MORETTI SERGIO di Ravenna

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giovedì 26 ottobre 2017

Logica di controllo elettromeccanica : circuiti di sicurezza o di emergenza , da : Elettromeccanica : un pò di scuola o lezioni cercando la semplicità - potenza e carico ( motori elettrici , elettrovalvole , elettromagneti , contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , autotrasformatori , inverter ...) , logica di comando e di sicurezza ( circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , teleruttori , trasformatori , PLC...) .

In questo post , sempre facendo riferimento a pagine di un mio schema , farò una breve descrizione del circuito d'emergenza , molto importante per la sicurezza , senza entrare nel merito del "PL" (Performance Level) o del "SIL" (Safety Integrity Level) introdotti dalle norme EN 13849-1 e EN 62061 , di cui riporto a fine post alcuni LINK interessanti per chi volesse approfondire l' argomento senza dover cercare molto sul WEB . Dunque il circuito d'emergenza , sia che venga utilizzato un sistema ridondante a due teleruttori come nel caso dello schema sotto riportato ( colonne 1 e 2 - K05a e K05 ) , sia dispositivi di sicurezza elettromeccanici o misti ( elettronica ed elettromeccanica insieme ) adottati dopo aver stabilito il PL e/o il SIL trattati nei LINK a fine post , deve essere composto , oltre che dai vari interblocchi circuitali ( magnetotermici o relé termici di protezione motori - consenso degli inverter e contatti di relé vari ) , da attuatori , come il o i pulsanti d'arresto d'emergenza - i finecorsa su porte o portelli con accesso a zone pericolose , ad apertura forzata ( detta apertura positiva - vedi link a fine post ed in particolare l'ultimo ) ; nel caso dello schema sottoriportato PE01- PE02 - MS01 - MS30 - MS31 ( colonne 1 e 2 ) hanno contatti normalmente chiusi che , se fossero incollati , al tentativo di apertura si devono strappare..... Quando le macchine non vengono vendute nei paesi Europei non è , naturalmente , obbligatorio fare riferimento alle norme EN... , che essendo le più rigide andrebbero sempre bene ( a parte le CSA Canadesi e Statunitensi specialmente riguardo ai cavi di collegamento del quadro elettrico e di bordo macchina ) , il progettista elettromeccanico , per rendere la macchina concorrenziale nel mercato può alleggerire un pò ma ha l'obbligo di non alleggerire troppo sulla sicurezza perché essa riguarda principalmente le persone che sono tali in tutte le parti del mondo quindi meritano uguale attenzione .
In alcune macchine , a volte , al posto dei finecorsa possono essere richiesti sensori o fotocellule ; in questo caso vanno scelti esaminando le loro caratteristiche tecniche in base al PL e/o SIL di sicurezza che si vuole raggiungere . Di seguito inserisco tre esempi di caratteristiche di sensori e fotocellule Sick per capire meglio...

Fotocellule :
Forma compatta per un'ottimale integrazione in applicazioni di sicurezza fino al tipo 2
    Tipo 2 (IEC 61496), SIL1 (IEC 61508), PLc (EN ISO 13849), solo in combinazione con adeguato     dispositivo di test, ad es. Flexi Classic o Flexi Soft
    Dimensioni compatte con distanze operative fino a 18 m
    Custodia di plastica, ABS
    Grado di protezione IP 67
    Intervallo di temperatura da –40 °C a +60 °C

Forma robusta e per elevata resistenza in condizioni ambientali estreme
    Tipo 4 (IEC 61496), SIL3 (IEC 61508), PLe (EN ISO 13849)
    Struttura robusta
    Possibilità di impiego universali
    Distanze operative fino a 70 m
    Uscite relè
    Riscaldamento della finestrella frontale

Sensori :
Impiego universale fino al tipo 4 con soluzioni di controllo sicure SICK
    Tipo 4 (IEC 61496), SIL3 (IEC 61508), PLe (EN ISO 13849), solo in combinazione con adeguato      dispositivo di test, ad es. Flexi Classic o Flexi Soft
        Grado di protezione IP 67
    Intervallo di temperatura da –40 °C a +55 °C
    Ottica radiale (specchio deviatore a 90°)

Onde evitare interpretazioni teoriche a volte errate occorre sempre provarle in pratica e poiché io non sono più un progettista praticante non mi azzardo ad avventurarmi in spiegazioni sul Performance Level ( PL ) ed il Safety Integrity Level ( SIL ) ( è anche abbastanza complesso...) per cui chi dovesse leggere questo post e fosse già un affermato progettista non avrebbe nulla da imparare da me , anzi sicuramente sarei io che avrei da imparare da lui , mentre altri eventualmente interessati si dovranno accontentare dei Link in fondo al post o farsi una cultura tramite libri - riviste o ricerche proprie o meglio ancora chiedere la collaborazione dei tecnici dei produttori dei componenti da utilizzare , preferendo i più organizzati come ad esempio la Siemens - Sick ecc.. , e/o i tecnici degli Enti omologatori come INRS francese e BG tedesco ( per me è sempre stata la via più breve per farmi una buona cultura su tutte le novità.....) .

