ITMI972279A1

ITMI972279A1 - Metodo e apparecchiatura di sicurezza per l'avviamento resistivo di motori elettrici

Info

Publication number: ITMI972279A1
Application number: IT002279A
Authority: IT
Inventors: Franco Formenti
Original assignee: Veco Srl
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-08
Also published as: CA2244541A1; US6046569A; IT1295292B1; EP0908998A1; CA2244541C

Description

SFONDO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un'apparecchiatura di sicurezza per l'avviamento automatico di motori elettrici, sia monofase che trifase, mediante un carico resistivo secondo le rivendicazioni 1 e 5.

In particolare, l'invenzione è diretta ad un sistema di sicurezza che consente un avviamento a tensione ridotta di motori elettrici, ad esempio di motori con rotori in corto-circuito, mediante l'inserimento di apposite resistenze statoriche che consentono di ridurre ad uh valore accettabile la corrente di spunto, all'avviamento.

STATO DELL'ARTE

E' noto che i motori elettrici all'avviamento hanno correnti di spunto molto elevate che possono raggiungere valori di circa 6 volte superiori a quelli della normale corrente di lavoro.

Per ridurre la corrente di spunto all’avviamento, sia in motori trifase che monofase, uno dei sistemi usati consiste nell'inserire in serie all'avvolgimento statorico, un carico resistivo di valore appropriato, per un brevissimo istante, valutabile tra 0,3 e 0,5 secondi, dopo di che al motore viene data la piena tensione di linea mediante un apposito contattore.

Adottando valori appropriati del carico resistivo, la corrente di spunto iniziale può essere ridotta di una percentuale pari o superiore al 50%, tanto maggiore quanto minore è il carico al quale il motore è sottoposto all'avviamento.

È altresì noto che i motori elettrici mal sopportano, se non appositamente costruiti, frequenti avviamenti a causa del loro eccessivo riscaldamento, per cui in generale vengono consigliate non più di dieci partenze del motore in un'ora. Ciò risulta particolarmente importante per utenze soggette ad avviamenti frequenti del motore, a distanze di tempo ravvicinate, come avviene ad esempio in impianti frigoriferi, di refrigerazione, di condizionamento o per altre applicazioni similari.

I dispositivi di sicurezza attualmente disponibili in commercio, atti ad evitare avviamenti dei motori con frequenze troppo ravvicinate, sono tutti di tipo elettronico e di costo troppo elevato per la maggior parte degli utilizzatori.

Per una maggiore comprensione del funzionamento di un dispositivo di sicurezza per l'avviamento resistivo di motori elettrici, si fa rilevare quanto segue:

1°) La corrente di alimentazione del motore, nei primi istanti è determinata dalla formula:

ove:

RM = resistenza ohmica dell'avvolgimento del motore;

RA = resistenza del carico resistivo;

K = 1 per motori monofase e K = 1,73 per motori trifase.

Se il motore inizia a ruotare, la forza contro elettromotrice riduce la corrente iniziale nel motore, di oltre il 50% la corrente di spunto. Della medesima percentuale si riduce la tensione ai capi del carico resistivo o di una sua frazione.

2°) Il rilevamento della temperatura del carico resistivo per l'inevitabile inerzia termica del sistema, richiederà sempre tempi notevolmente più lunghi di quelli di avviamento che sono inferiori al secondo.

3°) Il riscaldamento del carico resistivo sarà maggiore allorché il motore non si avvia, per il perdurare della massima corrente di spunto.

Attualmente non si conoscono altre soluzioni di sicurezza per l'avviamento resistivo dei motori elettrici.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Esistono varie cause che possono determinare un mancato avviamento resistivo di un motore; tra queste si possono citare un improvviso abbassamento della tensione della linea di alimentazione, ovvero il collegamento al motore di un carico eccessivo rispetto alla potenza disponibile. In tutti questi casi il motore verrà avviato all'atto dell'applicazione diretta della tensione di rete e potrà essere danneggiato dalla anomalia dell'alimentazione o del carico.

Pertanto, scopo generale della presente invenzione è di fornire un metodo e un'apparecchiatura di sicurezza per l'avviamento resistivo di motori elettrici che:

a) impediscano di dare corrente direttamente dalla rete o linea di alimentazione del motore, se il medesimo non si è avviato con il carico resistivo opportunamente inserito;

b) evitino che il motore possa essere sottoposto a frequenti avviamenti, in numero maggiore di quelli prescritti o suggeriti dal costruttore del motore stesso.

BREVE DESCRIZIONE DELL INVENZIONE

Questi ed altri scopi dell'invenzione sono conseguibili mediante un metodo per l'avviamento automatico di motori elettrici secondo la rivendicazione 1, nonché mediante un'apparecchiatura per l'avviamento resistivo secondo la rivendicazione 5.

