Inverter Normal Duty e Heavy Duty

Professione: Technical manager - Mechanical engineer 🔩📐
Software: SolidWorks, FreeCAD, Nanocad, Me10, Excel
Regione: Lombardia
#1
Buonasera a tutti. Grande questione che attanaglia, a mio avviso molta gente o comunque in cantiere poi le cose non vanno come a progetto.
Mi piacerebbe avere dei chiarimenti in merito all'utilizzo di inverter per applicazione industriale su motori in corrente alternata 400V serie IEC standard (per intendersi motori 5.5/7.5/11 kW a gabbia di scoiattolo classici).

GENERALITA'
Ci sono diversi tipi di applicazioni e ognuna ha la sua problematica. In sostanza si possono verificare due casi:
1) motore dimensionato per lavorare in classe S1 con regolazione velocità in V/Hz da 10 a 120Hz
2) motore dimensionato per lavorare in classe Sx con necessità di usare oltre alla regolazione V/Hz anche la gestione di controllo di coppia e magari uso di resistenza di frenatura (anche in anello aperto)

PROBLEMA
A) Usando un inverter Normal duty nel caso 1) non si abbia coppia a sufficienza per spuntare all'accensione sotto carico.
B) Usando un inverter Normal duty nel caso 2) non si riesce a gestire il carico, soprattutto in frenatura e l'inerzia vince la coppia motrice (in positivo o in frenata dovuto alla corrente troppo alta non supportata dall'inverter fetecchia)

NOTE
I) Conviene nel caso 1) montare motore doppio o sovradimensionato tipo 1.5 volte oppure un inverter Heavy duty?
II) Conviene nel caso 2) montare motore doppio o sovradimensionato tipo 1.5 volte in modo che la corrente di frenatura sia inferiore alla corrente nominale del motore oppure usare un inverter Heavy duty con con motore calcolato giusto (non sovradimensionato)?

RICHIESTE
- Come si sceglie correttamente un motore + inverter conoscendo le caratteristiche del carico e quindi della cinematica/dinamica della meccanica?
- Come mai con motori servoventilati non si riesce ad esprimere tutta la coppia se regolati in V/Hz (forse perchè gli inverter Normal duty sono molto striminziti se acquistati esattamente per la taglia del motore?)
- Con un inverter normal o heavy duty, purchè abilitata nella logica interna a gestire anello aperto, si riesce a fare il controllo di coppia in entrambi i casi e quindi avere C = Cnom * X senza uso di encoder o devo per forza fare logica ad anello chiuso con inverter?
- Spesso si dice che i motori collegati direttamente alla rete esprimano maggiore coppia, mentre sotto inverter si siedono paurosamente. E' vero o è leggenda? Qual è l'errore che si fa comunemente? Che io sappia i motori possono assorbire fino a 6 volte la corrente nominale in accensione diretta, cosa che non è possibile fare con l'inverter acquistato la per la taglia di motore giusta. Se motore succhia nominale 13A e prendo un inverter normal duty da 14A direi che non c'è niente da fare... sarà molto limitato (sia in C/Cn che in tempo) nell'esprimere coppia sopra la nominale, giusto?

Questo modo oscuro per i meccanici deve essere aperto dagli elettrici perchè davvero ci sono troppe teorie per aria e troppe volte le applicazioni fanno cilecca non per problemi meccanici ma per problemi elettrici di inverter non corretti per l'applicazione.

C'è qualcuno che ha voglia di sintetizzare e dare dei punti chiave sull'uso e scelta inverter in relazione all'applicazione rispondendo alle domande sopra citate?

Ringrazio anticipatamente chi volesse contribuire a fare luce sull'argomento.
 

Er Presidente

Moderatore
Staff Forum
Professione: Moderatore
Software: ND
Regione: Italia
#2
Il motore in caso di lavoro gravoso, se non si eccedono i limiti di targa, soffre per temperatura, basta metterlo in condizioni termiche corrette e anche il motore più al limite sopravvive. Diverso il problema dell'inverter che invece deve essere dimensionato anche per i fattori di carico
 
Professione: Technical manager - Mechanical engineer 🔩📐
Software: SolidWorks, FreeCAD, Nanocad, Me10, Excel
Regione: Lombardia
#3
Il motore in caso di lavoro gravoso, se non si eccedono i limiti di targa, soffre per temperatura, basta metterlo in condizioni termiche corrette e anche il motore più al limite sopravvive.