Se in questi post dovesse venir fuori qualche errore ( spero almeno lieve ) e qualcuno volesse farmelo notare lo ringrazio e provvederò subito a correggerlo .
A mio favore , anche se per un progettista che ha fatto tale lavoro per parecchi anni è molto normale , c' è il fatto che in giro per il mondo ci sono ancora migliaia di macchine , di cui molte con la mia sola partecipazione mentre le più complesse ( comunque di media complessità in generale ) progettate interamente da me ( logicamente in collaborazione con l' ufficio tecnico meccanico ) che stanno ancora lavorando senza aver creato problemi di sicurezza ....
Nel prossimo post , che sarà anche l' ultimo sull'elettromeccanica , commenterò qualche elementare circuito a relé senza e con temporizzatore per dilettanti......

Link interessanti ( finché verranno mantenuti attivi......) :

Utile manuale Siemens del 2013 ( di 162 pagine ) sulla tecnica di sicurezza con esempi e riferimenti...https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMRGZpMzNLMzdvUTg/view?usp=sharing

Breve introduzione all' automazione ( da MESA con riferimento alla Commissione Europea ) che confronta le differenze fra logica cablata e programmata (PLC) , la cui conclusione però è : le azioni in condizione d'emergenza vanno comunque affidate a logiche di tipo cablato esterne al funzionamento del PLC ...(..importante..)...https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMamxUMVN1SXMtLVk/view?usp=sharing

Elaborato della Elektro.it , di 78 pagine ( del 2010 però , quindi nel passaggio dalla vecchia normativa alle nuove EN 13849-1 e EN 62061 ) che cerca di spiegare il PL ( Performance Level ) , il SIL ( Safety Integrity Level ) e la classificazione delle nuove categorie ( impegnativo... )... https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMUEFvUkhoZVNhV28/view?usp=sharing

Descrizione dei vari tipi di relé nelle prime pagine....https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMZlJRdzJhZ1dneWc/view?usp=sharing

Riflessioni Siemens ( di 25 pagine del 2011 ) sulle norme En 13849-1 e En 62061 con esempi di utilizzo della loro componentistica di sicurezza...https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMeWdTUm94bXFCT1U/view?usp=sharing

Riflessione Siemens del 2009 sul concetto di sicurezza andando verso le EN 13849-1 ed EN 62061...
https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMbHg4c1Q3b1h5Tjg/view?usp=sharing

Pizzato : apertura positiva dei contatti , Performance level ecc.. di 22 pagine...
https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMeHgwNTRUUlZ2OWs/view?usp=sharing

Sicurezza funzionale secondo le norme EN 13849-1 ed EN 62061 d Vanni - Valeri ( del 2012 - pagine 8 ) : Performance level - Safety Integry Level ecc....
https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMRlkyRURaUTYxdFU/view?usp=sharing

Apertura positiva e negativa dei contatti di relé ed attuatori vari ( mi sembra ben fatto... , della Voltimum )...
https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMQ0lDaFluQzN2SUk/view?usp=sharing

Seguono i Link dei miei post di elettromeccanica :

https://silvanastrina.blogspot.com/2020/03/progettazione-elettromeccanica-schema_27.html

https://silvanastrina.blogspot.com/2021/01/progettazione-elettromeccanica-macchina.htm

giovedì 12 ottobre 2017

Riflessioni sull' utilizzo di inverter o convertitori di frequenza o variatori di velocità - da : Elettromeccanica : un pò di scuola o lezioni cercando la semplicità – potenza e carico ( motori elettrici , elettrovalvole , elettromagneti , contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , autotrasformatori , inverter …) , logica di comando e di sicurezza ( circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , teleruttori , trasformatori …) .

Premettendo che , non essendo più da qualche anno un progettista elettromeccanico praticante per pensionamento e pur cercando di mantenermi il più informato possibile per curiosità , potrebbe sfuggirmi ( anzi mi sfuggirà sicuramente ) qualcosa sull'avanzamento della tecnologia specialmente quando si parla d' inverter e delle sue svariate potenzialità , ma il suo principio d'utilizzo non cambia di molto ; infatti in questo post è proprio il suo utilizzo preso in esame ( stile di lavoro di un progettista elettromeccanico ) .

