L'Avviamento Dei Mat
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PAG. 1 AVVIAMENTO DEI MOTORI ASINCRONI di Lorenzo Colombo L’utilizzo di avviatori statici, chiamati comunemente Soft Starter, consente una drastica riduzione della corrente assorbita dai motori asincroni nella fase di avviamento, diversamente a quanto succede con il metodo stella-triangolo o DOL. Nelle applicazioni in cui non è richiesta una variazione di velocità delle macchine, dove quindi l’inverter è superfluo, rimane il problema di come avviare i motori, al fine di limitare il valore della corrente di spunto. In questa fase particolarmente delicata, bruschi picchi di corrente e della coppia di spunto implicano usura e probabili danneggiamenti alle macchine elettriche ed all’impianto. E’ fondamentale quindi controllare il passaggio dalle condizioni di stop a quelle di moto a velocità nominale, e fare in modo che ciò avvenga in maniera morbida e graduale. Quando si utilizza un motore ad induzione a gabbia di scoiattolo, risulta necessario prevedere un’apparecchiatura di avviamento, posizionata tra le tre fasi del motore e l’alimentazione di rete. Esistono diverse soluzioni, più o meno efficaci, legate al tipo di applicazione, al tipo di macchina ed alle esigenze richieste; di seguito saranno analizzati i tre metodi di avviamento più diffusi, precisamente: - avviamento diretto (DOL - Direct on line) - stella/triangolo - avviamento con avviatore statico Avviamento diretto Un metodo semplice per ottenere l’avviamento di un motore, è senz’altro quello di collegare l’alimentazione di rete direttamente agli avvolgimenti di statore. Nella fase di inserzione, la corrente assorbita dalla macchina raggiunge valori molto elevati, provocando sollecitazioni elettriche e meccaniche deleterie per il motore e per l’impianto. Con questo tipo di avviamento può verificarsi un tremolio delle luci più vicine o malfunzionamenti di altre utenze, causato dall’improvvisa caduta di tensione che si verifica nei conduttori di alimentazione. Questo metodo viene generalmente utilizzato per avviare motori di piccola taglia, con potenze fino a circa 5,5 kW. Avviamento diretto (DOL) Tempo di avviamento: 0,6 secondi Corrente di avviamento: 7 x ln (ln = corrente nominale) Avviamento Stella-Triangolo L’avviamento stella/triangolo costituisce la forma di avviamento a tensione ridotta storicamente più usata e diffusa che, peraltro, non ha nessuna giustificazione tecnica. Questo metodo richiede un motore con statore dotato di avvolgimenti collegabili sia a stella che a triangolo. Sono anche necessari tre conduttori supplementari tra il motore ed il dispositivo di commutazione. Inizialmente si alimenta il motore collegando a stella gli avvolgimenti di statore, riducendo la coppia e la corrente ad un terzo del valore necessario per un avviamento diretto. Quando si è prossimi alla velocità nominale, viene effettuata la commutazione sul collegamento a triangolo. In questa fase, però, normalmente si verifica un notevole picco di corrente che produce uno strappo meccanico improvviso. Avviamento stella/triangolo Tempo di avviamento: 3,5 secondi Corrente di avviamento a stella: 2,5 x ln Picco di corrente (nella transizione da stella a triangolo): > 8,5 x ln Avviamento con avviatore statico Un metodo moderno, valido dal punto di vista economico, è quello di utilizzare un avviatore statico elettronico (Soft Starter), che permette di ridurre la corrente di avviamento, determinare la coppia e impostare il tempo di avviamento. L’alimentazione del motore viene gradualmente incrementata durante l’intera procedura, al fine di ottenere un avviamento lineare, evitando sollecitazioni alle parti meccaniche. L’avviatore statico, installato tra l’alimentazione e il motore, controlla direttamente ed in maniera ottimale la tensione e la corrente. La sua struttura fisica è molto più semplice di quella del convertitore di frequenza; è principalmente costituito da due parti, un’unità di potenza ed un’unità di comando e controllo. I principali componenti dell’ unità di potenza sono il dissipatore di calore e sei tiristori (SCR), comandati da una logica implementata su una scheda di controllo, l’unità di comando appunto, generalmente a microprocessore. Il tiristore è un componente affidabile e robusto, ben adatto ad applicazioni industriali. E’ in grado di resistere alle alte correnti di avviamento che si vengono a creare in un motore ad induzione. Le perdite di potenza sono limitate e la caduta di tensione diretta è pari circa all’1% della tensione nominale. La potenza massima di un avviatore viene calcolata in maniera che la temperatura di giunzione degli SCR non superi i 125°C. I parametri operativi che influenzano la temperatura che lega i vari moduli SCR sono cinque: corrente del motore,