E questo è perfetto e rispettato, sia per l'uso di motori servoventilati, sia per il rispetto dei limiti corrente/tempo. Mai successo di cremare un motore per il sovraccarico per fortuna
 

Er Presidente

Moderatore
Staff Forum
Professione: Moderatore
Software: ND
Regione: Italia
#4
Gli inverter sono più rognosi per due problemi. Il primo è che i costruttori tendono a sovrastimare le presrazioni per ragioni commerciali, pesi e dimensioni ecc. Inoltre al variare delle frequenze il rendimento varia e di parecchio con il risultato che il ciclo termico è stressante e levoluzione tecnologica ha portato a ridurne le dimensioni ergo la capacità di dissipare calore. Durante i cicli gravosi delle bolle di calore localizzato portano ad invecchiamento per ciclo e anche perché la temperatura in aree concentrate può superare le soglie. Morale gli inverter dovrebbero essere sovradimensionati per sooravvivere al peggior ciclo ipotizzabile. Ho notato che gli inverter con il raffreddamento a liquido sono molto più stabili e compatti. Raffreddare con aria porta ad un tale numero di variabili che spesso i conti non tornano.
 

paulpaul

Utente Standard
Professione: Macchinista
Software: Solid Edge, Autocad, Matlab
Regione: Parma
#5
Ciao meccanicamg

Anchio mi sono scontrato più volte con l’argomento, senza essere mai riuscito ad ottenere una teoria univoca: premetto di essere un meccanico puro che non vuole più di tanto “aprire la scatola” del vfd per diversi motivi, e faccio quindi lavorare parecchio i fornitori, dandogli le informazioni di cui hanno strettamente bisogno per accoppiare correttamente vfd/motore. Riporto cmq la mia esperienza, relativa all’azionamento di compressori alternativi fino a qualche centinaio di kW (forse tu ti riferisci ad inverter per automazione, campo che non conosco affatto).

Parto sempre ovviamente dalla macchina condotta, distinguendo le due condizioni: avviamento e regolazione.

Avviamento
Con un foglio xls, mi calcolo rapidamente la coppia resistente (senza inerzie) in avviamento in funzione della velocità, una volta sistemati i vari parametri da cui questa dipende (corse, alesaggi, numero stadi e cilindri, peso molecolare gas, pressione da fermo, ecc).

Regolazione
Mi calcolo (con programma di simulazione termodinamica) le coppie resistenti per tutti i punti di lavoro del compressore, in funzione di pressione e temperature di aspirazione, pressione di mandata, velocità necessaria per ottenere le portate richieste dal cliente.

Preselezione motore
Riporto i punti sopra su un grafico xls coppia vs. velocità, che sovrappongo con la curva di coppia del motore sotto inverter riportata sui cataloghi (precedentemente digitalizzati su xls) al variare della frequenza di alimentazione. Preseleziono con menu a tendina un motore (potenza, poli) che presenti coppia motrice superiore a tutti i punti considerati, in funzione del margine che io ipotizzo (o che mi viene dato dal cliente)

Comunico poi al fornitore di motore e VFD (spesso coincide, es. ABB, WEG):

- Curva di coppia all’avviamento
- Mappa dei punti di funzionamento
- Inerzie per calcolo tempo avviamento (nel caso di avviamento stella/triangolo me lo calcolo autonomamente, nel caso di vfd no: so che l’erogazione di coppia dipende dalla programmazione dell’inverter, ma non ne padroneggio i dettagli e non riesco a ricostruirmi la coppia motrice)
- Tipo di motore prescelto
- Frequenza e tensioni locali di rete
- Zona ATEX di installazione se applicabile e max temperatura superficiale
- Quota di installazione
- Numero di avviamenti/ora previsti (non più di 10 nel mio caso)

