IT202000005371A1

IT202000005371A1 - Apparecchiatura e procedimento di controllo per controllare un motore elettrico di elevata potenza

Info

Publication number: IT202000005371A1
Application number: IT102020000005371A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Ardesi; Giuseppe Muscarnera
Original assignee: Danieli Automation Spa
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-12
Also published as: WO2021181435A1; MX2022011229A; EP3956976B1; US11489465B2; AU2021235580B2; ES2951555T3; EP4220934A1; JP2024074913A; US20220052630A1; CN115280667A; EP3956976A1; JP7467659B2; CA3138731A1; JP2023517331A; CA3138731C; BR112022018247A2; AU2021235580A1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"APPARECCHIATURA E PROCEDIMENTO DI CONTROLLO PER CONTROLLARE UN MOTORE ELETTRICO DI ELEVATA POTENZA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un?apparecchiatura e ad un procedimento di controllo per controllare un motore elettrico di elevata potenza, preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente, ma non solo, di un impianto di triturazione, o frantumazione, o associabile ad esso. Ad esempio il motore elettrico pu? essere associato ad un dispositivo trituratore, utilizzabile ad esempio per la triturazione di oggetti molto ingombranti e pesanti, come carcasse di automezzi, eventualmente gi? compattate, motori, organi meccanici, elettrodomestici, o altro, e che quindi richiedono una forza di frantumazione molto elevata, per ottenere rottami, ad esempio metallici, ferrosi e non ferrosi, idonei ad essere poi riciclati, o recuperati, per esempio per l?alimentazione di forni fusori. Il presente trovato pu? trovare applicazione anche nella gestione di motori elettrici associati ad altri impianti o apparecchiature, per esempio per la frantumazione e la triturazione di altri materiali in differenti processi, quali ad esempio carta, plastica, inerti, legno, minerali, o altro.

STATO DELLA TECNICA

Soprattutto nel campo siderurgico, ma non solo, in cui c?? sempre di pi? il problema dell? approvvigionamento di materie prime per la produzione di nuovi prodotti e l?associata necessit? di recuperare il pi? possibile i materiali provenienti da oggetti non pi? utilizzati, ad esempio materiali ferrosi provenienti da oggetti dismessi, ad esempio per la produzione di acciaio mediante forni fusori, ? noto utilizzare impianti di triturazione provvisti di dispositivi trituratori, o frantumatori, anche noti agli esperti del ramo con il termine inglese ?shredder?, per triturare, o frantumare, oggetti, anche di grandi dimensioni e molto pesanti, contenenti ferro, come ad esempio le carrozzerie di automezzi, gli elettrodomestici, gli organi meccanici, i motori ed altro, eventualmente gi? ridotti di volume mediante compattazione in apposite presse.

Gli impianti di triturazione provvedono prima alla frantumazione e riduzione in piccoli pezzi degli oggetti rottamati e poi alla separazione dei diversi rottami dagli scarti di lavorazione, in particolare separando dagli altri i rottami metallici, sia ferrosi, sia non ferrosi, che possono essere poi destinati a un nuovo utilizzo.

Il materiale da trattare di solito subisce prima una riduzione volumetrica per poi entrare direttamente nella camera di frantumazione del dispositivo trituratore tramite un apposito nastro trasportatore.

I dispositivi trituratori pi? diffusi comprendono normalmente un organo rotante, chiamato mulino, costituito essenzialmente da un tamburo rotante a cui ? associata una pluralit? di organi di frantumazione, chiamati martelli, i quali sono configurati per impattare violentemente contro gli oggetti da frantumare.

Normalmente la rotazione del tamburo ? comandata vantaggiosamente da un singolo motore elettrico di elevata potenza (P) nominale, ad esempio fino a oltre 10 MW (circa 13.400 hp), il quale viene fatto ruotare a differenti velocit? (co), in funzione della coppia (T) da ottenere per la frantumazione dei diversi oggetti da frantumare, in base alla nota formula

Anche la temperatura di lavoro del motore (t) ha ripercussioni

dirette sulla coppia erogata, in modo direttamente proporzionale.

Inoltre, poich? la produttivit? del dispositivo trituratore ? direttamente proporzionale alla velocit? di rotazione (? ) del motore elettrico collegato al tamburo rotante, ? ovvio che per ottenere un?elevata produttivit? si tende a fare operare il tamburo rotante, e quindi il motore elettrico, alla pi? alta velocit? di rotazione possibile.

Il tamburo rotante ha una grande massa, per cui, una volta che ? stato portato in rotazione dal motore elettrico, ruota per inerzia, per effetto volano, e il motore stesso gli fornisce poi solamente l?apporto di potenza necessario a mantenere la velocit? di rotazione necessaria per generare l?energia cinetica richiesta per effettuare la frantumazione, mediante impatto, degli oggetti o del materiale da frantumare.

Il materiale frantumato in uscita dal dispositivo trituratore viene raccolto su un secondo nastro trasportatore dove viene effettuata la separazione delle frazioni leggere, ad esempio tramite un flusso di aria, e successivamente passa in una sezione attrezzata con dispositivi magnetici per la separazione dei metalli ferrosi, dai materiali non ferrosi e dai materiali inerti e/o sterili. Ogni frazione viene quindi raccolta in un contenitore specifico per poter essere avviata ad altre lavorazioni, o allo stoccaggio.

L?alimentazione elettrica del motore elettrico normalmente ? gestita automaticamente da un circuito di controllo allo scopo di ottimizzare la produttivit? dell?impianto.

