Motore sincrono trifase

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1 Indice generale Motore sincrono trifase... Motore asincrono trifase... Motore in corrente continua... Motori ad eccitazione separata o indipendente. (ecc.s.)... Motori ad eccitazione derivata (ecc.d.)... Motori ad eccitazione serie. (ecc.ser.)... Motori ad eccitazione composta. (ecc.c.)... Attuatori... Azionamenti per motori in corrente continua... Azionamenti per motori asincroni... Motorizzazioni per trattamenti di fluidi... Motorizzazioni per trazioni... Motorizzazioni per macchine manifatturiere normali... Motorizzazioni per macchine manifatturiere speciali... Motorizzazioni per moti incrementali... Dimensionamento... Dimensionamento motore asincrono:... Dimensionamento dell' inverter:... Dimensionamento motore in corrente continua:... Dimensionamento dell' Driver per il pilotaggio del motore:... Motore sincrono trifase Le macchine sincrone sono utilizzate molto frequentemente come generatori di corrente alternata. La macchina sincrona è utilizzata come motore elettrico solo nel caso in cui si voglia sfruttare la perfetta sincronizzazione tra la velocità della macchina sincrona e la frequenza d' alimentazione. La macchina sincrona è costituito da una parte fissa detta statore e una mobile detta rotore. Lo statore genera il campo magnetico rotante. Lo statore è alimentato da corrente alternata tramite dei connettori collegati in configurazione stella o triangolo. Il rotore genera un campo magnetico fisso. Il rotore è alimentato con una corrente continua ottenuta tramite spazzole striscianti. I motori sincroni non si avviano in modo autonomo ma necessitano di un motore ausiliario. Il motore sincrono durante la fase d'avviamento è portato alla velocità di regime dal motore ausiliario e in tale situazione alimentando lo statore e il rotore si determinano dei campi magnetici che concatenandosi obbligano il motore a ruotare. Poiché il fenomeno d' induzione avviene per l'azione del rotore esso è detto anche induttore mentre lo statore che subisce l'induzione è detto anche indotto. Vi sono motori sincroni che possono avviarsi in modo autonomo e sono detti autosincroni. I motori autosincroni hanno un avvolgimento tale da far comportare all' avviamento il motore come uno asincrono. La relazione che ci permette di determinare la velocità di un motore sincrono è la seguente: Numero giri = 60 * frequenza / numero poli La velocità del motore sincrono è costante al variare del carico. Quando il carico è eccessivo il

2 motore si ferma e se non si interrompe l'alimentazione il motore subisce picchi di sovracorrente dovuti alla forza elettromotrice d' induzione che danneggerebbe il rotore. Il senso di rotazione del motore si inverte disponendo in modo differente tra loro le fasi di alimentazione dello statore. Un motore sincrono può essere utilizzato come rifasatore in quanto determina uno sfasamento tra la corrente e la tensione d' alimentazione regolabile con la corrente di eccitazione del rotore Poiché un motore sincrono produce come già detto uno sfasamento modulabile con la corrente d' eccitazione per fermare un motore sincrono occorre : scarica meccanicamente il motore senza diseccitarlo rendere minima la corrente alternata (corrente di statore) fino a renderla in fase con la tensione aprire l' interruttore di alimentazione Caratteristiche di un motore sincrono Numero e tipo: sono le sigle che contraddistinguono la macchina Potenza nominale:potenza apparente KVA assorbita quando la macchina è alimentata con la tensione nominale. Fattore di potenza: fattore di potenza di funzionamento del motore Frequenza: frequenza della tensione di alimentazione Tensione: tensione nominale di alimentazione del motore Corrente: intensità di corrente nominale assorbita dal motore Collegamento: tipo di collegamento dell' avvolgimento trifasico statorico Giri: velocità Servizio:continuo se l'assorbimento della corrente avviene per un tempo indefinito Intermittente se l'assorbimento avviene in certi intervalli di tempo. Motore asincrono trifase Il motore asincrono è costituito da una parte fissa detta statore e una mobile detta rotore. Lo statore genera il campo magnetico rotante ed è alimentato con corrente alternata trifase. Il rotore è alimentato dalla corrente indotta ed ha lo scopo di generare un campo magnetico che si oppone al campo statorico producendo il movimento. La velocità del campo magnetico rotante è legata alla frequenza della corrente di alimentazione e al numero di poli di cui è costituito lo statore. Lo statore è costituito da avvolgimenti trifase sistemati nelle cave del pacco statorico. Il rotore è costituito da lamierini scanalati in cui sono sistemati dei conduttori un avvolgimento Se all' interno del pacco rotorico sono sistemati dei conduttori di sezione elevata collegati tra loro tramite due anelli si parla di rotore a gabbia semplice o in corto circuito o a gabbia di scoiattolo. Il rotore è detto a doppia gabbia quando è costituito da due distinte gabbie di avvolgimento una gabbia esterna con conduttori di piccola sezione e una gabbia interna con conduttori di sezione maggiore