Negli schemi seguenti sono rappresentati due inverter ( GF04 - foglio 2 colonna 12-13 e GF05 - foglio 1 colonna 12-13 ) ; entrambi di 2.2KVA di potenza in ingresso e 1.5KW in uscita ma di taglie diverse ( uno di dimensioni più ridotte rispetto all' altro ) per la diversità nel loro utilizzo . Infatti , mentre GF04 , la cui potenza d' ingresso è maggiore di 1.5 KVA dell' autotrasformatore ATR01 che lo alimenta ( foglio 1 colonna 6 ) perché al momento era la prima taglia della ditta costruttrice , deve controllare un motore di 1.5KW (lievemente sovradimensionato perché normalissimo motore asincrono) ma con accelerazione e decelerazione a tempi lunghi , GF05 deve invece controllare un motore con freno sempre di 1.5KW ( particolare , cioè costruito per prestazioni superiori...) ma con accelerazione a tempo breve e decelerazione a tempo brevissimo ; ciò comporta una più alta dissipazione d' energia che comporta l' utilizzo di componenti elettronici più potenti ( dimensioni e isolamento maggiore ecc...) . Trattandosi di una macchina " Sezionatrice...per il taglio di pannelli in legno o truciolare " , il primo inverter ( GF04 ) deve controllare tramite un potenziometro la velocità del carrello porta lama di taglio , che non è molto alta e soprattutto l' accelerazione e decelerazione hanno tempi discretamente lunghi e uguali ( infatti la lama deve entrare ed uscire dal pannello con la stessa velocità per non avere scheggiature nel taglio ) ma non serve un arresto di precisione ; l' inverter GF05 invece deve controllare la velocità di spostamento dei pannelli sulla linea di taglio con posizionamento al decimo di millimetro , accelerazione breve , velocità sostenuta e decelerazione brevissima perché in spazio strettissimo che per evitare il surriscaldamento dei componenti interni richiede il collegamento di una resistenza cosiddetta di frenatura per dissipare parte dell'energia . A tal proposito ecco di seguito la spiegazione di un costruttore d' inverter :

quando l' inerzia del carico da decelerare è importante e la rampa di decelerazione impostata dal variatore è troppo breve, vi è restituzione di energia dal carico al variatore. Questa restituzione avviene con l'immagazzinaggio di quest'energia sui condensatori del bus continuo del variatore. Questo provoca un aumento di tensione del bus che non potrà superare una soglia limite che causerebbe danni al variatore. Finché la tensione del bus continuo è inferiore alla soglia di tensione ammessa, il variatore segue la rampa di decelerazione caricando i condensatori dell' eccesso di energia, permettendo la frenatura del carico , ma al raggiungimento della soglia di tensione max, per potere mantenere il controllo del variatore occorre effettuare un arresto frenato con resistenza di frenatura ; in questo caso l' energia supplementare è trasmessa alla resistenza di frenatura e dissipata per effetto Joule. Se la resistenza di frenatura è correttamente dimensionata, l'arresto del carico avviene nel tempo configurato dal parametro rampa di decelerazione, indipendentemente dal carico .

Comunque è logico che i due esempi soprariportati sono una goccia nell' oceano rispetto alle possibilità di utilizzo degli inverter attuali per cui , ripeto , il progettista elettromeccanico deve instaurare un rapporto collaborativo e di fiducia con lo staff tecnico della ditta che produce l'inverter che si vorrebbe utilizzare (a volte basta un rappresentante preparato anche tecnicamente sul prodotto - qui desidero menzionare l'Ing. Landi della Protos (BO) rappresentante di più aziende produttrici e in grado di farti tutti i calcoli immediatamente ; con lui non puoi sbagliare la scelta....) e non si avrà alcun problema , compresa la sua programmazione ( o scelta dei parametri per il suo miglior utilizzo ) - anche se i manuali sembra stiano diventando un pò più immediati o di più veloce consultazione .

In fondo al post ho riportato un breve riassunto , preso in qua e in là nel web , sull'utilizzo degli inverter , dei quali esiste già una notevole letteratura in tutte le direzioni per chi volesse approfondire .

Il prossimo post sarà sui componenti e/o circuiti di logica di macchina ......

I variatori di frequenza , o inverter sono dispositivi elettronici utilizzati per variare la velocità di rotazione di un motore a corrente alternata , tipicamente un motore a induzione.
La variazione della velocità si ottiene aumentando o diminuendo la frequenza che alimenta il motore elettrico. La modulazione delle caratteristiche elettriche viene ottenuta grazie al continuo accendersi e spegnersi di transistor, IGBTs o tiristori. Gli inverter possono avere un funzionamento a corrente costante o a tensione costante, questi ultimi sono quelli a più larga diffusione. La regolazione viene effettuata tramite algoritmi PWM (pulse With Modulation) che permettono di manipolare sia la tensione che la frequenza in uscita verso il motore.
L’impiego di controlli a frequenza variabile per applicazioni su motori asincroni è una pratica sempre più in uso. Nel tempo i costi di produzione di questi dispositivi si sono abbassati . La qualità e l’efficienza dei convertitori è migliorata sempre di più ; al contrario dei vecchi modelli quelli più recenti hanno migliorato gli algoritmi di controllo e non rappresentano una limitazione nella scelta del motore che non deve per forza essere predisposto per inverter. Tutto questo lo si deve alle elevate frequenze di commutazione attualmente raggiungibili in grado di generare forme d’onda quasi perfettamente sinusoidali.
Vantaggi :
1) Risparmio di energia
Sono un modo efficace per controllare la velocità di motori asincroni e sono abbastanza semplici e facili da utilizzare. Tra i vantaggi nell’utilizzo di un convertitore per il controllo della velocità del motore c’è senza dubbio un risparmio energetico effettivo. Controllare la quantità di corrente assorbita dal motore permette di tenere a bada i costi energetici, perché l’inverter fornirà corrente al motore solo il tempo necessario e quando sarà richiesto dal carico.
2) Controllo più preciso sulla velocità del motore
E' una delle ragioni se non la principale nella scelta di un convertitore di frequenza variabile. Gli inverter permettono di ottenere un preciso e costante controllo della velocità dei motori elettrici.
3) Riduzione dei costi di manutenzione
Fondamentale nella regolazione sono anche le rampe di accelerazione e decelerazione che possono essere variate a piacimento evitando forti picchi di corrente durante gli avviamenti nonché dannosi “strappi” meccanici sul carico da movimentare . Il risultato è quello di allungare la vita del motore e ridurre i costi di manutenzione e riparazione.
Svantaggi :
Purtroppo elevate frequenze di commutazione sono all’origine di interferenze elettromagnetiche negli impianti di controllo. Per ridurre tali interferenze si devono impiegare cavi schermati per alimentare i motori elettrici. Per contenere questo genere di rumore occorrono adeguati filtri nel circuito, che normalmente sono integrati negli inverter di ultima generazione .

