell'applicazione il motore viene fatto funzionare si ad una velocità di valore superiore a quella di targa ma la "deficienza" di coppia non influisce sul funzionamento del sistema proprio perché l'applicazione richiede appunto solo una piccola parte della coppia nominale per la velocità massima ... cosa non vera nella tua applicazione in quanto un elettro-mandrino pretende la coppia nominale alla massima velocità.

Sappi che realizzare e far funzionare correttamente motori asincroni, (in questo caso), ad elevata velocità non è cosa semplice, molti gli aspetti da considerare:

Tipologia dei lamierini del motore e la tecnologia per assemblarli affinché possano sopportare le vibrazioni meccaniche, le vibrazioni "elettriche" causate dalla bontà della tensione di comando proveniente dall'inverter.

Particolare costruzione meccanica, cuscinetti, eventuali ammortizzatori, bilanciamento ad alta velocità.

Particolare cura nella scelta della classe di isolamento del motore e di conseguenza particolari condizioni per i test di Surge.

Configurazione meccanica del motore per garantire il dissipamento della temperatura: a queste velocità il motore non può essere ti tipo auto-ventilato, inoltre in molte applicazioni è impossibile anche applicare servo-ventilazioni esterne.

La difficoltà nella scelta dell'inverter da utilizzare e degli eventuali filtri da applicare tra lo stesso e il motore.

Queste sono solo alcuni degli aspetti da considerare per approcciare in modo serio all'applicazione che desideri realizzare.

Perdonami se mi sono dilungato ma riassumere in poche righe tutte le problematiche relative al controllo di motori ad alta velocità non è cosa semplice.

[archimede45]

ciao carlomariamanenti prima di tutto grazie per il tempo dedicatomi, e per le delucidazioni, quello che dici è tutto giusto e lo capisco, ma ammettiamo a solo scopo didattico che io volessi riavvolgere un motore trifase diciamo a 4 poli adeguato alla tensione di 220 V 400hz ,è giusto il ragionamento che facevo all'inizio ? cioè di dimensionare l'avvolgimento in maniera tale che se poi lo alimentassi a 50 Hz per non arrostire avrebbe bisogno di una tensione di circa 230/8 =29v circa ? Un inverter diciamo da 400 Hz alla partenza deve necessariamente partire da zero o parte direttamente a 400 Hz. scusa tutte queste domande ma vorrei capire , non ho mai usato un inverter. potresti indicarmi un sito dove apprendere le caratteristiche costruttive di questi motori ? ti ringrazio per la pazienza archimede45

[carlomariamanenti]

Semplificando la cosa per una curva U/F lineare applicata ad un motore avvolto per 230V/400Hz il tuo ragionamento è corretto: se a 400Hz corrispondono 230V a 50Hz corrispondono 28,75V.

Per quanto riguarda il transiente di accelerazione dell'inverter sarai tu a decidere per come lo programmerai quale la rampa di accelerazione e decelerazione desideri.
L'utilizzo di un inverter ti permette di modulare i transienti di accelerazione che desideri, quindi potrai accelerare il motore sino alla frequenza impostata per un tempo programmato durante il quale, sempre ipotizzando una curva lineare e senza compensazioni alcune, il rapporto U/F sarà sempre mantenuto costante.

[archimede45]

Ti ringrazio di cuore

[carlomariamanenti]

Di nulla figurati.