3 Il rotore è detto avvolto quando l' avvolgimento trifase sistemato nel pacco rotorico ha i terminali liberi collegati a tre anelli isolati tra loro e fissati sull 'asse del rotore. Durante l'avviamento i tre anelli sono collegati al reostato d'avviamento dopo sono collegati in corto tra loro. Il rotore in un motore asincrono gira ad una velocità inferiore a quella del campo ruotante altrimenti non si genererebbe corrente indotta. La velocità di un motore asincrono varia con il carico La velocità del campo ruotante è detta velocità di sincronismo e si calcola nel modo riportato: numero giri =60 * frequenza /numero poli La differenza tra la velocità del campo ruotante e il rotore è detta scorrimento. All' aumentare del carico aumenta lo scorrimento ed aumenta la corrente assorbita. L'avvolgimento statorico di un motore asincrono può essere collegato a stella o a triangolo X Y Z X Y Z Collegamento a stella Collegamento a triangolo Gli avvolgimenti collegati a triangolo sono soggetti alla tensione V mentre quelli collegati a stella sono soggetti ad una tensione inferiore V/1, Il motore asincrono genera durante la fase di avviamento un elevata corrente indotta che deve essere ridotta per evitare dei danni agli avvolgimenti. i motori con rotore in cortocircuito per ridurre la corrente d'avviamento riducono la tensione di alimentazione mediante la commutazione stella- triangolo i motori con rotore avvolto riducono la corrente rotorica con un reostato d'avviamento che è disinserito dopo la fase d'avviamento I motori a doppia gabbia nascono per sopperire alla perdita di coppia all' avvio determinata dall' avviamento con tensione d' alimentazione ridotta. La gabbia esterna presenta una