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avviamento, motori asincroni, stella, triangolo
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AVVIAMENTO DEI MOTORI ASINCRONI di Lorenzo Colombo
L’utilizzo di avviatori statici, chiamati comunemente Soft Starter, consente una drastica riduzione della corrente assorbita dai motori asincroni nella fase di avviamento, diversamente a quanto succede con il metodo stella-triangolo o DOL. Nelle applicazioni in cui non è richiesta una variazione di velocità delle macchine, dove quindi l’inverter è superfluo, rimane il problema di come avviare i motori, al fine di limitare il valore della corrente di spunto. In questa fase particolarmente delicata, bruschi picchi di corrente e della coppia di spunto implicano usura e probabili danneggiamenti alle macchine elettriche ed all’impianto. E’ fondamentale quindi controllare il passaggio dalle condizioni di stop a quelle di moto a velocità nominale, e fare in modo che ciò avvenga in maniera morbida e graduale. Quando si utilizza un motore ad induzione a gabbia di scoiattolo, risulta necessario prevedere un’apparecchiatura di avviamento, posizionata tra le tre fasi del motore e l’alimentazione di rete. Esistono diverse soluzioni, più o meno efficaci, legate al tipo di applicazione, al tipo di macchina ed alle esigenze richieste; di seguito saranno analizzati i tre metodi di avviamento più diffusi, precisamente: - avviamento diretto (DOL - Direct on line) - stella/triangolo - avviamento con avviatore statico Avviamento diretto Un metodo semplice per ottenere l’avviamento di un motore, è senz’altro quello di collegare l’alimentazione di rete direttamente agli avvolgimenti di statore. Nella fase di inserzione, la corrente assorbita dalla macchina raggiunge valori molto elevati, provocando sollecitazioni elettriche e meccaniche deleterie per il motore e per l’impianto. Con questo tipo di avviamento può verificarsi un tremolio delle luci più vicine o malfunzionamenti di altre utenze, causato dall’improvvisa caduta di tensione che si verifica nei conduttori di alimentazione. Questo metodo viene generalmente utilizzato per avviare motori di piccola taglia, con potenze fino a circa 5,5 kW. Avviamento diretto (DOL) Tempo di avviamento: 0,6 secondi Corrente di avviamento: 7 x ln (ln = corrente nominale) Avviamento Stella-Triangolo L’avviamento stella/triangolo costituisce la forma di avviamento a tensione ridotta storicamente più usata e diffusa che, peraltro, non ha nessuna giustificazione tecnica. Questo metodo richiede un motore con statore dotato di avvolgimenti collegabili sia a stella che a triangolo.
Sono anche necessari tre conduttori supplementari tra il motore ed il dispositivo di commutazione. Inizialmente si alimenta il motore collegando a stella gli avvolgimenti di statore, riducendo la coppia e la corrente ad un terzo del valore necessario per un avviamento diretto. Quando si è prossimi alla velocità nominale, viene effettuata la commutazione sul collegamento a triangolo. In questa fase, però, normalmente si verifica un notevole picco di corrente che produce uno strappo meccanico improvviso. Avviamento stella/triangolo Tempo di avviamento: 3,5 secondi Corrente di avviamento a stella: 2,5 x ln Picco di corrente (nella transizione da stella a triangolo): > 8,5 x ln Avviamento con avviatore statico Un metodo moderno, valido dal punto di vista economico, è quello di utilizzare un avviatore statico elettronico (Soft Starter), che permette di ridurre la corrente di avviamento, determinare la coppia e impostare il tempo di avviamento. L’alimentazione del motore viene gradualmente incrementata durante l’intera procedura, al fine di ottenere un avviamento lineare, evitando sollecitazioni alle parti meccaniche. L’avviatore statico, installato tra l’alimentazione e il motore, controlla direttamente ed in maniera ottimale la tensione e la corrente. La sua struttura fisica è molto più semplice di quella del convertitore di frequenza; è principalmente costituito da due parti, un’unità di potenza ed un’unità di comando e controllo. I principali componenti dell’ unità di potenza sono il dissipatore di calore e sei tiristori (SCR), comandati da una logica implementata su una scheda di controllo, l’unità di comando appunto, generalmente a microprocessore. Il tiristore è un componente affidabile e robusto, ben adatto ad applicazioni industriali. E’ in grado di resistere alle alte correnti di avviamento che si vengono a creare in un motore ad induzione. Le perdite di potenza sono limitate e la caduta di tensione diretta è pari circa all’1% della tensione nominale. La potenza massima di un avviatore viene calcolata in maniera che la temperatura di giunzione degli SCR non superi i 125°C. I parametri operativi che influenzano la temperatura che lega i vari moduli SCR sono cinque: corrente del motore,