Tuttavia tale gestione ? piuttosto complessa, soprattutto in considerazione delle notevoli forze in gioco, molto variabili nel corso del processo di triturazione, in quanto la tipologia dei materiali da trattare pu? cambiare parecchio, cos? come la loro densit?. Ci? comporta durezze e dimensioni differenti degli oggetti alimentati, che creano resistenze differenti sui martelli di frantumazione e quindi generano carichi, o resistenze alla rotazione, variabili, a cui ? sottoposto il motore elettrico, con la conseguente fluttuazione della potenza richiesta dal processo.

La variabilit? del carico, legata alla variabilit? del materiale alimentato, rende il dispositivo di triturazione sostanzialmente imprevedibile dal punto di vista del ciclo di lavoro e quindi per quanto riguarda la potenza elettrica richiesta dal processo che pu? anche superare le prestazioni nominali del motore stesso.

Pertanto il motore, durante questi transitori di potenza elevati, genera picchi di assorbimento di corrente dalla rete elettrica pubblica, o privata, con conseguenti disturbi, o danno, anche notevoli, sulla rete stessa.

In fig. 1 ? illustrato schematicamente come la potenza di lavoro trasmessa dal motore elettrico al tamburo rotante possa essere aumentata al massimo fino ad un valore indicato con Pmax, corrispondente ai limiti intrinseci legati alle caratteristiche del motore elettrico, oltre i quali quest?ultimo si romperebbe. In tale fig. 1 si pu? notare che la velocit? di rotazione co del motore elettrico associato al tamburo rotante pu? variare in pi? ( ?+) o in meno ( ?-) rispetto ad un valore nominale mediano.

Quando i martelli di frantumazione si scontrano con materiali pi? voluminosi, a seguito della maggiore resistenza incontrata dagli stessi decresce il numero di giri del tamburo rotante.

Se la coppia non viene aumentata, la potenza disponibile diminuisce. Ci? ? svantaggioso, in quanto i martelli di frantumazione potrebbero non avere l?energia necessaria per frantumare il materiale, con conseguente riduzione della produttivit? del dispositivo di triturazione.

Pertanto, per evitare una riduzione della produttivit?, quando i martelli di frantumazione incontrano materiali pi? duri, o pi? voluminosi, si cerca di aumentare anche la coppia trasmessa, causando nei transitori i sopraccitati picchi di assorbimento di corrente dalla rete pubblica.

Per cercare di trasmettere la massima potenza fornita dal motore elettrico per mantenere elevata la produttivit?, tuttavia, si sollecitano in modo importante sia il motore stesso, sia la catena cinematica, obbligando gli installatori a sovradimensionare questi componenti, con conseguente aumento dei costi.

Per cercare di limitare questi effetti, i dispositivi di triturazione di tipo noto adottano sistemi di protezione che per? non danno risultati molto soddisfacenti.

Una soluzione nota prevede l?utilizzo di un giunto ad olio per il trasferimento della potenza tra il motore elettrico ed il mulino, realizzato in modo da proteggere l'azionamento dal sovraccarico e smorzare le vibrazioni torsionali.

? anche nota un?altra soluzione per cercare di diminuire i danni dovuti ai sovraccarichi incontrollati, che prevede un azionamento a reostato liquido, del tipo noto come LRS (Liquid Resistance Starters), che consiste in un sistema di alimentazione del motore elettrico in cui il rotore di quest?ultimo ? avvolto in una soluzione salina, quindi conduttiva, in cui sono disposti degli elettrodi, il cui livello d?immersione nel liquido pu? essere regolato selettivamente per aumentare o diminuire la conducibilit? tra statore e rotore, cos? da poter variare la potenza che il mulino richiede dal motore elettrico. La regolazione ? possibile mediante l?impiego di un trasformatore amperometrico che rileva la necessit? di un assorbimento maggiore e permette cos? la variazione dell?altezza degli elettrodi all?interno della soluzione salina conduttiva.

Questo sistema noto permette di poter smorzare parzialmente i picchi di assorbimento incontrollati, proteggendo il motore elettrico (con perdite dell? 8-9% della potenza in calore). Tuttavia questa capacit? di intervento ? limitata dal punto di vista della velocit? di risposta nel tempo (2-3 secondi) e comunque non evita uno spreco energetico, che infatti a causa della dissipazione della potenza nel ?Liquid Starter?.

In ogni caso, con la suddetta soluzione nota, il fenomeno dei picchi di potenza non ? completamente eliminato, per cui ? comunque necessario sovradimensionare il motore elettrico: ad esempio un motore elettrico con potenza nominale da 3.700 kW (circa 5.000 hp), per poter lavorare opportunamente senza rischi eccessivi che picchi elevati di potenza lo rovinino, ? costretto a non superare il 65-70% della suddetta potenza nominale, per cui pu? lavorare mediamente a circa 2.500 kW (circa 3.350 hp).

Questa soluzione risulta poco efficiente, non essendo possibile sfruttare completamente la potenza del motore, n?, di conseguenza, trasmettere tutta l?energia disponibile ai martelli per la frantumazione di materiale, limitando notevolmente il rendimento degli impianti e la produttivit? complessiva.

Le soluzioni note presentano anche l?inconveniente di essere strettamente dipendenti dalla rete e dalla corrente elettrica disponibile, per cui in territori o in Paesi in cui la corrente elettrica ? limitata, ? necessario ridurre la potenza nominale dei motori. Uno scopo del presente trovato ? quello di realizzare un?apparecchiatura e un associato procedimento di controllo per controllare un motore elettrico di elevata potenza, preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente, ma non solo, di un impianto di triturazione, o frantumazione, o associabile ad esso, che sia in grado di permettere al motore elettrico di trasferire in ogni situazione la massima energia disponibile al motore.