4 resistenza maggiore rispetto alla gabbia interna (perché i conduttori sono di sezione minore) e presenta una reattanza minore. Durante l'avviamento la reattanza della gabbia esterna risulta minore di quello della gabbia interna quindi il flusso si concatena prevalentemente con l'avvolgimento esterno che avendo una resistenza elevata limita il valore della corrente indotta. Durante il normale funzionamento è l'avvolgimento interno a presentare una reattanza minore e quindi con esso si concatena prevalentemente il flusso. In questo modo abbiamo realizzato per il motore asincrono una diverso comportamento ohmico a seconda della fase di funzionamento analogamente a come si fa con l'utilizzo del resistore d'avvio. La variazione di velocità in un motore asincrono può avvenire con variazione della frequenza di alimentazione o variazione della resistenza del restato o con variazione del numero di poli. L'inversione del verso di rotazione è determinato con l'inversione del verso di rotazione del campo magnetico ossia cambiando la posizione reciproca delle tensioni d'alimentazione dello statore. Sintesi: In una schematizzazione estrema del motore asincrono, valida principalmente per piccoli valori dello scorrimento, si ottiene che la coppia ed il flusso sono entrambi proporzionali alla I s (corrente di statore) e che la corrente I s è proporzionale al rapporto tra V s (tensione di statore) e f (frequenza alimentazione). Visto che la velocità di rotazione dipende grossomodo dalla frequenza di alimentazione, si può ottenere il funzionamento a regime per diverse velocità utilizzando V s /f costante e pari a V s_n /f _n (con _n indico le grandezze nominali). Se f > f _n allora V s > V s_n, ma ciò non può essere fatto per evitare problemi di isolamento. Dunque si mantiene V s = V s_n ed f > f _n, questo fa si che la corrente (coppia) decresca come 1/f_n, ma visto che la potenza cresce come f _n, il funzionamento è a potenza costante. Se si applica all albero motore una coppia resistente che lo rallenta, per cui le correnti rotoriche assumeranno un valore tale da sviluppare una coppia motrice pari a quella resistente e questo equilibrio si stabilisce ad una velocità inferiore a quella di sincronismo, in corrispondenza di uno scorrimento tanto maggiore, quanto maggiore è il momento resistente le f.e.m. rotoriche avranno ampiezza e frequenza variabili al variare della velocità del rotore Per le relazioni sopra riportate si deduce che quando si avvia un motore asincrono con il metodo della riduzione della tensione statorica si ottiene un avviamento con bassi valori di coppia. Infatti la coppia è proporzionale al quadrato della tensione statorica. Quando un motore asincrono è avviato con l' utilizzo del reostato d'avviamento La coppia di avviamento cresce, rispetto alla analoga coppia che si otterrebbe con l avviamento diretto mentre lo scorrimento assume valore prossimo ad uno. Poiché lo scorrimento è s =(n s n r )/n s dove n r è la velocità rotorica e n s è la velocità del campo statorico s = 1 significa n r 0 Caratteristiche di un motore asincrono Numero e tipo: sono le sigle che contraddistinguono la macchina Potenza nominale:potenza apparente KVA assorbita quando la macchina è alimentata con la tensione nominale. Fattore di potenza: fattore di potenza di funzionamento del motore frequenza: frequenza della tensione di alimentazione Tensione: tensione nominale di alimentazione del motore Corrente: intensità di corrente nominale assorbita dal motore collegamento: tipo di collegamento dell' avvolgimento trifasico statorico

5 Giri: velocità Servizio:continuo se l'assorbimento della corrente avviene per un tempo indefinito Intermittente se l'assorbimento avviene in certi intervalli di tempo. tensione statorica: La tensione massima applicabile allo statore corrente statorica: L' intensità massima di corrente che attraversa lo statore. collegamento statorico: collegamento triangolo o stella corrente rotorica: corrente che attraversa il rotore quando il motore sviluppa la potenza nominale collegamento rotorico: tipo di collegamento dell' avvolgimento rotorico Motore in corrente continua E' costituito dallo statore, dal rotore e dalle spazzole e dal collettore Lo statore e il rotore generano un campo magnetico costante perché sono attraversati da una corrente continua. Le spazzole inviano la corrente al collettore e quindi all' avvolgimento rotorico Il collettore permette di alimentare sempre nello stesso senso le spire dell' avvolgimento rotorico Alimentando lo statore e il rotore si generano due campi magnetici che reagiscono determinando una coppia che produce la rotazione del rotore. L'avvolgimento rotorico tagliando le linee del campo generato dallo statore determina l'induzione di un forza contro elettromotrice E = n * Φ ( Φ intensità del campo magnetico) che si oppone alla forza elettro motrice f.e.m. del rotore quindi riduce la corrente che circolerebbe nel rotore. I =(V E)/R Durante la fase di 'avviamento la corrente che circola nel rotore è elevata perché la forza contro elettromotrice indotta è elevata pertanto è necessario, per evitare il danneggiamento degli avvolgimenti, aumentare la resistenza del rotore mediante una resistenza d'avviamento I = (V E)/(R r + R i ) La velocità di rotazione di un motore in corrente continua è determinata dall' interazione tra il campo magnetico statorico e quello rotorico e si calcola con la relazione seguente: numero di giri = E(rotorica)/ Φ = E r / Φ Poiché il rotore è soggetto al fenomeno d' induzione ai suoi capi si determina una tensione indotta di segno opposto alla tensione d'alimentazione secondo la legge di Lenz: E r = V R r * I indotta da cui determiniamo la relazione per il calcolo della velocità: (a) Numero di giri = (V R r * I ndotta )/ Φ Osservazioni: poiché la coppia generata dal motore è proporzionale al campo magnetico Φ e alla corrente che attraversa il rotore secondo la formula C = Φ *I r deduciamo che all' aumentare del carico meccanico il motore deve generare una coppia maggiore