Seguono i Link dei miei post di elettromeccanica :

https://silvanastrina.blogspot.com/2020/03/progettazione-elettromeccanica-schema_27.html

https://silvanastrina.blogspot.com/2021/01/progettazione-elettromeccanica-macchina.htm

sabato 7 ottobre 2017

Protezioni macchina e carico " fusibili , magnetotermici , relè termici ..." da : Elettromeccanica : un pò di scuola o lezioni cercando la semplicità - potenza e carico ( motori elettrici , elettrovalvole , elettromagneti , contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , autotrasformatori , inverter ...) , logica di comando e di sicurezza ( circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , teleruttori , trasformatori ...) .

Ravenna 07-10-2017

A monte dell' interruttore generale di un impianto ( soprattutto per proteggere tutti i collegamenti da corto circuito ) deve essere installata la protezione principale cui è stato fatto cenno nel post precedente " accenno agli interruttori sezionatori " ; a valle l'impianto deve prevedere le protezioni di zona e cioè la protezione di ogni singolo carico con relativi collegamenti . Nel caso del solito schema preso in considerazione , e che segue , si tratta di diversi motori asincroni trifase , del trasformatore di bassa tensione , di un autotrasformatore e di due inverter o variatori di velocità ; precisamente ( da Sx a Dx in entrambi i fogli ) di : M01 , M12 , ATR01 ( autotrasformatore ) , M02 , M11 , GF05 (inverter ) ( 1° foglio ) e M05 , M15 , TR01 (trasformatore di bassa tensione ...) , GF04 (inverter ) ( 2° foglio ) . Le loro rispettive protezioni di zona sono : MT01MP ( per M01 ) , MT12MK ( per M12 ) , MT02TK (per ATR01 - GF04 - M02 ) , MT11ML ( per GF05 - M11 ) , F11/MT05 ( per M05 ) , MT50MH ( per M15 ) , F04 ( per TR01 primario ) , F05 ( per TR01 secondario 110Vac ) , F07 ed F09 ( per TR01 secondario - 2 volte 220Vac ) .
I magnetotermici riportano nei loro dati tecnici di costruzione la "In"(corrente nominale) , la potenza e la tensione di lavoro , il campo di taratura della corrente in cui la "In" sarà il valore massimo e la corrente di Sgancio per cortocircuito .

La scelta di dimensionamento del magnetotermico per protezione motore sarà fatta in modo che il valore della corrente nominale del motore ricada all' interno del suo campo di taratura , esempio ; motore di 11Kw - In = 23A ---taglia magnetotermico > In = 25A , 11Kw , campo di taratura 18 - 25A con regolazione a 23A oltre i quali avverrà lo sgancio termico e corrente di sgancio per cortocircuito 325A .
Quando su un impianto alimentato a 400Vac il motore è controllato da un inverter che deve essere alimentato a 220Vac ( scelta che si effettua , più che altro , per motivi di risparmio diretto sul prezzo e d' immagazzinamento ..di conseguenza..) occorre introdurre fra il magnetotermico e l'inverter un autotrasformatore .
In questo caso si dovrà inserire un magnetotermico per protezione trasformatore che ha una corrente di sgancio per cortocircuito più alta ( per ignorare i picchi...) e la taratura sarà fatta sulla corrente nominale circolante nella porzione primaria dell' avvolgimento dell'autotrasformatore , mentre l' inverter collegato alla porzione secondaria dell'avvolgimento dell' autotrasformatore proteggerà il motore sia per sovraccarico che per cortocircuito , ma questo argomento lo affronterò in un prossimo Post .
Si tenga presente che ATR01 di pag.1 colonna 6 è un simbolo errato perché ruotato di 180° ( d'altronde è solo un simbolo ) ; chi si vuol divertire con qualche schema di autotrasformatore usi il link seguente.... :

https://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0ahUKEwiYjvO26NnWAhXiJ8AKHWPGA68QFgg3MAE&url=http%3A%2F%2Fonline.scuola.zanichelli.it%2Fmirandola-files%2FCorso_Elettr_V02%2FCapitolo_07%2FMirandola_V2_07-1_Autotrasformatore_trifase.pdf&usg=AOvVaw1qTz3MNNLKvu2s9DZIlO3i

