Dimensionamento motore + freno azionamento

[Aria]

Ciao a tutti,
Adesso parto con un bel pippotto......
Sto stimando la potenza del motore e del relativo freno per l’azionamento di un avvolgitore per cavo.
Considero che l’avvolgicavo lavora a potenza costante per mantenere la tensione del cavo e la velocità rettilinea del cavo è costante.

Conosco l’inerzia dell’avvolgitore (Javv), del cavo (Jc) e del motore/riduttore (Jm), da questa calcolo l’inerzia totale del sistema Jtot.
Considero il cavo totalmente srotolato, quindi calcolo la coppia di sollevamento forza per il braccio (Tsol= Fcavo*R=mcavo*g*R).
Calcolo la coppia accelerante in base all’accelerazione che voglio dare al cavo quando lo avvolgo, la calcolo come Tacc=Itot*a/R con R è il raggio interno a cui si avvolgerà il cavo.
La coppia totale che il motore dovrà essere in grado di sviluppare deve essere è pari alla coppia accelerante più la coppia di sollevamento.
Considerando la velocità a cui voglio far arrotolare/srotolare il cavo determino la velocità angolare e da qui la potenza meccanica come prodotto di coppia totale per velocità angolare.
Fino a qua ci dovrei essere, non riesco invece a capire come dimensionare il freno.

In salita, considero il cavo tutto avvolto ed il sistema in frenata, quindi devo dissipare una potenza pari alla coppia accelerante per la velocità angolare in condizioni di cavo tutto avvolto.
In discesa, con cavo tutto svolto devo anche frenare il sistema, quindi devo considerare la somma della coppia accelerante più la coppia di sollevamento.
Mi sono messo nei due cavi estremi cercando di mettermi in una posizione cautelativa, in quanto con cavo in salita se il cavo è parzialmente svolto questo dovrebbe generare una coppia di sollevamento che mi facilita la frenata, in discesa invece il cavo non sarà mai tutto svolto quindi la coppia di sollevamento sarà inferiore.

Il sistema continua a fare svolgere ed avvolgere il cavo, posso ipotizzare un duty cycle pari al 50%, quindi la potenza da dissipare è pari alla somma delle due potenze calcolare precedentemente diviso due moltiplicate per il duty cicle.
In base a questo valore dimensiono il brake resistor, può avere senso?

[MarcoD]

Per me è un argomento quasi tutto nuovo, ho letto abbastanza con attenzione il tutto.
Il procedimento di dimensionamento dinamico mi pare corretto, ma alcune cose che forse dai per scontato non le ho capite.
forse uno schema meccanico di principio aiuterebbe.
E' una macchina avvolgi-svolgi cavo per prove di usura?
Cosa è il brake resistor ? il resistore di frenaggio ? è un motore in corrente continua a eccitazione parallelo o con magnei permanenti reversibile che in frenatura è chiuso su un resistore?
Oppure è la resistenza di un elettromagnete di azionamento di un freno meccanico ad attrito?
Solo per mia curiosità..è irrilevante nella teoria.. quale è la potenza in gioco ? 100 w, 1kW, 10 kW ?

Se il motore fosse di piccola potenza, alimentato da una tensione regolabile e anche invertibile di polarità magari in uscita di un amplificatore per servomeccnismi, abbassando la tensione rispetto la tensione controelettromotrice (si scrive così?) si invertirebbe il segno della corrente e il motore frena, la potenza non sarebe dissipata in un resistore ma nei transistor del ponte di alimentazione del motore.

Altra considerazione semplificata:
Trascurando inerzie, attriti e supponendo motore ideale, con la stessa velocita e tensione del cavo, la potenza prodotta in discesa dal motore è uguale a quella assorbita in salita.
Probabilmentente la stessa considerazinoe vale per le accelerazioni/decelerazioni.

[Aria]

Ciao Marco
Innanzitutto grazie per la risposta
Anche per me è un argomento un po' fuori standard, inoltre sono un po' arrugginito e pieno di dubbi con la meccanica.
Si tratta di un avvolgicavo per una gru, i cavi servono ad alimentare ed a portare i comandi per il braccio meccanico posto sotto che aggancia dei pezzi e li sposta.
Il sistema dell'avvolgitore è tipo quello nella foto, motore+riduttore+avvolgitore.
Il motore è un classico mat da 7/8 kW comandato da un drive.
Il sistema mantiene il cavo in tensione meccanica in fase di discesa e dissipa la potenza generata sulla resistenza di frenatura del drive.
Io ho due dubbi il primo, probabilmente stupido, nel dimensionamento del motore considero il caso peggiore quindi cavo tutto svolto, una volta definita la coppia totale (sollevamento più accelerazione) la moltiplico per la velocità angolare, ma che valore devo usare visto che inizialmente il sistema è fermo. Presumo quella massima del sistema a regime.
Il secondo è sul dimensionamento della resistenza di frenatura come indicato nel primo post.