6 quindi richiede una maggiore corrente di alimentazione Ir e questo provoca data la relazione (a) una diminuzione della velocità n. La velocità di un motore in continua dipende : dalla tensione d'alimentazione dalla corrente indotta nel rotore dal flusso generato dalla statore dal carico meccanico In una macchina a corrente continua le spazzole devono essere disposte lungo l'asse neutro. Dato che nel normale funzionamento della macchina avvengono delle deformazioni dei campi magnetici che provocano lo spostamento dell' asse neutro, per migliorare l'efficienza dei motori in corrente continua si utilizzano degli avvolgimenti ausiliari che riducono lo spostamento dell' asse neutro. TIPI DI MOTORI C.C. I motori in continua possono essere: ad eccitazione separata o indipendente ad eccitazione derivata ad eccitazione serie ad eccitazione composta Motori ad eccitazione separata o indipendente. (ecc.s.) Nei motore ad ecc.s. si utilizza per alimentare lo statore e il rotore due sorgenti differenti. Questo tipo di motore si presta molto bene per le regolazioni di velocità. La velocità dei motore ecc. s. si ottiene agendo sulla tensione di armatura (rotore). Questi motori durante la fase d'avviamento sono percorsi da un elevata corrente di rotore per il fenomeno dell' induzione. Per evitare il danneggiamento dell' avvolgimento di rotore si ricorre ad un reostato d'avviamento in serie al circuito d'indotto. La resistenza d'avviamento determina delle grandi perdite e riduce la coppia di spunto. Motori ad eccitazione derivata (ecc.d.) Nei motori ad ecc.d. lo statore e il rotore sono alimentati dalla medesima tensione ossi l' avvolgimento di statore e in parallelo all' avvolgimento d'indotto. Con tale configurazione la velocità del motore dipende unicamente alla corrente indotta. Un motore ad ecc.d. quando è soggetto ad un carico maggiore richiede una corrente d' indotta maggiore e di conseguenza ruota ad una velocità minore. Nei motori ad ecc.d. La velocità è indipendente dalla tensione d'alimentazione. N = V/(Φ) = V/(k*V) In questi motori la resistenza non può essere utilizzata per ridurre la corrente d'avviamento. Questi

