tutorial - Automazione Plus

311 TUTORIAL IMP p:newgabbia art+appunti
26-02-2008
12:56
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AO
automazioneoggi
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Fonte: www.siemens.fi
Una ‘dolce’
partenza
DANIELE CATTANEO
L’
avviamento dei motori richiede sempre
particolare attenzione e può essere utile
lasciarsi guidare da un semplice principio
base: generalmente, è l’applicazione a
definire l’azionamento. Le applicazioni,
infatti, determinano gli azionamenti elettrici necessari:
nelle partenze dirette (ad esempio, stella-triangolo o
teleinvertitore) si verificano punte di corrente che i ‘softstarter’ riescono a governare garantendo un avviamento
graduale che preserva la rete; in presenza di commutazioni frequenti e silenziose, si utilizzano contattori a semiconduttori senza contatto; nei casi più semplici, il motore
è azionato da un contattore elettromeccanico (si parla
anche di partenza modulare compatta se c’è la combinazione con una protezione motore e di linea); l’impiego di
un convertitore di frequenza è indicato, infine, quando si
richiede un numero di giri regolabile in modo continuo.
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MARZO 2008 • AUTOMAZIONE OGGI 311
‘Softstarter’
è un recente
sistema di
avviamento
‘dolce’ dei
motori trifase
che presenta
diversi
vantaggi sia
in termini di
prestazioni
sia in termini
di costi
Il protagonista: il motore
Un sistema di azionamento prevede innanzitutto un motore da azionare. I motori più utilizzati sono i motori asincroni trifase, semplici, robusti, con gradi di protezione
anche elevati a seconda delle applicazioni per cui sono
progettati e con caratteristiche costruttive standardizzate.
Il motore trifase è definito dalle curve caratteristiche di
avviamento attraverso un momento di eccitazione, una
coppia di rovesciamento e una coppia nominale. Il campo
di rotazione del motore è generato dall’applicazione di
una tensione trifase sfasata di 120 gradi e l’induzione ha
come effetto la generazione sia del campo di rotazione sia
della coppia nell’avvolgimento elettrico. Attraverso la
gestione di grandezze tipiche, come ad esempio tensione
e corrente, gli azionamenti possono determinare le modalità di avviamento del motore a seconda delle necessità
delle applicazioni.
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UMTS
Modem per la tele gestione
di apparati con controllo seriale,
sistemi di videosorveglianza
¿no a 5 telecamere analogiche
e digitali, router dati mobile
paragonabile a una connessione
WAN. Con il microprocessore
integrato e Linux è possibile
sviluppare
applicazioni
di
controllo direttamente sul modem
rendendolo trasparente
Tante modalità di avviamento
Grazie all’elettronica di potenza grandezze fisiche come
coppia o numero di giri possono essere adattate senza
soluzione di continuità al processo di produzione. Nei
contattori a semiconduttori la commutazione di motori
trifase e carichi ohmici è rapida e silenziosa, l’inserzione
avviene automaticamente nell’istante ottimale, sopprimendo i picchi indesiderati di corrente e di tensione.