In particolare uno scopo ? quello di fornire un?apparecchiatura e un procedimento di controllo che permettano un utilizzo del motore alla sua potenza nominale senza che ci sia il rischio di avere picchi di potenza, associati alle variazioni di carico, che potrebbero provocare gravi inconvenienti e/o danno alla rete che eroga la corrente elettrica al motore.

Un altro scopo del presente trovato ? quello di realizzare un?apparecchiatura e un associato procedimento di controllo per controllare un motore elettrico di elevata potenza, che permetta di ottenere una velocit? di rotazione elevata del rotore del motore elettrico, e quindi dell?organo rotante associato ad esso, a cui corrisponde una elevata produttivit? dell?impianto di triturazione, in rapporto alla potenza erogata e alla coppia applicata allo stesso organo rotante.

Un ulteriore scopo ? quello di fornire un procedimento ed un?apparecchiatura di controllo che possano essere applicati sia in impianti di triturazione esistenti, allo scopo di migliorarne le prestazioni a aumentare l?efficienza complessiva, sfruttando pienamente la potenza nominale del motore, sia in impianti di nuova realizzazione, consentendo un corretto dimensionamento dei motori stessi in base alle esigenze, anche correlate all?energia elettrica disponibile.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato, o varianti dell?idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un?apparecchiatura di controllo per il controllo di un motore elettrico di elevata potenza, preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente di, o associato, ad un impianto di triturazione, utilizzabile preferibilmente per la triturazione di oggetti molto ingombranti e pesanti e provvisto di mezzi di triturazione rotanti collegati al rotore del suddetto motore elettrico, comprende mezzi di alimentazione elettrica associati al suddetto motore elettrico per alimentarlo selettivamente con una tensione ed una corrente tali che il suddetto motore elettrico possa operare ad una selezionata temperatura, erogare la suddetta potenza, ruotare ad una opportuna velocit? di rotazione ed applicare ai suddetti mezzi di triturazione rotanti una determinata coppia necessaria per la triturazione di detti oggetti, ed un circuito di controllo collegato ai suddetti mezzi di alimentazione elettrica e configurati per controllare il suddetto motore elettrico affinch? selettivamente operi alla suddetto temperatura, eroghi la suddetta potenza, ruoti alla suddetta velocit? di rotazione ed applichi la suddetta coppia ai suddetti mezzi di triturazione rotanti.

Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, il suddetto circuito di controllo comprende mezzi di selezione configurati per selezionare l?erogazione della suddetta tensione e della suddetta corrente in modo che il suddetto motore elettrico possa operare selettivamente in una qualsiasi delle seguenti tre modalit? operative: una prima modalit? operativa, con una velocit? di rotazione costante, e con una potenza limitata ad un valore selezionato; una seconda modalit? operativa, con una potenza costante, e con una coppia limitata ad un valore selezionato; una terza modalit? operativa, con una coppia costante, e ad una temperatura di detto motore elettrico limitata ad un valore selezionato.

In accordo con forme di realizzazione del presente trovato, i suddetti mezzi di selezione comprendono un circuito di inversione, o inverter. In accordo con ulteriori forme di realizzazione del presente trovato, il suddetto inverter pu? comprendere una pluralit? di tiristori.

La possibilit? di adattare il funzionamento del motore con i mezzi di selezione consente di aumentare e ridurre la corrente elettrica per aumentare e ridurre la velocit? e/o la coppia dei martelli in funzione delle esigenze operative, in modo da garantire il trasferimento della massima energia disponibile ai rottami. Di fatto, grazie ai dispositivi inverter, ? possibile ottenere un processo di funzionamento dinamico, che si pu? adattare in tempo reale al tipo/quantit? di carico da frantumare e alle esigenze della rete elettrica.

In accordo con forme di realizzazione del presente trovato, il suddetto motore elettrico ? alimentato elettricamente da mezzi di alimentazione elettrica a media tensione (MV) e tra questi ultimi e il suddetto motore elettrico ? interposto un trasformatore elettrico configurato per trasformare la tensione elettrica da media (MV) a medio-bassa (LV) e collegato al suddetto circuito di controllo.

Secondo forme di realizzazione, il motore elettrico ? provvisto di uno o pi? dispositivi di rilevazione idonei a rilevare uno o pi? parametri di funzionamento, scelti tra velocit? di rotazione, coppia, corrente elettrica assorbita, temperatura.

In accordo con ulteriori forme realizzative del presente trovato, il suddetto circuito di controllo comprende, inoltre, un?unit? elettronica di controllo programmabile, configurata per comandare il suddetto motore elettrico in una delle suddette tre modalit? operative, anche sulla base di segnali di retro-azione che le arrivano dai dispositivi di rilevazione del suddetto motore elettrico.

In accordo con forme di realizzazione del presente trovato, nella suddetta prima modalit? operativa la potenza assorbita dal suddetto motore elettrico raggiunge un livello di potenza limite impostato, preferibilmente compreso fra il 105% e il 115 %, per esempio il 110%, della potenza nominale del suddetto motore elettrico.

In accordo con forme di realizzazione del presente trovato, nella suddetta terza modalit? operativa la coppia massima, corrispondente alla massima temperatura di esercizio del suddetto motore elettrico, ? impostata ad un valore preferibilmente compreso fra il 140% e i 160% per esempio al 150%, del valore nominale.