7 motori sono utilizzati dove occorrono velocità costanti al variare del carico. Motori ad eccitazione serie. (ecc.ser.) I motore ad ecc.ser. hanno l' avvolgimento di statore in serie a quello rotorico pertanto i due avvolgimenti sono percorsi dalla stessa corrente. I motori ad ecc.ser. Presentano una forte diminuzione della velocità all 'aumentare del carico infatti se aumenta il carico aumenta la corrente richiesta quindi aumenta la caduta di tensione rotorica e il flusso d'eccitazione. Questi motori non invertono il senso di rotazione cambiando la polarità dello statore perché comunque si inverte sia l'azione dello statore che della corrente d'indotto. Motori ad eccitazione composta. (ecc.c.) I motori ad eccitazione composta presentano un avvolgimento d'eccitazione in serie a quello rotorico ed un avvolgimento in derivazione. I motori ad ecc.c. Sono detti con eccitazione composta addizionale se il contributo dell' avvolgimento serie è concorde con quello dell' avvolgimento in derivazione altrimenti sono detti ad azione composta differenziale. Quando al motore è applicato un carico maggiore esso richiederà una maggiore corrente e nel caso di 'avvolgimento ad azione addizionale avremo un aumento del flusso e quindi una diminuzione della velocità e un veloce aumento dello coppia. Nel caso che l'avvolgimento serie sia ad azione differenziale all'aumentare del carico il motore risponderà diminuendo il flusso e aumentando la velocità e diminuendo la coppia. I motori ad eccitazione composta utilizzati sono quelli ad azione addizionale. I motori ad eccitazione composta con azione addizionale durante la fase d'avvio presentano una sovracorrente d' induzione che contribuisce ad aumentare il flusso d'eccitazione e quindi ad aumentare la coppia, di conseguenza i motori ad ecc.c. ad azione addizionali sono utilizzato ogni qual volta necessita una coppia di spunto elevata.

8 Attuatori Si definisce attuatore il sistema che genera la grandezza d'ingresso per il sistema controllato. Il sistema controllato è spesso un motore e in tal caso l'attuatore è un drive o un inverter a seconda che si tratti di un motore in corrente continua o in corrente alternata. Nelle applicazioni d' automazioni ci poniamo il fine di ottenere comandando opportunamente gli attuatori degli spostamenti con velocità variabile e controllata. con troll ore azionamento Motore Carico meccanico Sensori Il controllo del sistema può essere effettuato in anello aperto se agisce sull' azionamento non preoccupandosi del risultato reale delle azioni o in anello chiuso se il controllo utilizza delle misure del comportamento del sistema per condizionare l' azione di controllo. Gli azionamenti si classificano in due grandi categorie: azionamenti che seguono il set di velocità con continuità senza assicurare delle ottime prestazioni durante il transitorio azionamenti che oltre a rispettare il set di velocità assicurano un buon comportamento del motore durante il transitorio. Questi azionamenti regolano oltre alla velocità anche la coppia. Azionamenti per motori in corrente continua Nei motori a corrente continua sia lo statore che il rotore sono percorsi da una corrente continua e generano dei campi magnetici che interagendo provocano il movimento del rotore. La velocità di un motore in corrente continua è determinata dalla relazione seguente: (a) n = (V R*Ir)/ Φ Dalla relazione (a) evince che la velocità può essere variata agendo sui seguenti parametri: tensione V di armatura (rotore) la corrente di eccitazione variando il campo Φ Quando si modula la velocità occorre rispettare i seguenti limiti: la corrente d'armatura non deve superare il valore massimo, corrente nominale