Per proteggere un inverter ( nello schema preso in esame ...MT11ML su GF05 - M11 ) alimentato direttamente dalla linea monofase o trifase è consigliato l' utilizzo di un interruttore differenziale di tipo F in monofase e di tipo B in trifase .
Se si ha un motore da alimentare con comando lontano dal Quadro elettrico ( nel foglio 2 dello schema a colonna 2 ---F11 - MT05 - M05--- ) si può semplificare inserendo nel Quadro elettrico dei fusibili rapidi ( F11 ) per la protezione contro i cortocircuiti dei collegamenti ed un magnetotermico lontano dal Quadro elettrico con anche funzione d' interruttore ( MT05 nello schema ) per alimentare e/o spegnere il motore e proteggere il motore M05 ed i relativi collegamenti contro il sovraccarico ed il cortocircuito .
La protezione per sovraccarico si può fare anche tramite relè termico con a monte una protezione per cortocircuito tramite fusibile rapido ma , mentre circa 20 anni fa il suo utilizzo era normale routine , oggi si è quasi azzerato ; tuttavia tali componenti esistono ancora e quando si risparmia qualcosa sul costo e magari un po' di spazio nel quadro elettrico , dato che il relè termico solitamente si inserisce direttamente sul contattore di comando del carico o motore , bisogna valutare bene se gli svantaggi possono essere ignorati .
Il trasformatore di bassa tensione ( TR01 nello schema ...) solitamente si protegge , sia al primario che al secondario , con dei fusibili che saranno rispettivamente ritardati ( F04 ) e rapidi (F05 - F07 - F09 ) ; segue un breve richiamo alle loro classi di funzionamento e d'esercizio .
Classi di funzionamento :
• classe g
(general purpose fuses): protezione campo totale. Il fusibile deve essere
in grado di interrompere correnti comprese tra la corrente convenzionale di fusione
ed il potere di interruzione nominale. Proteggono sia dai corto circuiti che dai
sovraccarichi.
• classe a
(motor backup fuses): protezione campo parziale.
Il fusibile deve essere in grado di interrompere tutte le correnti comprese tra la
minima corrente d’interruzione ed il proprio potere di interruzione nominale.
Proteggono solo dai corto circuiti e da sovraccarichi elevati. Devono essere asso-
ciati ad altri dispositivi di protezione contro le sovracorrenti.
Oggetti da proteggere:
• G: cavi e conduttori
• R: semiconduttori
• M: apparecchi (motori)
• B: impianti in miniera.
Principali classi di esercizio:
1. “gG”: Campo totale: per protezione di cavi e conduttori.
2. “aM”: Campo parziale: per protezione di motori.
3. “gR”: Campo totale: per protezione di semiconduttori.
4. “aR”: Campo parziale: per protezione di semiconduttori .

Il trasformatore di bassa tensione è un componente importane perché alimenta gran parte di un impianto per cui deve essere dimensionato bene ( è meglio tenersi un pò abbondanti nella potenza ) e con le protezioni adeguate sia in ingresso che in uscita . Nel caso del TR01...( di 600VA ) 450VA a 110Vac sono dedicati alla logica di macchina compresa l'alimentazione del PLC mentre 150VA a due avvolgimenti separati ( 75VA + 75VA ) che alimentano il Controllo numerico ed un freno motore ; i picchi generati dal magnete del freno disturberebbero il C.N. se l'alimentazione venisse da un unico avvolgimento .

Nel prossimo post penso che lancerò qualche sassolino nello stagno riflettendo un po' sugli inverter o convertitore di frequenza o variatore di velocità .

Seguono i Link dei miei post di elettromeccanica :

https://silvanastrina.blogspot.com/2020/03/progettazione-elettromeccanica-schema_27.html

https://silvanastrina.blogspot.com/2021/01/progettazione-elettromeccanica-macchina.htm

lunedì 25 settembre 2017

Accenno agli Interruttori Sezionatori da : Elettromeccanica : un pò di scuola o lezioni cercando la semplicità - potenza e carico ( motori elettrici , elettrovalvole , elettromagneti , contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , inverter ...) , logica di comando e di sicurezza ( circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , trasformatori ....) .