Forma oggetto del presente trovato anche un procedimento di controllo per controllare un motore elettrico di elevata potenza, preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente di o associato ad un impianto di triturazione utilizzabile preferibilmente per la triturazione di oggetti molto ingombranti e pesanti e provvisto di mezzi di triturazione rotanti collegati al rotore del suddetto motore elettrico, mediante un?apparecchiatura di controllo che comprende mezzi di alimentazione elettrica associati al suddetto motore elettrico per alimentarlo selettivamente con una tensione ed una corrente tali che il suddetto motore elettrico possa operare ad una selezionata temperatura, erogare la suddetta potenza, ruotare ad una opportuna velocit? di rotazione ed applicare ai suddetti mezzi di triturazione rotanti una determinata coppia necessaria per la triturazione di detti oggetti, ed un circuito di controllo collegato ai suddetti mezzi di alimentazione elettrica e configurati per controllare il suddetto motore elettrico affinch? selettivamente operi alla suddetto temperatura, eroghi la suddetta potenza, ruoti alla suddetta velocit? di rotazione ed applichi la suddetta coppia ai suddetti mezzi di triturazione rotanti.

Il procedimento secondo il trovato comprende almeno una prima fase in cui il suddetto circuito di controllo controlla il suddetto motore elettrico affinch? operi almeno in una prima modalit? operativa, con una velocit? di rotazione costante, e con una potenza limitata da un valore di potenza limite impostato.

Secondo forme di realizzazione, al raggiungimento del valore limite di potenza prevede di selezionare l?erogazione di detta tensione e di detta corrente in modo che il motore elettrico possa operare selettivamente in almeno una tra una seconda modalit? operativa con un controllo a potenza costante, e con una coppia limitata ad un valore selezionato e una terza modalit? operativa, con un controllo a coppia costante, e con una temperatura del motore elettrico limitata ad un valore selezionato. Le tre modalit? operative possono essere di volta in volta selezionate in funzione della tipologia e della quantit? di rottame da frantumare, e/o dei limiti di energia elettrica disponibile nella rete di alimentazione, allo scopo di modificare i parametri di funzionamento del motore in termini di potenza, velocit? e coppia, in modo da trasferire sempre la massima energia disponibile ai rottami.

In particolare ? possibile far funzionare alla potenza nominale il motore per la maggior parte del tempo, o anche ad un valore superiore ad essa, impostandola come parametro costante, e regolare di conseguenza la velocit? e la coppia, per ottenere sia un aumento di efficienza dell?impianto, grazie allo sfruttamento dell?intera potenza disponibile del motore, sia il trasferimento della massima energia disponibile.

Questa soluzione, inoltre, permettendo di svolgere un controllo in tempo reale del funzionamento del motore, in particolare su coppia e velocit?, permette di lavorare anche in condizioni di sovraccarico della camera di contenimento dei rottami, cos? da sfruttare anche il trasferimento di energia tra i rottami stessi.

L?apparecchiatura e il procedimento di controllo, se applicati a impianti esistenti, permettono di migliorare notevolmente il rendimento complessivo dell?impianto, mentre nel caso di impianti di nuova costruzione consentono di dimensionare i motori sulla base delle esigenze reali, non essendo pi? necessario compensare eventuali picchi di potenza.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo dell?ambito di protezione, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1, come si ? visto sopra, ? un grafico noto che illustra schematicamente il rapporto fra la velocit? di rotazione (co) del rotore di un motore elettrico ed i parametri di potenza (P), coppia (T) e temperatura (t) del suddetto rotore;

- la fig. 2 ? uno schema a blocchi di un circuito di controllo secondo il presente trovato associato ad un impianto di triturazione;

- la fig. 3 ? un grafico che rappresenta sinteticamente l?andamento della velocit? di rotazione (co) del rotore del motore elettrico utilizzato neH?impianto di triturazione di fig. 2, in relazione ai relativi parametri di potenza (P), coppia (T) e temperatura (t?) del suddetto rotore secondo le tre modalit?, A, B e C, di controllo del motore elettrico secondo il presente trovato, rispettivamente a velocit? di rotazione (?) costante, a potenza (P) costante e a coppia (T) costante;

- la fig. 4 ? un grafico che rappresenta sinteticamente un esempio dell? andamento nel tempo (t) dei seguenti tre parametri nelle tre modalit? operative, prima A, seconda B e terza C, di controllo del motore elettrico di fig. 3: velocit? di rotazione (?) (curva superiore tratteggiata), in giri al minuto (rpm); potenza (P) (curva inferiore a tratto e punto), in percentuale rispetto a quella nominale del motore elettrico; coppia (T) (curva centrale a tratto continuo), anch?essa in percentuale rispetto a quella nominale del motore elettrico;

- la fig. 5 ? una rappresentazione schematica del circuito di controllo di fig. 2;

- la fig. 6 ? un grafico che rappresenta l?andamento nel tempo (t) della potenza (P) erogata da un motore elettrico controllato da un circuito di controllo della presente invenzione (curva inferiore a tratto continuo nero), rapportato a quello controllato secondo lo stato della tecnica anteriore (curva superiore in grigio).

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Si far? ora riferimento nel dettaglio a possibili forme di realizzazione del presente trovato, illustrata nelle figure allegate. Tali esempi sono fomiti a titolo di illustrazione del presente trovato e non sono intesi come una limitazione dello stesso.

