Trapano Audax: linea monofase e funzione maschiatura

[Rob66]

Ciao a tutti. Recentemente ho terminato la messa in funzione del trapano Audax lasciando il motore originale Dahlander 4/8 poli e aggiungendo la praticità della modalità filettatura. Il motore è alimentato da un inverter trifase, a sua volta alimentato dalla linea monofase a 230 V tramite un trasformatore che eleva la tensione a 400 V. Ho preferito questa soluzione, come accennato nella risposta a questo topic: http://meccanicaedintorni.morpel.it/php ... 16&t=28702 dopo aver appurato la possibilità dell'inverter di funzionare senza una fase, come alternativa all'inverter cinese AT4 temendo che le sovratensioni prodotte da quest'ultimo avrebbero potuto in breve mettere fuori uso il motore datato 1984.

L'inverter è un Altivar trifase e proviene dal mercatino, acquistato ad un ottimo prezzo dal collega di Forum Vincenzo, che ringrazio. Inizialmente avevo pensato ad un autotrasformatore; ho fatto una prova con un differenziale con sensibilità da 30 mA che saltava a causa del filtro in ingresso, per cui è stato necessario un trasformatore che ho ordinato da 1500 VA, necessariamente sovradimensionato rispetto alla potenza di targa dell'inverter di 0,75 kW. Il primo problema che si è presentato quasi subito era l'allarme di corto circuito sul motore che dopo le prime prove è diventato sistematico, impedendo il funzionamento. Consultato il manuale, ho risolto mettendo tre toroidi, ognuno avvolto con 10 spire, sull'uscita dell'inverter (il manuale suggeriva di installare delle induttanze o ridurre la frequenza di commutazione).

Per sfruttare al meglio la presenza dell'inverter ho aggiunto la possibilità di usare il trapano per filettare, con un comando tramite pedale monostabile a tre posizioni: premuto in avanti il mandrino gira destrorso per la maschiatura; premuto all'indietro il mandrino inverte la rotazione. Due potenziometri, uno per la normale marcia avanti e uno per l'inversione, consentono di avere una velocità maggiore nella fase di estrazione del maschio.

Per non avere parti in alta tensione (a parte il motore) all'interno della struttura ho eliminato il commutatore delle due velocità; la scelta avviene tramite teleruttori e due distinti pulsanti di marcia. Un circuito di ritardo realizzato modificando un relè di interfaccia mantiene eccitati i teleruttori per circa un decimo di secondo dopo che è stata tolta l'abilitazione all'inverter, evitando malfunzionamenti dovuti all'assenza di carico.

Ho configurato l'inverter per una frequenza massima di 75 Hz, per avere una velocità massima di 4500 RPM da utilizzare secondo necessità, mentre nelle normali lavorazioni preferisco non eccedere i nominali 50 Hz. Infine ho aggiunto una ventola sotto il motore per agevolare il raffreddamento ai bassi regimi.

Il trapano è ora totalmente operativo, fissato al pavimento in quella che dovrebbe essere la sua posizione definitiva (non quella della prima foto), e l'ho già usato in tutti i modi compresa una filettatura M20 X 1,5 su alluminio; per ora sembra funzionare tutto. Gli aspetti puramente meccanici sono descritti in questo topic: http://meccanicaedintorni.morpel.it/php ... 30&t=28268

[Vincenzo]

Bel lavoro, molto molto bravo

[Rob66]

Grazie Vincenzo. Il tuo inverter mi ha proprio risolto la situazione.

[CARLINO]

Il lavoro è perfetto ma hai un impianto elettrico più grosso della meccanica....

[cicos154]

Ciao, permettimi di consigliarti di fare una protezione al pedale dei comandi(se non già l'hai fatta),che così è esposto alla eventuale caduta sopra di qualche pezzo può avviare inavvertitamente il mandrino.

Per il resto davvero un bellissimo lavoro ,complimenti

[McMax]

complimenti per la realizzazione, e ottima la scelta di mettere un trasformatore prima dell'inverter piuttosto che un autotrasformatore trifase dopo.
Attenzione solo alla potenza, il funzionamento in monofase di un inverter con ingresso trifase è quasi sempre garantito ma comporta una perdita cospicua di potenza per via del fatto che il filtro di ingresso, ed in particolare la batteria di condensatori, sono largamente sottodimensionati rispetto agli inverter con ingresso monofase. Questo perché è molto più facile livellare una trifase raddrizzata piuttosto che una monofase...

