Tecnica degli 87 Hz

[SandroCalligaro]

Nel mio post precedente ho riassunto in poche righe e necessariamente semplificato delle cose, ma non mi sembra che ci sia niente di sbagliato nel ragionare in questo modo (tensione impressa).
Ovviamente molte considerazioni sono riferite solo al punto a frequenza e corrente massima, per semplicità, e non a tutti quelli intermedi.

Un buon motivo per ragionare a tensione impressa viene dal fatto che molti inverter vengono fatti lavorare con "controllo" (se si può chiamare così) scalare (V/f) open-loop, perciò è effettivamente la tensione ad essere imposta, semmai spetta a chi configura l'inverter scegliere la curva V/f.

In controllo vettoriale le cose sono un po' più complicate, e comunque la corrente non viene mantenuta necessariamente al valore nominale, ma si fissa solitamente un riferimento di flusso, ed il valore di quel flusso dipende principalmente dai valori nominali di frequenza e tensione inseriti (i quali cambiano a seconda che il collegamento sia stella o triangolo, ovviamente).

Qualunque sia il tipo di controllo, a parità delle altre condizioni il funzionamento a regime è lo stesso, essendo imposto dal comportamento della macchina e non dell'inverter (ho scritto un'ovvietà).
Il controllo dovrà rispettare il vincolo della massima tensione disponibile all'inverter. Se è fissata la massima tensione concatenata (che dipende dalla tensione di bus DC), a triangolo questa viene applicata interamente ad un singolo avvolgimento. Quindi è possible rispettare il vincolo di tensione lavorando a triangolo con lo stesso flusso (quindi stessa corrente) e frequenza volte maggiore.
N.B.: qui stavo trascurando il problema termico.

Sul problema delle perdite non ho nessuna certezza, ma ho letto più volte (e l'OP lo conferma avendo trovato un documento in proposito) che in parecchi casi si è applicata con successo questa "tecnica degli 87 Hz".
Le perdite joule dovrebbero rimanere uguali, perché sia le correnti su ciascun avvolgimento di statore che quindi il flusso di rotore rimangono uguali. Cambiano ovviamente le perdite nel ferro.
A velocità maggiore aumenta anche l'auto-ventilazione, che se da un lato permette di asportare più calore dal motore, dall'altro significa anche maggiori perdite meccaniche.
Non mi sembra scontato capire quanta coppia sia effettivamente disponibile a 87 Hz con collegamento a triangolo. Mi aspetto che sia maggiore (forse di poco, chissà) di quella che si avrebbe a stella, considerando anche che la potenza apparente è aumentata di volte...

passando da 50 Hz a triangolo a 87 Hz a stella la tensione sul singolo avvolgimento resta invariata

Non direi, Mario. Passando da stella a triangolo, applicando la stessa tensione a frequenza aumentata di volte, il flusso rimane uguale.

[CarloCoriolano]

Esatto. rimane uguale il flusso, ossia la corrente di avvolgimento.
Il problema della sovratensione non si pone molto, i motori per inverter hanno avvolgimenti appositamente isolati, causa le sovratensioni di commutazione che occorre aspettarsi, quindi, di fatto, in pratica resistono bene ad una tensione efficace maggiore di radice tre volte. (Sappiamo bene che l'avvolgimento si vede sempre applicate delle fettine o fettone di tensione uguale a quella del bus c.c., indipendentemente dal valore efficace).
Aspettavo che OP rispondesse alle domande, per preparargli due spiegazioni veloci, se ne risultero` all'altezza, ma vedo che non interviene piu`... Sara` andato al mare.

[loganwolverine]

Grazie a tutti delle informazioni, purtroppo non sono andato al mare. :)
Aspettavo a commentare per prender tempo ed informarmi meglio sulla questione prima di scrivere fesserie.

Ho chiesto ad una persona più qualificata di me che mi ha risposto (alla stessa domanda che ho postato nel forum) in questo modo:

Per prima cosa un motore che a triangolo ha una tensione nominale di 230V non puo’ essere alimentato a 400V, a triangolo, per il pericolo di danneggiare l’isolamento. Mediante l’inverter puo’ aumentare la frequenza ma a parità di tensione (quindi va in deflussaggio).
Se l’isolamento permettesse di alimentare il motore, connesso a triangolo, a 400V 87Hz, la potenza aumento di radq(3), la tensione è aumentata di radq(3) quindi la corrente non cambia e rimane la nominale. Da un altro punto di vista: il flusso rimane lo stesso (V/Hz costante), la coppia rimane costante->la corrente di coppia e la corrente di flusso rimangono costanti, quindi anche il modulo della corrente statorica. Una correnet maggiore della nominale, per lungo tempo, puo’ danneggiare la macchina (ne riduce il tempo di vita).

Ammesso che come ho letto dai vostri commenti un motore asincrono progettato per funzionare con l'inverter sia dimensionato per permettere all'isolamento di resistere ad eventuali tensioni superiori proprio per gli spike dovuti all'inverter.
Non riesco a capire come mai la corrente rimane costate. Se qualcuno riuscisse a spiegarmelo con formule immaginando il circuito equivalente ne sarei molto grato.

Grazie

[CarloCoriolano]

Ragiona su questi concetti fondamentali, se ti sono noti: su una bobina, alimentata in c.c., trascorso il transitorio di magnetizzazione, circola una corrente dipendente dalla resistenza serie, che, tende a zero, quindi una corrente che tende a valori altissimi. Un corto circuito.
LA medesima bobina, alimentata in corrente alternata, invece, si lascia attraversare da una corrente, a regime, inferiore. Infatti, causa il fenomeno di auto induzione, la bobina diventa un generatore di tensione alternata, contraria a quella applicata ai suoi capi, di alimentazione.