Prima di descrivere le forme di realizzazione, si chiarisce, inoltre, che il presente trovato non deve essere considerato limitato nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e di disposizione dei componenti come descritti nella seguente descrizione utilizzando le figure allegate. Il presente trovato pu? prevedere altre forme di realizzazione ed essere realizzato o messo in pratica in altri svariati modi. Inoltre, si chiarisce che la fraseologia e terminologia qui utilizzata ? a fini descrittivi e non deve essere considerata come limitante.

Con riferimento alla fig. 2, un?apparecchiatura di controllo 10 secondo il presente trovato ? rappresentata associata ad un impianto di triturazione 11 di tipo noto, avente un motore elettrico 12 il cui rotore ? collegato, per esempio tramite un?allunga, ad un tamburo rotante, o mulino, 13, provvisto di martelli di frantumazione, di tipo noto in s? e non rappresentati nei disegni.

Il tamburo rotante 13 ? associato a monte ad un dispositivo di immissione 14 di oggetti, o materiale, da triturare e a valle ad un dispositivo di raccolta 15 dei pezzi triturati.

L?impianto di triturazione 11 ? collegato a mezzi di alimentazione elettrica 16 di tipo noto, costituiti per esempio da una rete elettrica di media tensione (MV), in grado di erogare indicativamente una tensione elettrica da 11 a 20 KV con una potenza (P) fino a circa 10-15MW Fra i mezzi di alimentazione elettrica 16 ed il motore elettrico 12 ? interposto un trasformatore elettrico MV/LV 17, configurato per trasformare la tensione elettrica da media (MV) a bassa (LV), indicativamente, nell?esempio qui fornito, ad un valore compreso fra circa 300 e 700 V, con una potenza di circa 3-3,5 MW.

L?apparecchiatura di controllo 10 comprende un circuito di controllo 20, collegato al trasformatore elettrico 17 e provvisto di mezzi di selezione 21 controllati da un?unit? elettronica di controllo programmabile 22, per esempio un PLC, anche sulla base di idonei segnali di retro-azione provenienti dal motore elettrico 12 e indicativi almeno della coppia T, della potenza P e della velocit? di rotazione ?.

Secondo forme di realizzazione, l?unit? di controllo programmabile 22 pu? ricevere i segnali di retro-azione rilevati e/o monitorati in tempo reale da uno o pi? dispositivi di rilevazione 25 associati al motore elettrico 12. Secondo forme di realizzazione, il o i dispositivi di rilevazione 25 possono comprendere sensori idonei a rilevare uno o pi? tra coppia, velocit? di rotazione, corrente elettrica assorbita, temperatura del motore.

I mezzi di selezione 21 comprendono, ad esempio, un circuito di inversione, o inverter, 23 che a sua volta comprende, preferibilmente, una pluralit? di tiristori 24 (figure 2 e 5).

Il circuito di controllo 20 ? configurato per gestione in modo attivo i parametri di controllo del motore elettrico 12 (potenza P, coppia T, velocit? di rotazione ?) grazie all?inverter 23 e all?unit? elettronica di controllo programmabile 22. Tutto ci? in maniera dinamica, sfruttando al massimo le potenzialit? del motore elettrico 12 in termini di percentuale della coppia massima erogabile in regime termico permanente.

In particolare, il circuito di controllo 20 ? in grado di separare il motore elettrico 12 dai mezzi di alimentazione elettrica 16, ossia dalla rete elettrica, cos? da poter controllare le correnti in uscita dall? inverter 23 ed alimentare il motore elettrico 12 in modo controllato, evitando sforzi sulla catena cinematica e disturbi sulla stessa rete elettrica.

In particolare, l?apparecchiatura di controllo 10 permette di operare in tre differenti modalit? operative di controllo.

Una prima modalit? operativa A prevede sostanzialmente un controllo a velocit? di rotazione ? costante, con limite della potenza P.

In questa prima modalit? operativa A, la velocit? di rotazione co ? il parametro di controllo e viene mantenuta costante. Quindi il suo valore viene fissato numericamente tramite l?automazione e pu? essere selettivamente impostato per cercare di raggiungere la massima produttivit?, essendo la velocit? di rotazione ? direttamente proporzionale alla produttivit? dell?impianto di triturazione 11.

Per valori impostati di elevata velocit? di rotazione ? in base alla formula ?=? ?, anche la coppia T e la potenza P crescono, fino a un limite impostato di potenza Pmax, che ? il limite oltre cui non bisogna andare per non danneggiare il motore elettrico 12.

La potenza P assorbita dal motore elettrico 12 raggiunge il livello d? potenza limite impostato Pmax, preferibilmente compreso fra il 105% e il 115 %, per esempio al 110%, della potenza P nominale del motore elettrico 12, che corrisponde al punto A in fig. 3. Oltre questo limite il motore elettrico 12 si danneggerebbe. Infatti, sarebbe possibile superare questo limite solamente con un sovradimensionamento del motore elettrico, come viene fatto nella tecnica anteriore. Ma il presente trovato non prevede detto sovradimensionamento bens? il passaggio, in modo automatico e programmato, ad una successiva seconda modalit? operativa B.

La seconda modalit? operativa B, prevede sostanzialmente un controllo a potenza P costante, con limite della coppia T.

In questa seconda modalit? operativa B la potenza P ? il parametro di controllo e viene mantenuta costante, per cui diventano variabili la coppia T, che aumenta, e la velocit? di rotazione co, che diminuisce per mantenere costante la potenza P.

In particolare la potenza P nella seconda modalit? operativa B viene sostanzialmente mantenuta constante al valore di potenza limite impostato Pmax, o comunque ad un valore inferiore ad esso.