Ravenna 24-09-2017

Breve Commento sugli Interruttori Sezionatori
Nel precedente e primo post sono stati trattati brevemente i motori asincroni trifase con una sbirciatina alle relative formule sulla potenza elettrica , prendendo come esempio il motore M01 ( colonna 4 ) della prima pagina di un mio schema elettromeccanico , di nuovo riportato di seguito .. Prima di passare alla loro protezione elettrica è giusto accennare ad un altro componente addetto all'alimentazione ed alla protezione elettrica di tutta la macchina e cioè l'interruttore generale o interruttore sezionatore . La sua funzione la spiega la parola stessa e cioè sezionare o separare la linea di alimentazione elettrica da tutta la macchina forzatamente ; l'operazione è manuale proprio perché i contatti ( in questo caso si tratta di linea trifase quindi contatti sono 3 , sarebbero 4 se fosse utilizzato anche il neutro ) devono essere comunque aperti , al limite anche strappandosi nel caso fossero incollati . Deve avere la possibilità di essere luchettato ; infatti se deve essere fatta della manutenzione sulla macchina , il tecnico deve essere sicuro che nessuno possa alimentarla ( specialmente quando si tratta di macchine di grandi dimensioni dove correrebbe il rischio di non essere ben visibile ) . La manopola è solitamente di colore nero ma quando gli si assegna anche la funzione di emergenza , cioè interrompere l'alimentazione anche sotto carico , magari in aggiunta ad altri pulsanti con le medesime funzioni , ma che però agiscono in modo diverso , piazzati in vari punti della macchina , deve essere di colore rosso su base gialla ; logicamente questa funzione , cioè di togliere corrente alla macchina anche sotto carico deve essere presa in considerazione quando lo si sceglie perché le sue caratteristiche costruttive cambiano .
Nella colonna 1 , parte alta dello schema , sono riportati i dati elettrici di alimentazione per l'allacciamento della macchina presso il cliente finale : tensione/frequenza ( 400Vac - 50Hz ) , potenza totale ( Pa = 22Kw ) , corrente nominale totale ( In = 43A ) , sezione dei cavi di allacciamento ( S = 10mmq ) ed il valore dei fusibili ( ad intervento rapido ) per la protezione contro i cortocircuiti o i forti sovraccarichi ; le caratteristiche dell'interruttore sezionatore devono rispecchiare questi dati se non superiori , infatti nel caso nostro IGE ( colonna 2 ) la corrente è 63A .

Riepilogo di definizione di Interruttore Sezionatore secondo le norme " CEI 44-5 "

Dispositivo di sezionamento dell'alimentazione :
E' un dispositivo di sezionamento con comando manuale per permettere di separare l'intero equipaggiamento elettrico di una macchina dall'alimentazione durante la pulizia, manutenzione, riparazione e lunghe interruzioni di servizio:
Deve essere in grado di interrompere la corrente nominale prevista per la categoria di impiego AC-23 ( nel nostro caso abbiamo solo carichi induttivi , cioè motori , trasformatore ed autotrasformatore ) .
Deve poter essere bloccato nella posizione di aperto, per esempio mediante un lucchetto .

Nella tabella che segue sono riportate le caratteristiche con relativa spiegazione per facilitarne la sua scelta .
E' una delle più comprensibili tabelle trovate in internet .
Sicuramente mancheranno molte informazioni fra cui ce ne saranno molte che non conosco come invece alcune che conosco anch'io ma è proprio quello che mi sono prefisso , cioè di dare solo le informazioni di base e lasciare l'approfondimento a chi interessa ( i mezzi molto più efficaci della mia esposizione non mancano sicuramente ...) .

https://silvanastrina.blogspot.com/2020/03/progettazione-elettromeccanica-schema_27.html

https://silvanastrina.blogspot.com/2021/01/progettazione-elettromeccanica-macchina.html

domenica 17 settembre 2017

Elettromeccanica : un pò di scuola o lezioni cercando la semplicità - potenza e carico ( motori elettrici , elettrovalvole , elettromagneti , contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , inverter ...) , logica di comando e di sicurezza ( circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , trasformatori ....) - Motori asincroni trifase - .

Breve richiamo sui motori elettrici .

In questo ed altri post che seguiranno , spero senza peccare troppo di presunzione , vorrei descrivere tramite esempi alcuni circuiti elettromeccanici di base passando attraverso la conoscenza ( la più semplificata possibile ) dei componenti utilizzati ; forse c’è qualche giovane che potrebbe essere interessato , pur essendo in un era ( bellissima comunque ) dove nella tecnologia è giustamente l’elettronica a farla da padrone . Non bisogna però dimenticare che dove ci sono problemi di sicurezza per la salute e l'incolumità delle persone gli enti omologatori spesso richiedono i circuiti di comando e di controllo principale realizzati con componenti elettromeccanici ( anche in questo caso direi giustamente ) , lasciando all’elettronica l’esecuzione della programmazione attraverso PC e/o Controlli numerici e la gestione del carico attraverso azionamenti fra cui gli inverter .

1) Inizio con il carico , cioè il componente che in funzione della sua potenza stabilisce la scelta di molti altri componenti del circuito elettromeccanico . Nelle macchine di movimentazione il carico può essere qualche volta una semplice elettrovalvola o un elettromagnete…. mentre nella maggior parte dei casi è un motore elettrico , come d’altronde anche in quasi tutte le macchine a rotazione .

Di seguito , ( attraverso più post ) farò un accenno con esempi a questi motori e relativi componenti di loro gestione diretta ( contattori o teleruttori , magnetotermici , relè termici , fusibili , inverter ecc…) senza affrontare teorie varie che occorre conoscere attraverso lo studio o leggendo libri e/o articoli scritti da persone più qualificate di me , non certo irraggiungibili con le possibilità che ci sono oggi . Comunque , poiché anch’io ho dovuto studiare e leggere parecchio in proposito , non tralascerò , se serve , di dare qualche informazione teorica semplice .