9 Il flusso non deve superare il valore nominale per il quale è stata calcolata la velocità e la corrente nominale la tensione d'armatura non deve superare il valore nominale a cui corrisponde la corrente nominale Durante la fase di avviamento per limitare la corrente d'armatura occorre che il flusso d'eccitazione sia mantenuto al valore nominale mentre la tensione d' armatura è aumentata gradatamente fino a raggiungere il valore nominale. Con il procedimento descritto la corrente d'armatura assume un valore costante e conseguentemente la coppia presentata dal motore è costante. Questa modalità di funzionamento è detta a coppia massima disponibile costante C= cost. In questa modalità di funzionamento la potenza meccanica P= C*v cresce linearmente con la velocità. Quando la tensione d' armatura ha raggiunto il valore nominale un ulteriore aumento di velocità può essere ottenuto deflussando il campo ma così la coppia si riduce quindi la potenza meccanica in questa modalità di funzionamento resta costante e s i definisce funzionamento a potenza costante. C P n min n nom n max n A seconda dell' utilizzo del motore si adopererà una modalità di funzionamento a coppia costante o a potenza costante. Se si l' azionamento deve far lavorare il motore a velocità costante indipendentemente dal carico si adotta come variabile manipolata la corrente d' armatura I a che è direttamente proporzionale alla coppia Il motore è alimentato da un generatore di corrente che eroga una corrente variabile determinata per mantenere la velocità costante indipendentemente dalla coppia richiesta. Azionamenti per motori asincroni Un motore asincrono è costituito da uno statore percorso da una corrente alternata che tramite i propri avvolgimenti genera un campo magnetico rotante e da un rotore nei cui avvolgimenti è indotta una corrente. Il campo magnetico rotante interagisce con il campo magnetico indotto producendo il movimento del rotore. Il rotore gira ad una velocità inferiore a quella dello statore e la differenza tra la velocità di rotore e quella del campo rotante statorico è detto scorrimento s Le relazione che permette di determinare la velocità di un motore asincrono è la seguente: n=(120* frequenza della tensione di statore)*(1-s)/numero poli Per modulare la velocità di un motore asincrono si varia la frequenza ma al crescere della frequenza diminuisce il flusso quindi la coppia. Per mantenere il flusso costante al variare della frequenza occorre mantenere costante il rapporto tensione/frequenza (V/f), in questa modalità di

10 funzionamento il motore presenta una coppia pari alla coppia massima e la potenza meccanica aumenta linearmente con la velocità. Se si aumenta la frequenza mantenendo costante la tensione la coppia presentata dal motore diminuisce perché diminuisce il flusso. Modulando la frequenza della forma d'onda d'uscita dall' inverter si ottiene il funzionamento dei motori asincroni nei quattro quadranti permettendo variazioni di velocità, inversioni del senso di rotazione e frenature con maggior robustezza, minor costo e maggiore affidabilità dei motori in corrente continua. I motori asincroni differentemente dai motori in continua presentano una velocità funzione del carico e un range di variazione della velocità inferiore. Per i motori asincroni le relazioni che legano la corrente statorica alla coppia sono più complesse pertanto più difficile da controllare. Odiernamente i controlli più utilizzati sono quelli ad orientamento di campo indiretto che permettono di controllare flusso e coppia indipendentemente. Applicazioni tipiche Motorizzazioni per trattamenti di fluidi In queste applicazioni la coppia resistente cresce fortemente con la velocità. Non sono richieste prestazioni dinamiche. I motori più utilizzati sono gli asincroni con modulazione di velocità tramite la frequenza. Motorizzazioni per trazioni Tali applicazioni richiedono variazioni di velocità in range notevoli a potenza costante. La soluzione più diffusa per questo tipo d'impiego è il motore in corrente continua. Motorizzazioni per macchine manifatturiere normali In queste applicazioni è richiesta una coppia costante e un ampio range di variazione della velocità. La soluzione più impiegata è il motore in corrente continua. Motorizzazioni per macchine manifatturiere speciali In questa applicazione è richiesta un ampio range di variazione della velocità una variazione della coppia e buone prestazioni dinamiche. Per questi impieghi sono utilizzati motori in corrente continua. Motorizzazioni per moti incrementali In queste applicazioni l' esigenza principale è di arrestare il motorie in particolari posizioni senza particolari esigenze dinamiche. Per questi impieghi sono utilizzati motori in corrente continua con retroazione di posizione Dimensionamento Il progetto dell' azionamento inizia con la determinazione del tipo di azionamento e termina con il dimensionamento dell' azionamento. Il tipo di azionamento è determinato da risultato di tre analisi 1scelta della tipologia