La coppia T viene incrementata aumentando l?assorbimento della corrente. La maggiore corrente comporta un aumento dell?energia specifica passante nel motore elettrico 12, secondo la formula I<2>t, dove "I" ? il valore efficace in ampere della corrente di cortocircuito e "t" ? la durata della corrente, con conseguente aumento della temperatura t? del motore elettrico 12.

Pertanto, vantaggiosamente, viene misurata la temperatura t? del motore elettrico 12 e il suo valore ? inviato al circuito di controllo 20 al fine di sfruttare al massimo le potenzialit? del motore elettrico 12, al limite della sua capacit? termica tale da non comprometterne il corretto funzionamento.

Pertanto, mantenendo la potenza P al di sotto del, o al massimo uguale al, valore limite impostato (Pmax), ? possibile aumentare la coppia trasmessa dal motore elettrico 12 al tamburo rotante 13 in funzione della temperatura t? del motore elettrico 12, fino ad un livello di coppia T massima impostato per corrispondere alla massima temperatura (t?max) raggiungibile dal motore elettrico 12 senza che quest?ultimo si danneggi, secondo la sua caratteristica costruttiva.

In questa seconda modalit? operativa B a potenza costante (zona centrale di fig. 3), si ottengono i seguenti vantaggi:

- la produttivit? aumenta del 25%-30%;

- sul lato dei mezzi di alimentazione elettrica 16 non si verificano picchi di assorbimento di corrente;

- sul lato del tamburo rotante 13 si trasferisce la massima energia;

- non si stressa termicamente il motore elettrico 12.

Con il circuito di controllo 20 e con gli inverter 23, inoltre, ? possibile controllare anche l?accensione e lo spegnimento dei ?feeder roller? che alimentano il rottame all?impianto di frantumazione, e la loro velocit?, in modo tale da mantenere costante al valore fissato la potenza del motore e trasferire la massima energia possibile ai rottami.

Secondo forme di realizzazione, la seconda modalit? operativa B con limite di potenza costante, consente di adattare il funzionamento del motore elettrico 12 anche in funzione dell?energia elettrica disponibile. Infatti, nel caso in cui non possa essere impostato un limite pari al 120% della potenza nominale, ma sia necessario limitarla all?80%, nella seconda modalit? operativa B sar? comunque possibile far lavorare il motore 12 con una coppia T variabile tra 100% e 150% rispetto alla coppia nominale, indipendentemente dalla potenza.

La terza modalit? operativa C, prevede un controllo sostanzialmente a coppia T costante, con limite della temperatura t? del motore elettrico 12. Quando viene raggiunta la coppia T massima trasmissibile corrispondente alla temperatura massima t?max raggiungibile in sicurezza dal motore elettrico 12, la coppia T diventa il parametro di controllo che viene mantenuto costante, lasciando alla velocit? di rotazione co e alla potenza P la possibilit? di variare, in particolare di diminuire.

Il tempo in cui il motore elettrico 12 pu? lavorare in questa condizione dipende dalla percentuale di utilizzo della coppia T rispetto al valore nominale e dalla storia di funzionamento pregressa dello stesso motore elettrico 12 che incide sul suo stato di temperatura.

Quando viene raggiunto il limite di coppia T e il controllo viene fatto in funzione della temperatura t?, successivamente il procedimento di controllo prevede di limitare l?alimentazione elettrica al motore elettrico 12.

Secondo forme di realizzazione, si pu? prevedere che dopo un certo intervallo di tempo in cui si sta operando nella terza modalit? operativa, venga ridotta la corrente di alimentazione fornita al motore elettrico 12 in modo tale da riportare i parametri operativi di coppia T, velocit? di rotazione ? e potenza P all?interno dei valori previsti nella seconda modalit? operativa B (si veda il grafico in fig. 3)

Il grafico di fig. 4 mostra una registrazione reale, su un impianto di triturazione 11 funzionante, dei tre parametri di controllo, ossia potenza P, coppia T e velocit? di rotazione ? durante un processo di triturazione, con le tre modalit? operative A, B e C.

In particolare, il grafico di fig. 4 mostra in alto (curva superiore tratteggiata) l?andamento della velocit? di rotazione ? in giri al minuto (rpm), nella parte centrale, a tratto continuo, la coppia T in percentuale e in basso, linea a tratto e punto, la potenza P anch?essa in percentuale rispetto a quella nominale del motore elettrico 12.

Il funzionamento dell?apparecchiatura di controllo 10 fin qui descritta, che corrisponde anche al procedimento di controllo secondo il presente trovato, prevede una prima fase in cui il circuito di controllo 20 controlla il motore elettrico 12 secondo la prima modalit? operativa A, per cui la velocit? di rotazione co viene impostata per crescere fino al raggiungimento della soglia di potenza massima (Pmax in fig. 3).

Al raggiungimento di questa soglia il circuito di controllo 20 passa ad una seconda fase in cui viene adottata la seconda modalit? operativa B, per cui la potenza P resta ad un valore fissato, ad esempio il valore di potenza massima Pmax, preferibilmente compreso fra il 105% e il 115 %, per esempio al 110%, della potenza P nominale.

La seconda modalit? operativa B consente di sfruttare al meglio la potenza del motore elettrico 12, per cui, come si pu? osservare in fig. 4, la linea inferiore a tratto e punto non supera mai tale valore soglia del 1 10% e viene mantenuta sostanzialmente costante, alzando notevolmente il valore medio della potenza utilizzata rispetto alle soluzioni note, fin quasi a raggiungere il valore nominale.