[Rob66]

Grazie dei commenti. @Cicos154: la protezione del pedale è un'ottima idea; ci penserò anche se di difficile realizzazione perché il pedale va azionato nei due sensi, per cui serve lo spazio per tutto il piede e non solo la punta. Comunque il pedale è abilitato soltanto in modalità filettatura; in modalità foratura la macchina risponde solo ai comandi di marcia e arresto. @McMax: avevo anche pensato ad aumentare la capacità della batteria di condensatori, ma ho lasciato perdere per la difficoltà di reperire componenti adatti (a meno di cannibalizzare qualche inverter fuori uso, di cui al momento non dispongo). La potenza del motore è 0,8 Hp, quindi circa 590 W. L'inverter è da 0,75 kW; secondo il manuale, l'allarme di mancanza fase in ingresso (peraltro disattivato in programmazione) interviene a partire dal 70% della potenza nominale, mentre il funzionamento in monofase a carico ridotto viene definito "non pregiudizievole" per cui sarei scoperto solo nella gamma tra il 90 e il 100% della potenza massima del motore, decisamente poco sfruttata. Il display dell'inverter visualizza la corrente assorbita dal motore, proprio per tenere d'occhio il carico, mentre nel funzionamento a 8 poli (potenza 0,6 Hp, 1,6 A) un'uscita dell'inverter disabilita la marcia se si supera la soglia di 1,8 A.
Saluti,
Roberto

[McMax]

attenzione a non fare confusione tra l'allarme di "mancanza di fase" e l'allarme di sotto-tensione.
La tensione di rete, prima raddrizzata dai diodi e poi livellata dai condensatori, presenta un "ripple", ovvero un'ondulazione che è tanto più grande quanto più è alta la corrente assorbita dal carico.
Per un rettificatore a ponte come quello usato sul front/end di ingresso degli inverter la formula è questa:
Vpp=I/(2*fC)
Dove
Vpp è l'ampiezza dell'ondulazione (in volts)
I è la corrente assorbita (in Ampere)
f è la frequenza di rete (in Hertz)
C è la capacità del filtro in Farad (1000uF = 0,001 Farad)

Il ripple è il valore in tensione di cui si abbasserà la tensione DC del bus ad un dato assorbimento di corrente, con una frequenza che, nella fattispecie, sarà di 100Hz visto che il rettificatore a ponte "raddoppia" la frequenza di rete.
Se la tensione del DC bus scende sotto alla soglia di intervento dell'allarme di sotto-tensione, l'inverter andrà in protezione.

Come detto la capacità di filtro richiesta per un sistema monofase è molto maggiore rispetto a quella di un sistema trifase essenzialmente per 2 motivi:
- la frequenza della trifase raddrizzata è più alta (300Hz)
- la tensione non scenderà mai sotto 0,87*Vpp (nella monofase arriva a 0) - questo perché, essendo le 3 sinusoidi sfasate di 120°, mente una scende l'altra sta già salendo e si compensano a vicenda

[flosi]

aumentare di molto la capacità del condensatore di filtro non è una buona idea, il ponte di diodi integrato nel' inverter è calcolato per sopportare una corrente massima impulsiva ( quella che ad ogni ciclo ricarica il condensatore alla tensione di picco ) di un valore adeguato alla capacità del condensatore di filtro impiegata per un dato ripple ma in questo caso con un ingresso trifase; già alimentandolo in mono la corrente impulsiva cresce e di molto e aumentando la capacità si rischia di friggere i diodi; avevo postato un bel video di Pier Aisa che spiegava la cosa in modo impeccabile e comprensibile a tutti dal minuto 2 in poi;
https://www.youtube.com/watch?v=vRIOCYOImec&t=527s

[McMax]

assolutamente corretto Francesco, anche se il problema in genere per i ponti a diodi non si pone perché sono largamente sovradimensionati. Il vero problema è che esagerando con la capacità rischiamo di far intervenire il magnetotermico del nostro impianto elettrico.

[Rob66]

Grazie delle spiegazioni. Quando mi sono diplomato (1985) gli inverter esistevano sicuramente già ma non erano così diffusi, tanto che a scuola non ne abbiamo mai sentito parlare. Nei primi 15 o 20 anni in cui ho lavorato, per le applicazioni in cui si richiedeva la regolazione della velocità si usavano quasi esclusivamente azionamenti e motori in corrente continua; ne ho visti anche di potenze considerevoli, fino a qualche centinaio di kW. Gli inverter ora sono lo standard. Quando ho affrontato la questione del trapano, avevo cercato tutte le informazioni possibili presso i miei colleghi specialisti in automazione industriale, peraltro poco disposti ad affrontare tematiche lontane dalla loro routine quotidiana. Alla fine è emerso che in un remoto caso, per motivi particolari, era stato necessario alimentare in monofase un inverter trifase, nella fattispecie Siemens, e la cosa non aveva dato problemi. Mi confortano alcuni dato come il fatto che l'inverter sia comunque sovradimensionato, anche se di poco, rispetto al motore; il manuale prevede comunque l'alimentazione monofase con carico ridotto e lo stesso inverter sarebbe in grado di erogare una potenza superiore a quella di targa. Ne deduco che il dimensionamento sia adeguato anche all'utilizzo che ne farò io; scartando definitivamente l'ipotesi di aumentare la capacità. Non si tratta comunque di un inverter cinese dal progetto dubbio; il marchio è rinomato e la produzione, per quanto ne so, è giapponese.
Dal punto di vista meccanico, ho mantenuto la possibilità di utilizzare i 5 diversi rapporti di trasmissione proprio per avere a disposizione la coppia che serve senza sovraccaricare il motore. Allego il manuale dell'inverter qualora qualcuno sia interessato, anche se si tratta di un modello di 20 anni fa.
Grazie ancora e a presto,
Roberto