11 2 scelta del costruttore 3 scelta del modello La determinazione del tipo di azionamento è compiuta in funziona delle caratteristiche della movimentazione richiesta. Di seguito sono elencati dei criteri di massima: variazione di velocità: 1. motori asincroni con inverter 2. motori in corrente continua per basse potenze regolazioni di velocità 1. motori asincroni con inverter vettoriali 2. motori in corrente continua regolazione di posizione 1. per prestazioni dinamiche non elevate motori asincroni con inverter V/f 2. motori in continua a magneti permanenti La scelta del costruttore è effettuata in funzione della rapporto costo-prestazioni e della disponibilità e assistenza. Dimensionamento motore asincrono: Dopo avere definito il tipo di motore che si utilizzerà per l'azionamento e la modalità di funzionamento con cui sarà adoperato il motore scelto occorre calcolare la potenza del motore necessaria. Il calcolo della potenza del motore in chilowatt è effettuato conoscendo il carico meccanico (Coppia) C in chilogrammi a cui sarà sottoposto l' azionamento, la velocità massima e media richiesta al motore v in metri al secondo, il rendimento delle parti meccaniche soggette al movimento η, N il numero di pulegge ed il coefficiente di sicurezza X per eventuali sopraccarichi P= C v 102 N X Per un impianto con portata 320Kg, velocità 0,70 m/s, corsa 30 m, 3 funi, 1 puleggia di rinvio, un rendimento meccanico η = 0.8, un coefficiente di sicurezza X =1.1 otteniamo i seguenti risultati: C = Portata*0,5 + peso funi*corsa = 160+(0,37*30*3) = 193Kg P= ,1=1.81 kw Tramite il calcolo della potenza del motore potremo scegliere il motore giusto per il nostro azionamento. Dal catalogo del motore si otterrà il valore della corrente d' avviamento necessaria per definire l' inverter che utilizzeremo. Dimensionamento dell' inverter: Nel caso il nostro impiego è tale da prevedere l' utilizzo di un motore in corretene alternata dovremo dimensionare l' inverter destinato a pilotare il motore. L' inverter è scelto in funzione dei seguenti parametri: coppia di avvio masse volaniche dell' argano e del motore tipo di motore accelerazioni richiesta correnti d' avviamento che è 1.5 o 2 volte la corrente nominale del motore temperatura di funzionamento frequenza di commutazione. Quando il componente elettronico commuta, esiste un

12 intervallo di tempo, detto tempo di commutazione, durante il quale sia la corrente che lo attraversa che la tensione ai suoi terminali, sono diverse da zero. La potenza dissipata durante la commutazione è notevole la potenza dissipata durante la commutazione, proprio perché costante ad ogni commutazione, risulta proporzionale alla frequenza Per dimensionare un inverter consideriamo la corrente nominale e quella di avvio del motore scelto, infatti l' inverter deve essere capace di erogare la corrente d'avvio richiesta dal motore scelto per l' azionamento. Supponendo di avere un impianti col le seguenti caratteristiche: Velocità 1,6 m/s Portata 1000Kg Potenza motore 14kW un temperatura di lavoro 50 C una frequenza di lavoro circa 12kHz per ridurre la rumorosità e di avere selezionato un motore tipo Corrente nominale 29A Corrente di avviamento necessaria 58A Per l'impianto sopra detto risulta adeguato un inverter con le seguenti caratteristiche: Potenza inverter 22kW corrente nominale erogabile 50A corrente di avviamento 75A con frequenza di commutazione 12 khz una riduzione di corrente 15% con temperatura ambiente 50 C una riduzione di corrente 10% con una regolazione con encodere una riduzione di corrente 5%.Considerando che nelle condizioni di lavoro richieste dall' impianto l' inverter presenta una riduzione complessiva della corrente pari a 30% le correnti reali gestibili dall' inverter sono corrente nominale 37.5 A e corrente d' avviamento 52.5 A quindi sufficienti a pilotare il motore scelto per l'azionamento. Dimensionamento motore in corrente continua: La scelta della taglia di un motore a corrente continua avviene in base alla coppia motrice ed alla velocità che esso deve sviluppare. Occorre pertanto conoscere le caratteristiche del carico movimentato, in pratica la sua caratteristica meccanica. La potenza nominale del motore è il prodotto della coppia nominale per la velocità angolare nominale. Occorre poi sapere il tipo di movimentazione: continuo, intermittente e verificare che i punti di funzionamento del sistema cadano all'interno del campo di lavoro del motore. Il campo di lavoro del motore è un insieme di curve nel diagramma Coppia- velocità, che delimitano le diverse zone di funzionamento del motore. Supponiamo di voler dimensionare un motore in corrente continua per una gru che solleva un carico di 10 tonnellate con una velocità di 0,25 m/s. Si supponga che la parte meccanica abbia un rendimento di 65%. e che il cavo è avvolto in un tamburo di 25 cm di diametro. La potenza meccanica del motore durante una movimentazione in salita la determino con la seguente relazione: P mecc = Carico * v = (10000 * 9,8 ) * 0,25 = W P n = P mecc /η = / 0,65 =37692 W La velocità nominale del motore durante una movimentazione in salita del carico la determino nel modo seguente: Ώ n = v/r = 0,25 / 0125 = 2 rad/s Mediante il valore della velocità angolare del motore e della potenza posso determinare la coppia