e mi faccio verificare per iscritto l’idoneità dell’accoppiamento, con la restituzione del d/s motore e delle curve di funzionamento con sovraimposti i punti di funzionamento del compressore (anche perché molto spesso il cliente me li chiede in fase di progetto). Se il fornitore di motore e inverter non coincide, una volta preselezionato il motore mando tutte le caratteristiche di questo al costruttore del vfd per analoga verifica.
Praticamente, a parità di potenza e per un range di regolazione tipico 500-1300 rpm (per un motore a 6 poli) ho visto che risultano motori (e vfd) di una taglia superiore al motore idoneo per avviamento stella/triangolo (es 250 kW vs. quello che sarebbe stato un 200 kW)
Per quanto riguarda invece la coppia, su alcuni cataloghi (es. ABB) a 50 Hz il motore sotto inverter eroga circa il 90-95% della coppia che avrebbe se alimentato da rete. Non ho mai sentito il fatto che il “motore sotto inverter si sieda”, a meno che la tensione erogata dal vfd non cali per proteggere il motore (es alti carichi a basse velocità per motore autoventilato), con conseguente calo della velocità.
Ho invece avuto pessime esperienze in avviamento con i soft starter, che invece i clienti preferiscono rispetto allo stella triangolo (senza peraltro apparenti vantaggi nel mio caso).

Francamente non ho il tempo di mettermi a studiare approfonditamente elettrotecnica (e soprattutto questi argomenti sono spesso trattati dal punto di vista del progettista dell'inverter più che di colui che deve selezionarlo): facendo come ho detto sopra non ho mai avuto grossi problemi. Certo è che se qualche elettrico approfondisse le relazioni esistenti tra coppia, corrente, frequenza e tensione di alimentazione non sarebbe male!
Grazie!!:wink:
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Technical manager - Mechanical engineer 🔩📐
Software: SolidWorks, FreeCAD, Nanocad, Me10, Excel
Regione: Lombardia
#6
Grazie a te per l'intervento e per la tua esperienza che ci hai portato.

La tua modalità é già quella adottata da me per i motori da 60 a 900 kW che sono quelli principali di potenza e fin qui non ci sono mai stati problemi tranne per qualche applicazione un po' tanto particolare in passato. Infatti con foglio Excel, curve, motore, fornitore ecc riesco a pennellate motore e inverter nonché riduttore di giri.

Il problema sorge con i motori di piccola potenza, diciamo fino a 15kW dove abbiamo una azienda elettrica che non ha purtroppo esperienza per poterci supportare e spesso acquistano loro gli inverter senza interpellare noi meccanici e quindi senza sapere se occorre piùo meno corrente della nominale. É qui l'inghippo.

Potrebbe essere buona cosa trasmettere a loro le curve anche delle piccole applicazioni e tutto indicato da noi meccanici, ma necessitiamo più formazione specifica per determinare correttamente il tutto.
 

Er Presidente

Moderatore
Staff Forum
Professione: Moderatore
Software: ND
Regione: Italia
#7
Spesso per applicazioni particolari per motori non troppo grandi, conviene mandare un motore al fornitore dell'inverter che a banco potrà fare le verifiche e le tarature del soft-start
 
Professione: Technical manager - Mechanical engineer 🔩📐
Software: SolidWorks, FreeCAD, Nanocad, Me10, Excel
Regione: Lombardia
#8
Il nostro tecnico mi ha detto che per le prossime applicazioni devo prendere un motore di potenza doppia, cosi in servizio S1 gestisco sia il normale che l'extra che sarebbe stato il sovraccarico. Così si usa un inverter normal duty. Boh non mi sembra una cosa sensata soprattutto perché anche il riduttore epicicloidale con rapporto 1300 se ci metto 15 o 30kW non è proprio la stessa cosa come motore. Poi energeticamente non succede nulla anche se il sovraccarico del riduttore risulta 200% perché viene usato 30 secondi ogni 2 mesi, quindi sta ok.



Ma é così difficile che se ho un 15kW da usare in sovraccarico e resistenza di frenatura con un heavy duty non ha senso prendere un 30kW di motore e inverter normal duty? É vero che come amper ci stiamo ma non ha senso.