Seguiranno i circuiti , sempre attraverso esempi , di logica elettromeccanica , cioè i circuiti di sicurezza e di comando dei componenti di gestione diretta del carico , formati da pulsanti di varie tipologie , finecorsa , sensori , fotocellule , relè , temporizzatori , trasformatori , elettrovalvole , elettromagneti ecc… ( se mi sono dimenticato qualcosa lo riprenderò poi …. ) .

Dunque ecco alcune pagine di uno dei miei schemi che ispirano a parlarne ….. :

MOTORI ELETTRICI ( in particolare Motori asincroni trifase )

Nello schema che precede i motori M01 di colonna 4 e M12 ( rotazione utensili ) di colonna 5 sono due motori trifase di potenze diverse ma entrambi ad avviamento diretto ( tramite un teleruttore ) mentre M02 di colonna 6 e M11 (traslazione ) di colonna 10 sono ad avviamento e controllo tramite inverter ; nello schema che segue M01 di colonna 3 è invece ad avviamento "stella-triangolo" tramite 3 teleruttori . Per la rotazione utensili molto spesso non è richiesta variazione di velocità per cui sarebbe inutile utilizzare azionamenti o inverter ma quando gli utensili sono pesanti e/o la tensione di alimentazione è più bassa di 380V ( es. 220V negli USA , come nel caso del motore della pagina che segue ) e quindi più corrente in circolazione con spunto molto elevato si usa l'avviamento stella/triangolo ( motore costruito a tale scopo ) ; in questo modo alimentando a 220V l'avvolgimento a stella del motore predisposto per 380V il rotore inizierà a ruotare lentamente evitando una corrente elevata di spunto e accelerando si porterà al numero di giri di regime o vicino ; quando dopo alcuni secondi di tempo ( dettati da un temporizzatore ) avverrà la commutazione del collegamento dall'avvolgimento stella a quello a triangolo ( predisposto per 220V ) il rotore si porterà sicuramente a regime sfruttando tutta la potenza per la quale è stato costruito ( in questo caso 11KW ) . Per la traslazione o movimentazione , poiché il più delle volte è richiesta una variazione di velocità , oggi si usano spesso gli inverter che danno la possibilità di utilizzare i normali motori asincroni trifase ( un bel risparmio nella gestione del magazzino poter utilizzare motori che possono essere alimentati e controllati sia direttamente che tramite inverter ) .

All'occorrenza esisiste un sistema più semplice ed economico che consiste nell'utilizzo di motori a più poli ( es. 2/4 - 4/6 - 6/8 ecc..) nei quali la velocità più alta corrisponde all'avvolgimento con numero di poli inferiore ( es. 3000giri/minuto -> 2 poli - 1500 giri-> 4 poli ecc. la cui formula è :

velocità ( giri al minuto ) = __frequenza di rete o d'alimentazione x 60__

di sincronismo paia di poli ( o numero di poli : 2 )

( es. : __50 x 60___= __3000__= 3000 oppure __3000__= __3000__= 1000 ecc. ) .

2:2 1 6:2 3

Tuttavia quando la movimentazione di assi richiede maggior velocità ed accelerazioni/rallentamenti molto rapidi e di grande precisione nel posizionamento ( cioè all'arresto ) nemmeno il sistema INVERTER+motore asincrono con freno ( in corrente continua ma richiede un’alimentazione in c.a. a bassa tensione spesso ricavata da un trasformatore mentre il circuito raddrizzatore è dentro il motore ) è più sufficiente ma occorre passare ad azionamento+motore DC ( o corrente continua ) se non motore passo /passo ed oltre .

Di tutti i componenti fino ad ora menzionati c’è un’intensa letteratura sviluppata in tutte le direzioni per cui chi vuole farsi una cultura tecnica invidiabile non ha che da scegliere ( farà sempre e sicuramente comodo ) , ma un progettista elettromeccanico non deve dimenticare che il suo scopo finale è una macchina composta da molti componenti , che deve essere realizzata prima di tutto molto funzionale rispetto la sicurezza verso Persone e cose ed avere le caratteristiche richieste nell’ordine . Il modo per ottenere ciò passa anche attraverso la scelta dei componenti che devono essere di buona qualità , se non ottima , ma nello stesso tempo non devono avere costi esagerati perché metterebbero fuori concorrenza la macchina sul mercato . Dunque , anche se un progettista elettromeccanico non conosce tutto di un componente non commette peccato ma deve saper interpretare i suoi dati tecnici di targa ed assicurarsi ( nel dubbio con eventuali prove…) che siano rispettati ( a volte basta anche che un rappresentante tecnico della ditta costruttrice serio e capace lo garantisca …) .