I convertitori di frequenza hanno invece la particolarità di
trasformare una rete con corrente alternata o trifase (con
tensione e frequenza costanti) in una rete trifase con tensione e frequenza variabili; in questo modo, è possibile la
regolazione continua del numero di giri dei motori trifase
e l’azionamento può funzionare alla coppia nominale
anche con un basso numero di giri. Il flusso del campo
magnetico all’interno del motore è lo strumento adottato
dai convertitori di frequenza vettoriali per comandare i
motori trifase; la grandezza di regolazione, in tal caso, è
• GSM-GPRS-2 band, EDGE, UMTS, HSDPA
• ARM 500 MIPS con Linux 2.6 embedded
• 3 USB, 2 CVBS, 1 RJ45 10/10 Base-T, 1 RS485, 2 GPIO
• IP data rate 384 Kbps Uplink / 1,8 Mbps Downlink
• Range temperature - 20 C° / +55 C°
• Video streaming su PC player o cellulari
• SDK e librerie API per applicazioni custom
Altri avviamenti
L’avviamento più semplice è quello diretto, quando un
motore trifase, generalmente di potenza ridotta, è
direttamente collegato alla tensione di rete e il motore
è innescato da un contattore elettromeccanico. Il collegamento alla rete è caratterizzato da tensione e frequenza fisse. La velocità operativa è differente a causa
dello scorrimento del motore rispetto al campo rotante per cui allo spunto subentra una corrente di avviamento molto elevata (sino a dieci volte la corrente
nominale). Le caratteristiche dell’avviamento diretto,
quindi, sono riassunte in un elevato momento di avviamento, carico meccanico molto elevato, elevate punte
di corrente, interruzioni di tensione e apparecchi di
comando semplici. Si ricorre a contattori elettronici a
semiconduttori se l’applicazione richiede manovre frequenti e silenziose oppure se le condizioni ambientali
aggressive limitano l’utilizzo degli elementi di comando elettromeccanici.
Applicazioni tipiche sono l’azionamento delle porte
degli ascensori, l’avviamento di gruppi frigoriferi e di
nastri trasportatori, il comando di motori pompa nelle
colonnine dei distributori, le pompe nella lavorazione
di vernici, gli estrusori, i forni e gli impianti di illuminazione. L’avviamento dei motori con la configurazione
stella-triangolo è sicuramente la variante più diffusa e
conosciuta ed è caratterizzata da correnti di avviamento ridotte, sei linee di collegamento, momento di
avviamento ridotto, punte di commutazione da stella a
triangolo e carico meccanico con commutazione da
stella a triangolo.
• Firmware aggiornabile da remoto
OPEN FRAME
Una famiglia completa e competitiva di monitor TFT per
applicazioni quali POS, pannelli informativi e industriali. La
meccanica adottata e la completezza degli ingressi disponibili
rendono questi display veoci da installare e facili da interfacciare.
In¿ne, selezionando uno dei quattro touch panel disponibili o la
protezione antiriÀesso, si
possono ottenere monitor
adatti ad ogni esigenza
• Da 8“ a 20” e risoluzione da SVGA a SXGA
• Viewing angle (H) da 130° a 160°
• Response time da 8 ms a 10 ms
• Ingressi VGA, DVI, SV e AV
• OSD Control completo
• Compatibile VESA DDC 2B
• Touch resistivo, capacitivo, IR e SAW
• Vetro antiriflesso
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la corrente del motore, così la regolazione della coppia è
ottimale soprattutto nel caso di applicazioni complesse
(sistemi di trasporto e di alimentazione, estrusori, misce-
latori e agitatori ecc.). Nei softstarter è gestita la tensione
di rete in un arco di tempo che può essere impostato
secondo le necessità; i risultati sono un avviamento dolce
del motore, senza strappi, e la
riduzione della coppia durante la fase di avviamento (grazie alla riduzione di tensione),
ragion per cui i softstarter
sono particolarmente indicati
in applicazioni come pompe e
ventilatori dove l’avviamento
dei carichi ha un andamento
quadratico del numero di giri
oppure della coppia.
Un avviamento
senza strappi
Curve caratteristiche di coppia
(in alto) e corrente (in basso) di un
avviamento stella-triangolo (in rosso)
rispetto a un avviamento diretto
(in verde) per una pompa centrifuga
(fonte: ABB)
Curve caratteristiche di coppia
(in alto) e corrente (in basso) di un
avviamento softstarter (in blu)
rispetto a un avviamento diretto
(in verde) per una pompa centrifuga
(fonte: ABB)
Tipo di applicazione
Tempo
di avvio [s]
Tempo
Voltaggio
di arresto [s] iniziale
Corrente
limite [xIe]
Elica di prua
Ventola centrifuga
Pompa centrifuga
Centrifuga
Nastro trasportatore
Frantumatore
Scala mobile
Pompa di calore
Pompa idraulica
Ascensore
Fresatrice
Compressore a pistoni
Convertitore a rotazione
Raschiatore
Compressore a vite
Trasportatore a vite
Miscelatore
Motore scarico
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I valori indicativi di avviamento di un softstarter con corrente limitata
a seconda dell’applicazione (fonte: ABB)
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I softstarter sono definiti
anche avviatori dolci; si tratta
di apparecchiature elettroniche attuali e moderne rispetto
ai tradizionali sistemi di
avviamento dei motori. Sono
più economici e più semplici
di un ‘inverter’ e costituiscono un’ottima alternativa alla
soluzione stella-triangolo.