[MarcoD]

Il motore è un classico mat da 7/8 kW comandato da un drive.
Il sistema mantiene il cavo in tensione meccanica in fase di discesa e dissipa la potenza generata sulla resistenza di frenatura del drive.
Io ho due dubbi il primo, probabilmente stupido, nel dimensionamento del motore considero il caso peggiore quindi cavo tutto svolto, una volta definita la coppia totale (sollevamento più accelerazione) la moltiplico per la velocità angolare, ma che valore devo usare visto che inizialmente il sistema è fermo. Presumo quella massima del sistema a regime.

Sono proprio al confine della mia competenza.
Più che aiutarti pongo ulteriori domande.

Il mio dubbio, che in parte hai risolto è che per MAT classico (motore asincrono trifase) penso
(lontanissimi ricordi scolastici) a un motore con rotore a gabbia di scoiattolo che non mi pare possa frenare e invertire di moto senza commutazione avvolgimenti. Tu ti riferisci a un motore per azionamenti con driver che io associo a un motore per tensione continua a magneti permanenti.

Per il motore, penso dovresti definire la coppia massima, la velocità massima e la potenza
massima istantanea e continuativa?

Il sistema rileva come feedback la tensione meccanica sulla fune ?
Il driver è regolato per erogare una certa corrente costante, che si trasforma in coppia costante applicata al rocchetto?

Il riduttore è dotato di una frizione meccanica, ? Il cavo può strapparsi?

L'ingranaggio riduttore è reversibile ( applicando coppia alla parte lenta si riesce a farlo ruotare),
mi pare dipenda dal rapporto di riduzione ?

Forse il tutto è così lento che le forze dinamiche sono trascurabili rispetto a quelle statiche.

Provo a evocare un interessamento del maestro SandroCalligaro

[Aria]

Il motore è alimentato dal drive, quindi controllato avanti ed indietro dal drive.
Qua anche io ho qualche dubbio ma dovrebbe essere un azionamento a potenza costante, P =T*w.
La coppia varia in base a quanto cavo è srotolato e varia anche w perché varia il raggio man mano sempre in base al cavo. La velocità lineare invece dovrebbe essere costante.
Un encoder permette di capire quanto cavo è sulla bobina e quindi regola la coppia.

Non lo so se il riduttore ha un frizione e se è reversibile, il rapporto tra le due velocità è tra 30/40.

Il cavo ha una coppia massima di tiro oltre quel valore si danneggia.
La coppia va mantenuta entro un valore massimo ed uno minimo, oltre lo danneggi o diventa libero e ingestibile.

[MarcoD]

ho qualche dubbio ma dovrebbe essere un azionamento a potenza costante, P =T*w.

Forse intendi potenza massima erogabile limitata. Se imponi una coppia definità e una velocità lineare impostata dalla gru, la potenza viene di conseguenza.
Dimensionare il motore per il prodotto della coppia massima per la velocità massima anche se contemporaneamente non si verificano mai, è forse sovrabbondante ma corretto.
La resistenza deve dissipare (quasi) la massima potenza assorbita dal motore).
L'encoder è incrementale ? Come funziona il dispositivo di inizializzazione/azzeramento conteggio?
Con un microswitch azionato da un fine corsa?
Io, che non me le intendo, metterei un rilevatore di cavo teso a tre posizioni:
molto teso srotola il cavo, poco teso arrotola, altrimenti ferma
Rivelatore fatto con due rotelle fissate su un bilancere a gravità che si inclina in funzione della tensione del cavo con due interruttori sensibili alla inclinazione.
Il bilancere funge anche da molla per smorzare le variazioni di tensione..
.ma forse riinvento l'acqua calda o un modo poco pratico che è stato scartato da decenni.. .


ps: mi diverte affrontare questo problema, lo preferisco al portare a spasso il cane (che non ho), risolvere le parolecrociate, o giocare a scacchi o guardare la TV, o .....
potessi andrei ancora a sciare o a fare escursioni in montagna, ma la 1/2 coetanea si lamenterebbe

[Aria]

Si e come dici te, la macchina deflussa e va a potenza costante quando aumenta la velocità angolare altrimenti si dovrebbe sovradimensionare inutilmente il drive.
Si l'encoder è incrementale, per l'inizializzazione si fa in fase di messa in servizio e poi con due finecorsa esterni di sicurezza.
Per il controllo della tensione non c'è nulla perché il cavo si svolge in verticale quindi il cavo da una mano a tenere in tensione, il problema è maggiore se il cavo è in orizzontale dove si usa un sistema tipo il tuo, il cavo viene fatto passare in una sistema con dei cuscinetti su cui scorre il cavo e con due finecorsa che intervengono se è poco o troppo teso.

PS: Pure io se mi fisso diventa un problema.....