Dato che il motore asincrono trifase è il soggetto principale di questa trattazione si veda un esempio di targhetta di un motore a 4 poli qui di seguito riportata :

Motore asincrono significa che ha dello scorrimento e cioè , specialmente con l'aumentare del carico , il suo numero di giri diminuisce rispetto la velocità di sincronismo che è quella teorica difficile da raggiungere anche a vuoto . Nella targhetta infatti sono riportati a 50Hz 1460/giri al minuto anziché 1500 ( velocità di sincronismo di un 4 poli ) .
Gli altri dati sono tutti già bene illustrati nella targhetta ma per dimostrare a se stessi di non essere completamente all'asciutto riguardo le formule basilari ecco quanto segue prendendo come esempio il motore M01 del primo schema di cui sopra che riporta come dati la potenza nominale o resa all'albero motore Pr = 11Kw = 11000W - il rendimento η = 0.86 che evidenzia le perdite del motore ( perdite nel ferro , meccaniche , negli avvolgimenti statore e rotore ----correnti parassite - isteresi - attriti ecc..----- ) - la corrente nominale , e cioè quella circolante quando il motore sviluppa la maggior potenza ammessa ( in questo caso 11Kw ) , In = 23A .
Dato che in questo caso il cosφ non è riportato ( nei circuiti con utilizzatori che hanno al loro interno avvolgimenti, come i motori, le saldatrici , i trasformatori, una parte della potenza apparente assorbita viene impegnata per eccitare i circuiti magnetici e non è quindi impiegata come potenza attiva, ma come potenza generalmente chiamata potenza reattiva , per cui alla linea di alimentazione viene richiesta più corrente di quella richiesta effettivamente dal carico . Dunque il fattore di potenza ( cosφ ) cala . Ciò dipende anche dalle caratteristiche costruttive , specialmente nei motori elettrici ) ecco di seguito le formule per calcolarlo facendo poi anche delle verifiche che rimandano ad alcune formule basilari o principali :

Tutte le formule sono in watt , volt , ampere ed in volt/ampere .

Pr (resa) = 1,73 V I η cosφ ( potenza resa all’albero motore )

cosφ = fattore di potenza

cosφ = ____Pr_____ = _____11000_____ = ____11000____ = 0,803637702 = 0,80 (circa)

1,73 V I η 1,73 x 400 x 23 x 0,86 13687,76

V = tensione di linea riportata nello schema a colonna 1 in alto = 400V

η = rendimento

η = __Pr___ (potenza resa) da cui : Pa = __Pr__ = ___11000___ = 12790,69767 = 12791

Pa (potenza assorbita dalla linea) η 0,86

Verifica :

Pa ( è anche uguale ) = 1,73 V I cosφ = 1,73 x 400 x 23 x 0,803637702 = 12790,69767

Verifica :

cosφ = __Pa__

Pap ( potenza apparente )

Pap = 1,73 V I da cui :

cosφ = __Pa__ =____ 12790,69767____ =___12790,69767___ = 0,803637702 = 0,80 (circa)

1,73 V I 1,73x400x23 15916

Dunque attraverso il calcolo del cosφ e la sua verifica sono emerse anche le formule principali che riguardano i motori asincroni trifase , utilizzabili solo raramente perché i dati di targa sono quasi sempre completi e sufficienti per il calcolo della potenza totale della macchina , utile per l'allacciamento alla linea elettrica dell'utilizzatore finale , e cioè il cliente che l'ha acquistata e la sua protezione contro il sovraccarico e il corto circuito nonché la sezione dei cavi , e per la scelta della maggior parte dei componenti di protezione del carico ( in questo caso i motori asincroni trifase ) come ad esempio i fusibili , i magnetotermici e i relè termici che verranno trattati in un post a seguire .

Comunque chi si volesse fare una cultura o solo conoscere il campo di utilizzo si serva dell'elenco sotto riportato per fare una ricerca ( i mezzi non mancano di certo , uno dei quali , per una ricerca semplice , è Wikipedia ) :

Motore in corrente continua

Motore passo-passo

Motore senza spazzole ( o brushless )

Motore in corrente alternata

Motore sincrono

Motore asincrono Motore lineare Motore monofase

https://silvanastrina.blogspot.com/2020/03/progettazione-elettromeccanica-schema_27.html

https://silvanastrina.blogspot.com/2021/01/progettazione-elettromeccanica-macchina.htm

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giovedì 26 ottobre 2017

Link interessanti ( finché verranno mantenuti attivi......) :

Utile manuale Siemens del 2013 ( di 162 pagine ) sulla tecnica di sicurezza con esempi e riferimenti...https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMRGZpMzNLMzdvUTg/view?usp=sharing

Descrizione dei vari tipi di relé nelle prime pagine....https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMZlJRdzJhZ1dneWc/view?usp=sharing

Riflessioni Siemens ( di 25 pagine del 2011 ) sulle norme En 13849-1 e En 62061 con esempi di utilizzo della loro componentistica di sicurezza...https://drive.google.com/file/d/0B27OoWj_ukRMeWdTUm94bXFCT1U/view?usp=sharing

giovedì 12 ottobre 2017

In fondo al post ho riportato un breve riassunto , preso in qua e in là nel web , sull'utilizzo degli inverter , dei quali esiste già una notevole letteratura in tutte le direzioni per chi volesse approfondire .

sabato 7 ottobre 2017

lunedì 25 settembre 2017

domenica 17 settembre 2017