Cosa succede se si varia la frequenza della tensione di alimentazione? Succede che anche la corrente circolante avra` la medesima frequenza, e, all'aumentare della frequenza della corrente, aumenta la tensione indotta sulla bobina.

In altre parole: al variare della frequenza della corrente, varia la tensione autoindotta sulla bobina, in modo praticamente lineare, quindi, come per tutta la banda di frequenze che stanno tra 0 Hz e 50 Hz, si aumenta linearmente la tensione di avvolgimento fino alla nominale, con risultato di una corrente di avvolgimento "costante", ovvero, coppia "costante", si puo` proseguire ancora anche oltre 50 Hz.

Un inverter alimentato a 400 V trifase, ha una tensione sul bus c.c. di poco meno di 600 V, e quindi puo` erogare una tensione trifase di uscita di circa 400 V.
Se, rispetto alla regola precedente, (puoi farti un grafico da solo), continui ad aumentare la tensione, oltre 230 V, l'inverter puo` appunto raggiungere 400 V in uscita. Per evitare di sovraccaricare il motore, pero, si fara` raggiungere 400 V ad 87 Hz, che e` il naturale proseguimento della retta V/f oltre i 50 Hz.

Per farlo, serve un avvolgimento che a 50 Hz abbia tensione di lavoro di 230V, quindi, il collegamento a triangolo di un comune motore Y/D 400/230.

Tieni presente che tutti gli inverter sono, di base, generatori di tension e frequenza che seguono da 0 Hz a 50 Hz la retta V/f. Poi ci sono vari accorgimenti per recupare fenomeni vari, ma la sostanza e` quella.

Per riassumere: un avvolgimento che a 50 Hz e` alimentato alla tensione di 230 V, per alimentarlo a 400 V occorre portare la frequenza ad 87 Hz, per avere una corrente circolante uguale. Per le frequenze intermedie, quindi, si avra` una variazione proporzionale di tensione.

Questo e` utilissimo ai fini pratici, perche` con l'uso degli inverter V/f, superando i 50 Hz, e` vero che il campo magnetico rotante va piu` veloce ed il rotore dovrebbe aumentare di velocita`, ma parimenti il motore perde coppia, perche` non si aumenta la tensione di alimentazione, quando invece aumenta quella autoindotta, ovvero ,in altri termini, si riduce la corrente di avvolgimento e la coppia motrice. Il motore si siede e, gia` ad 80 Hz la coppia motrice risultante tende a zero.

Con questo trucco invece si fa lavorare il motore nela cosidetta regione di coppia costante da 0 Hz fino ad 87 Hz, un bel vantaggio, purche`, appunto, gli isolamenti reggano, (e solitamente lo fanno), lo sforzo.

[loganwolverine]

Grazie mille per la risposta esaustiva e per aver perso del tempo a rispondermi. In sostanza, se ho capito correttamente, riesco a mantenere la corrente nominale pur aumentando la tensione (e anche la frequenza) perché la reattanza degli avvolgimenti alla circolazione della corrente , come sappiamo, cresce con la frequenza. è corretto dire che l'impedenza equivalente del motore asincrono trifase vista dallo statore quindi aumenta all'aumentare della tensione (mantenendo il rapporto V/Hz costante) lasciando così costante la corrente assorbita fino a quando non si raggiunge in questo caso 400 V - 87 Hz. Grazie

[CarloCoriolano]

Personalmente non affronterei il problema dal punto di vista dell'impedenza equivalente del motore, perche` vai a cozzare contro altri fenomeni che si sovrappongono, come lo scorrimento, ecc.
Magari voci piu` autorevoli come admin, IsidoroKZ, mario_maggi o chi altri voglia inseirsi, potranno integrare.

[StefanoSunda]

asincrono trifase vista dallo statore quindi aumenta all'aumentare della tensione (mantenendo il rapporto V/Hz costante) lasciando così costante la corrente assorbita fino a quando non si raggiunge in questo caso 400 V - 87 Hz. Grazie

Loganwolverine,
Variando la frequenza, anche la tensione deve variare nello stesso senso, così le caratteristiche magnetiche del motore rimangono le stesse. Infatti, la f.e.m. è proporzionale al prodotto (f.B) f=frequenza, B = induzione.
Es. il motore in questione se è costruito per 380 V - 50 Hz - 3000 giri/min. può funzionare a 87 Hz se alimentato alla tensione: 380 x 87/50 = 661 V.
I giri diventano 3000 x 87/50 = 5220 - Ma la potenza non può essere portata quasi al doppio, perché l’elevata frequenza produce più perdite nel nucleo magnetico, e contemporaneamente aumentano quelle di attrito e ventilazione per l’aumentata velocità.

[loganwolverine]

Grazie,
l'unica cosa.. 220 (triangolo) /400 (stella) lo collegherò a triangolo e lo alimenterò in modo da avere 400 volt sul triangolo quando sarò a 87 Hz corretto? se il motore fosse stato 400 (triangolo) / 690 (stella) avrei dovuto collegarlo solo a triangolo ed avrebbe solo questo tipo di funzionamento.

Ciao

[CarloCoriolano]

In questo caso non potra sfruttare fale tecnica, l'inverter va regolato per avere 400 V a 50 Hz, e superata questa frequenza il motore viene deflussato, lavorando a tensione costante.

[loganwolverine]

ok chiaro, grazie.