L’azionamento agisce sui
valori variabili di tempo e
coppia allo spunto, consentendo al motore un avviamento progressivo e continuo sino
al raggiungimento della velocità
nominale,
quando
l’elettronica non è più utilizzata, riducendo così ulteriori
perdite. Il softstarter controlla
in modo continuo la tensione
di alimentazione del motore
trifase nella fase di avviamento. L’avere all’avviamento
una ridotta corrente di spunto
e la conseguente riduzione
degli sforzi elettrodinamici
hanno come conseguenza
positiva una maggior durata
elettrica e meccanica delle
apparecchiature. La tensione
iniziale è aumentata gradualmente sino al raggiungimento
del valore nominale per cui il
motore accelera dolcemente e
con bassi assorbimenti di corrente, contrariamente a
quanto accade durante l’avviamento diretto.
La riduzione della coppia allo
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spunto (come nell’avviamento stella-triangolo) può essere associata all’arresto controllato del motore attraverso la
funzione integrata di decelerazione dolce.
Un softstarter è in grado di avviare anche più motori in
parallelo a condizione che l’assorbimento di corrente di
tutti i motori collegati non superi la corrente nominale di
impiego del softstarter; in questa configurazione, inoltre,
l’azionamento non influisce sul comportamento del singolo motore e ogni motore deve essere protetto individualmente contro i sovraccarichi. Soprattutto è importante che i motori in parallelo non abbiano tra loro grandi differenze di potenza perché potrebbero subentrare problemi
in fase di avviamento, poiché il motore di minore potenza potrebbe non raggiungere la coppia richiesta per via
dei valori di resistenza ohmici piuttosto elevati all’interno
dello statore per cui all’avviamento è necessaria una maggiore tensione. Quando è necessario convertire o rimodernare vecchi impianti, i softstarter possono sostituire i contattori e le resistenze rotoriche di avviatori rotorici trifase
multistadio; di fatto, le resistenze rotoriche sono rimosse,
i relativi contattori sono cortocircuitati sul motore insieme
agli anelli del rotore e il softstarter è inserito nella linea di
alimentazione: così, il motore è comandato per avviarsi in
modo graduale.
Tanti vantaggi
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Gli sbalzi di corrente e coppia influiscono negativamente
sul motore, soprattutto nel campo delle potenze medioelevate, perché si verifica un’usura più elevata, si devono
sopportare maggiori costi di manutenzione, si sostiene un
elevato carico di rete, le interruzioni di tensione hanno
effetti negativi sulle altre utenze e maggiore sollecitazione meccanica della macchina.
L’utilizzo del softstarter è indicato quando è necessario
limitare la coppia di avviamento per proteggere la meccanica; avviare le macchine in progressione; gestire dolcemente accelerazioni o decelerazioni (ad esempio, per
garantire la sicurezza delle persone oppure del materiale
trasportato o lavorato); ridurre i picchi di corrente e diminuire le cadute di tensione; contenere i costi
(un’alternativa come l’inverter, infatti, oltre a essere più
costosa, offre anche la regolazione continua dei parametri
di moto, in alcune applicazioni funzionalità non necessaria quindi evitabile).
Sulle medie potenze, invece, la convenienza rispetto
all’avviamento stella-triangolo è nell’utilizzo di una sola
apparecchiatura rispetto ai tre contattori tradizionali, si
risparmia spazio e si utilizzano tre soli cavi per alimentare il motore (lo stella-triangolo ne richiede sei).
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