13 del motore dalla relazione P = C * Ώ C n = P n / Ώ n = 37692/2 =18846 Nm La potenza meccanica del motore durante una movimentazione in discesa supponendo di utilizzare una velocità di 0,3 m/s la determino con la seguente relazione: P mecc = Carico * v = (10000 * 9.8 ) * 0.30 = W P n = P mecc * η = * 0.65 =19110 W La velocità nominale del motore durante una movimentazione in discesa del carico la determino nel modo seguente: Ώn = v/r = 0,3 / 0125 = 2.4 rad/s Mediante il valore della velocità angolare del motore e della potenza posso determinare la coppia del motore dalla relazione P = C * Ώ C n = P n / Ώ n = 19110/2,4 =1962,5 Nm I due punti di lavoro determinati si riportano nel diagramma Coppia velocità e si sceglie il motore in modo che tali punti appartengano agli stati di lavoro consentite dal motore. Dimensionamento dell' Driver per il pilotaggio del motore: Dopo aver determinato il motore si può dimensionare il drive adibito ad alimentare il motore. Il Drive è scelto in funzione della potenza del motore e della corrente nominale del motore. Si consideri che i motori in continua durante la fase di avviamento sono attraversati da una corrente elevata detta corrente d'avvio. Per un corretto dimensionamento del drive nella tabella delle grandezze caratteristiche è riportata la corrente massima che può generare il drive per un intervallo di tempo indicato. Esempio: I max = I nom x 1.5 x 30 sec La configurazione di controllo più utilizzata e quella ad eccitazione indipendente. In tale configurazione la curva caratteristica meccanica del motore è una retta che interseca gli assi C e Ω nei punti C=V a * Φ/R a e Ω =V a / Φ quindi agendo sulla tensione Va e sul flusso si riesce a variare la velocità e la coppia del motore. Se si varia la tensione di armatura Va si ottiene una variazione della velocità del motore descritta nel diagramma coppia-velocità da una famiglia di rette parallele C V1 V2 > V1 1 Se si vari il flusso si ottengono variazioni della velocità e della coppia descritti nel diagramma coppia-velocità con delle rette che variano la loro pendenza come il quadrato di Φ ω C V2 Φ2 > VΦ1 1 Φ1 ω

14 Per applicazioni che utilizzano un range di variazione della velocità molto ampio si possono adoperare le variazioni sia della tensione di armatura che di flusso. Per velocità inferiori a quella nominale si varia la tensione di armatura ottenendo un funzionamento a coppia costante mentre per funzionamenti con velocità superiore a quella nominale si agisce diminuendo il flusso ottenendo un comportamento a potenza costante. C Coppia costante Potenza costante ω n ω

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