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corrente di avviamento, tempo di avviamento, numeri di avviamenti/ora e tempo di disinserimento. La potenza a pieno regime, quindi la potenza di dimensionamento, deve tener conto di tutti questi parametri. La corrente nominale non è sufficiente a descrivere la capacità di un avviatore elettronico. Danfoss ha eseguito in laboratorio delle prove con i tre metodi di avviamento descritti: - avviamento diretto (DOL - Direct on line) - stella/triangolo - avviamento con avviatore statico (Soft Starter Danfoss serie MCD202) applicati ad una pompa centrifuga con motore da 30 kW. Avviamento con Soft Starter (serie MCD 202) Tempo di avviamento 3,6 secondi Corrente di avviamento: 3,5 x ln Nei grafici si relazionano gli assorbimenti di corrente e le curve di velocità, durante la fase di avviamento. La comparazione dei 3 metodi evidenzia l’andamento nervoso della corrente di spunto con avviamento stella / triangolo, con un picco nel passaggio dal collegamento a stella a quello a triangolo (superiore a 8,5 volte il valore della corrente nominale) addirittura maggiore di un avviamento diretto (circa 7 volte il valore nominale). Altra musica con il Soft Starter, dove l’accelerazione assume un profilo lineare, più morbido, e soprattutto la corrente assorbita non presenta picchi elevati (circa 3,5 volte la corrente nominale). Il picco di corrente che si verifica durante la commutazione da stella a triangolo deriva dal fatto che in questo breve intervallo il motore non è alimentato ma il rotore, che per inerzia continua a ruotare, si comporta come il rotore di una macchina sincrona, inducendo una tensione negli avvolgimenti di statore. Quando si riprende a triangolo e si rialimenta lo statore, questa tensione si somma vettorialmente a quella indotta dal rotore, dando origine ad una sovratensione statorica e quindi ad un picco di corrente di reinserzione.
Soft Starter Danfoss serie MCD 202 Benefici di un avviamento con Soft Starter Abbiamo visto come la corrente di spunto con Soft Starter sia notevolmente inferiore a quella con avviamenti DOL o peggio ancora stella/triangolo. Limitare l’assorbimento in questa fase significa ridurre stress elettrici e meccanici nella macchina e all’impianto, con conseguente abbattimento delle attività di manutenzione. Proviamo ad immaginare quali possano essere i benefici di avviamenti controllati in applicazioni idrauliche dove morbide accelerazioni delle pompe centrifughe si traducono nell’eliminazione di sovrapressioni nelle tubazioni; ed ancora, nei nastri trasportatori dove si evitano danni alle merci, cadute durante la movimentazione o la lavorazione; ma anche vantaggi di avviamenti dolci di ventilatori, compressori, impianti di sollevamento, ecc... Anche le procedure di installazione risultano semplificate ed i costi ridotti. Installare un Soft Starter è semplice, veloce e sono necessari solo tre cavi tra avviatore e motore, invece dei sei richiesti da un sistema stella/triangolo. Si riducono gli ingombri; per esempio per un motore da 30 kW, lo spazio richiesto da un Soft Starter (Danfoss serie MCD202) è 1/3 di quello richiesto per un equivalente sistema stella/triangolo. Ciò comporta una riduzione dei quadri elettrici di contenimento. Aggiungiamo che, trattandosi di apparecchiature elettroniche, i Soft Starter integrano funzioni specifiche di controllo e monitoraggio, quali ad esempio il controllo termico del motore, l’impostazione delle rampe di accelerazione e decelerazione in base al tipo di applicazione e di macchina, uscite relè di segnalazione degli stati, interfacciamento con PLC tramite bus di comunicazione. Soft Starter vuol dire anche soft stop per eliminare le conseguenze di brusche fermate, come ad esempio i colpi d’ariete negli impianti idraulici. I prezzi? L’evoluzione e la specializzazione dei Soft Starter hanno permesso di ridurre notevolmente l’impatto economico dell’investimento iniziale. Il mercato odierno propone una gamma molto ampia di potenze e qualità specifiche, in grado di coprire ogni tipo di esigenza e necessità. Ing. Lorenzo Colombo Marketing & HVAC Manager Danfoss s.r.l.
Dati tecnici del motore utilizzato e della pompa centrifuga utilizzati per la prova
MotoreTeco AEEBTLO 200 40BT, 30 kW
Pompa centrifuga Goulds, tipo 100 x 65
- 250 Corrente nominale: 55 A Velocità nominale:
3.000 giri/min. Tensione nominale: 400 V Accoppiamento diretto
Velocità nominale: 2930 giri/min
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APPARECCHIATURE UTILIZZATE PER LE PROVE