Come esposto in precedenza, nella seconda modalit? operativa B, al crescere della coppia T trasmessa, cresce anche la temperatura (t?) del motore elettrico 12, fino al raggiungimento della massima coppia T trasmissibile alla massima temperatura (t?max in fig. 3) di lavoro dello stesso motore elettrico 12.

A questo punto, il circuito di controllo 20 passa ad una terza fase in cui viene adottata la terza modalit? operativa C. Nel grafico di fig. 4 la coppia T massima, corrispondente alla massima temperatura (t?max) di esercizio del motore elettrico 12, ? impostata ad un valore preferibilmente compreso fra il 140% e i 160%, per esempio al 150%, del valore nominale.

Quando il tipo di materiale da triturare, caricato nel tamburo rotante 13 (fig. 2) tramite il dispositivo di immissione 14, ? tale da consentire di scendere al di sotto del limite di coppia T impostato dal circuito di controllo 20, si rientra nell?ambito di lavoro della seconda modalit? operativa B, che ? la modalit? ideale a cui si cerca di far lavorare la macchina, in quanto ? l?area in cui il motore elettrico 12 fornisce la massima potenza P senza sforzarsi, ma a cui si riesce anche ad ottenere la produttivit? pi? elevata. Tale modalit? operativa varia tra il punto A a cui corrisponde la massima velocit? di rotazione co del motore elettrico 12 e quindi del tamburo rotante 13 e la coppia T minore, e il punto C al quale corrisponde la massima coppia T e la minima velocit? di rotazione co a parit? di potenza P.

Per passare dalla terza modalit? operativa C alla seconda modalit? operativa B ? possibile agire tramite ? inverter 23 per ridurre la corrente elettrica alimentata.

Il grafico di fig. 6 rappresenta il risultato di una studio comparativo fra l?andamento della potenza P, limitata ad un valore massimo di 4 MW ed erogata nel tempo (t) dal motore elettrico 12 controllato dal circuito di controllo 20 (curva inferiore a tratto continuo), in cui non c?? alcun picco di potenza anomalo, e quello della potenza P erogata nel tempo (t) da un motore elettrico secondo lo stato della tecnica anteriore (curva superiore tratteggiata), in cui si pu? notare che in quest?ultimo caso ci sono due picchi di potenza incontrollati, il pi? alto dei quali aveva un valore di 7,2 MW.

Come risulta evidente dal grafico di fig. 6, mentre nel caso della tecnica anteriore ? necessario prevedere un motore elettrico sovradimensionato, con una potenza nominale superiore a 7,2 MW, grazie al presente trovato, a parit? di prestazioni, ? possibile utilizzare un motore elettrico con potenza nominale pari, o anche inferiore a 4 MW con conseguenti risparmi economici di realizzazione e di consumo.

Inoltre, con l?apparecchiatura di controllo 10 secondo il presente trovato, la reazione del circuito di controllo 20 alle variazioni del carico a cui ? sottoposto il motore elettrico 12 ? sostanzialmente immediata, dell?ordine di alcuni millisecondi, rispetto al tempo di alcuni secondi (da 2 a 3) dello stato della tecnica anteriore, per esempio con un noto LRS. ? chiaro che all?apparecchiatura 10 e al procedimento di controllo fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti o di fasi, senza per questo uscire dall?ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni.

E anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potr? senz?altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparecchiature 10 e procedimenti per il controllo di un motore elettrico di elevata potenza, preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente di un impianto di triturazione, o frantumazione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell?ambito di protezione da esse definito.

Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti tra parentesi hanno il solo scopo di facilitare la lettura e non devono essere considerati come fattori limitativi dell?ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di controllo (10) per il controllo di un motore elettrico (12) di elevata potenza (P), preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente di o associato ad un impianto di triturazione (11) utilizzabile preferibilmente per la triturazione di oggetti molto ingombranti e pesanti e provvisto di mezzi di triturazione (13) rotanti collegati al rotore di detto motore elettrico (12), comprendente mezzi di alimentazione elettrica (16) associati a detto motore elettrico (12) per alimentarlo selettivamente con una tensione (V) ed una corrente (I) in modo che detto motore elettrico (12) operi ad una selezionata temperatura (t?), eroghi detta potenza (P), ruoti ad una selezionata velocit? di rotazione (co) ed applichi a detti mezzi di triturazione rotanti (13) una determinata coppia (T) necessaria per la triturazione di detti oggetti, ed un circuito di controllo (20) collegato a detti mezzi di alimentazione elettrica (16) e configurato per controllare detto motore elettrico (12) affinch? selettivamente operi a detta temperatura (t?), eroghi detta potenza (P), ruoti a detta velocit? di rotazione (?) ed applichi detta coppia (T) a detti mezzi di triturazione rotanti (13), caratterizzata dal fatto che detto circuito di controllo (20) comprende mezzi di selezione (21) configurati per selezionare l?erogazione di detta tensione (V) e di detta corrente (I) in modo che detto motore elettrico (12) possa operare selettivamente in una qualsiasi delle seguenti tre modalit? operative: una prima modalit? operativa (A), con una velocit? di rotazione (?) costante, e con una potenza (P) limitata ad un valore selezionato; una seconda modalit? operativa (B), con una potenza (P) costante, e con una coppia (T) limitata ad un valore selezionato; una terza modalit? operativa (C), con una coppia (T) costante, e ad una temperatura (t?) di detto motore elettrico (12) limitata ad un valore selezionato.
2. Apparecchiatura di controllo (10) come nella rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di selezione (21) comprendono, un circuito di inversione, o inverter (23).
3. Apparecchiatura di controllo (10) come nella rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto inverter (23) comprende una pluralit? di tiristori (24).
4. Apparecchiatura di controllo (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto motore elettrico (12) ? alimentato elettricamente da mezzi di alimentazione elettrica (16) a media tensione (MV) e che fra detti mezzi di alimentazione elettrica (16) e detto motore elettrico (12) ? interposto un trasformatore elettrico (17) configurato per trasformare la tensione elettrica da media (MV) a bassa (LV) e collegato a detto circuito di controllo (20).
5. Apparecchiatura di controllo (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto circuito di controllo (20) comprende, inoltre, un?unit? elettronica di controllo programmabile (22) configurata per comandare detto motore elettrico (12) in una di dette tre modalit? operative, anche sulla base di segnali di retro-azione che le arrivano da detto motore elettrico (12).
6. Apparecchiatura di controllo (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che in detta prima modalit? operativa (A) la potenza (P) assorbita da detto motore elettrico (12) raggiunge un livello di potenza limite impostato, preferibilmente compreso fra il 105% e il 115 % della potenza (P) nominale di detto motore elettrico (12).
7. Apparecchiatura di controllo (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che in detta terza modalit? operativa (C) la coppia (T) massima, corrispondente alla massima temperatura (t?max) di esercizio di detto motore elettrico (12), ? impostata ad un valore preferibilmente compreso fra il 140% e i 160% del valore nominale.
8. Procedimento di controllo per controllare un motore elettrico (12) di elevata potenza (P), preferibilmente dell?ordine dei megawatt (MW), preferibilmente di o associato ad un impianto di triturazione (11) utilizzabile preferibilmente per la triturazione di oggetti molto ingombranti e pesanti e provvisto di mezzi di triturazione (13) rotanti collegati al rotore di detto motore elettrico (12), mediante un?apparecchiatura di controllo (10) che comprende mezzi di alimentazione elettrica (16) associati a detto motore elettrico (12) per alimentarlo selettivamente con una tensione (V) ed una corrente (I) in modo che detto motore elettrico (12) operi ad una selezionata temperatura (t?), eroghi detta potenza (P), ruoti ad una selezionata velocit? di rotazione (co) ed applichi a detti mezzi di triturazione rotanti (13) una determinata coppia (T) necessaria per la triturazione di detti oggetti, ed un circuito di controllo (20) collegato a detti mezzi di alimentazione elettrica (16) e configurato per controllare detto motore elettrico (12) affinch? selettivamente operi a detta temperatura (t?), eroghi detta potenza (P), ruoti a detta velocit? di rotazione (?) ed applichi detta coppia (T) a detti mezzi di triturazione rotanti (13), caratterizzato dal fatto che comprende almeno una prima fase in cui detto circuito di controllo (20) controlla detto motore elettrico (12) affinch? operi almeno in una prima modalit? operativa (A), con una velocit? di rotazione (co) costante, e con una potenza (P) limitata da un valore limite di potenza (Pmax) impostato, e che, al raggiungimento di detto valore limite di potenza (Pmax) prevede di selezionare l?erogazione di detta tensione (V) e di detta corrente (I) in modo che detto motore elettrico (12) possa operare selettivamente in almeno una tra una seconda modalit? operativa (B) con un controllo a potenza (P) costante, e con una coppia (T) limitata ad un valore selezionato e una terza modalit? operativa (C), con un controllo a coppia (T) costante, e con una temperatura (t?) di detto motore elettrico (12) limitata ad un valore selezionato.
9. Procedimento di controllo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che in detta seconda modalit? operativa (B) prevede di incrementare la coppia (T) applicata a detto motore elettrico (12) incrementando la corrente (I) elettrica assorbita da detto motore elettrico (12).
10. Procedimento di controllo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che al raggiungimento di detto valore limite di potenza (Pmax) prevede di selezionare detta seconda modalit? operativa (B) e di mantenerla finch? la coppia (T) di detto motore elettrico (12) raggiunge un valore di coppia (T) massima trasmissibile corrispondente a una temperatura massima (t?max) raggiungibile predefinita.
1 1. Procedimento di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che in detta terza modalit? operativa (C) prevede di mantenere costante detta coppia (T) e di diminuire detta velocit? di rotazione (co) e detta potenza (P).
12. Procedimento di controllo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 11, caratterizzata dal fatto che prevede di controllare detto motore elettrico (12) con detta prima modalit? operativa (A) finch? la potenza (P) assorbita da detto motore elettrico (12) raggiunge un livello di potenza limite impostato (Pmax) compreso fra il 105% e il 115 % della potenza (P) nominale di detto motore elettrico (12).
13. Procedimento di controllo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 12, caratterizzata dal fatto che in detta terza modalit? operativa (C) la coppia (T) massima, corrispondente alla massima temperatura (t?max) di esercizio di detto motore elettrico (12), ? impostata ad un valore compreso fra il 140% e il 160% del valore nominale di detta coppia.
14. Procedimento di controllo come in una delle qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 13, caratterizzato dal fatto che al raggiungimento di un limite di coppia (T) correlato a detto valore selezionato di temperatura (t?) in detta terza modalit? operativa (C), o quando la terza modalit? operativa (C) ? rimasta operativa per un intervallo di tempo predefinito, prevede di ridurre l' alimentazione elettrica fornita a detto motore elettrico (12) in modo tale che detto motore elettrico (12) tomi a funzionare in detta seconda modalit? operativa (B).