Secondo un primo aspetto dell'invenzione, si è dunque fornito un metodo per l'avviamento resistivo di motori elettrici, secondo cui il motore elettrico viene inizialmente collegato ad una linea di alimentazione con in serie un carico resistivo che viene mantenuto per un breve periodo di tempo, dell'ordine di pochi decimi di secondo, prima di effettuare un collegamento diretto del motore alla linea di alimentazione, caratterizzato dal fatto ’di:

- rilevare la tensione iniziale di avviamento esistente sul carico resistivo collegato al motore, o su una frazione del carico stesso, prima di effettuare il collegamento diretto del motore alla linea di alimentazione;

- rilevare il differenziale di temperatura del carico resistivo rispetto all'ambiente in cui si trova il carico resistivo;

- abilitare l'avviamento del motore:

a) quando la tensione rilevata sul carico resistivo o sua frazione, un istante prima dell’applicazione diretta al motore della tensione della linea di alimentazione, è inferiore alla tensione .che si verifica all'inizio dell'avviamento;

b) quando il differenziale di temperatura misurato tra il carico resistivo o sua frazione e l'ambiente esterno al carico stesso non supera un valore di riferimento prefissato.

Secondo l'invenzione si è altresì fornita un'apparecchiatura per l'avviamento resistivo di motori elettrici secondo cui il motore elettrico è collegabile ad una linea di alimentazione mediante un primo contattore di avviamento attivabile per inserire un carico resistivo in serie al motore stesso, ed è collegabile direttamente alla linea di alimentazione attraverso un secondo contattore attivabile per la corto-cìrcuitazione o l'esclusione del carico resistivo dopo il consenso di un dispositivo di ritardo, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- un alimentatore - stabilizzatore di tensione;

- un primo dispositivo di sicurezza predisposto per attivare detti contattori di avviamento e di cortocircuitazione all'avviamento del motore;

- un secondo dispositivo di controllo della tensione esistente sul carico resistivo, predisposto per disabilitare il dispositivo di sicurezza quando la tensione rilevata sul .carico resistivo o sua 'parte, prima .del collegamento diretto del motore alla linea o rete di alimentazione, risulti superiore ad un valore di riferimento prefissato; e

- un terzo dispositivo di rilevazione della temperatura differenziale tra il carico resistivo e l'ambiente esterno al carico stesso, detto dispositivo di rilevazione della temperatura differenziale essendo a sua volta predisposto per riattivare il dispositivo di rilevazione della tensione sul carico resistivo, nonché per disattivare il dispositivo di sicurezza suddetto impedendo l'avviamento del motore ove questo non abbia completato l'avviamento con l'attivazione ritardata del commutatore di corto-circuitazione del carico resistivo. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste ed ulteriori caratteristiche del metodo e dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

Fig. 1 è uno schema generale di un'apparecchiatura per l'avviamento resistivo di motori elettrici, secondo 1 'invenzione;

Fig. 2 .è una grafico illustrativo del modo di funzionare dell'apparecchiatura di figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Con riferimento alla figura 1, qui di seguito si descriverà lo schema generale dell'apparecchiatura, precisando che i vari dispositivi in essa rappresentati devono ritenersi sostanzialmente noti o comunque realizzabili da un qualsiasi tecnico, in base alle indicazioni più avanti fornite.

In figura 1 con M è stato indicato un generico motore elettrico, ad esempio un motore trifase con rotore in corto-circuito, che può essere collegato ad una linea elettrica di alimentazione R, S, T ed N, attraverso un primo contattore di avviamento Cl, nonché attraverso un secondo contattore C2 di corto-circuitazione di un carico resistivo Ri, R2 ed R3; come si nota dallo schema di figura 1, il carico resistivo RI, R2 ed R3 risulta collegato in serie all’avvolgimento statorico del motore M, all’avviamento di quest'ultimo, in modo del tutto convenzionale .

In figura 1 con TI è stato inoltre indicato un primo temporizzatore che dà un consenso alla chiusura del contattore C2 di corto-circuito del carico resistivo, con un certo ritardo, dopo una frazione di tempo tl estremamente breve ad esempio dell’ordine di 0,7 secondi come indicato in figura 2, in modo tale che l'avviamento del motore M possa avvenire inizialmente ad una tensione ridotta, con una bassa corrente di spunto, grazie al collegamento in serie del carico resistivo RI, R2 ed R3; al termine del ritardo, TI attiva C2 comandando la chiusura dei suoi contatti, consentendo in questo modo un'alimentazione diretta del motore M alla piena tensione di linea, e con la normale corrente di lavoro.

In figura 1, con AL è stato inoltre indicato un alimentatore di tensione - se del caso stabilizzato -per i vari circuiti o dispositivi dell’apparecchiatura, il quale è collegato alla linea di alimentazione T, N mediante un trasformatore di sicurezza TRI. Con TH è stato inoltre indicato un generico interruttore di comando per eseguire l'avviamento del motore M.

Secondo l'invenzione, l'apparecchiatura di figura 1 comprende un primo dispositivo di sicurezza KS del tipo con relè se del caso con azione di ritardo regolabile se si vuole evitare, con installazione multipla di motori, di avere partenze simultanee di più motori in caso di black-out .

Il dispositivo di sicurezza KS è collegato alla sorgente di alimentazione AL, attraverso un contatto ausiliario SE di un dispositivo di sicurezza esterno, il contatto ausiliario KV' normalmente chiuso di un dispositivo KV di rilevazione della tensione esistente sul carico RI, R2 ed R3 o sua frazione come più avanti spiegato, e da un contatto ΚΊ" normalmente chiuso di un ter-zo dispositivo KT di rilevazione della temperatura del carico resistivo, o sua frazione, più avanti illustrato. Con C2' in figura 1 è stato infine indicato un contatto ausiliario del contattore C2 per la ritenuta dell'alimentazione al dispositivo di sicurezza KS, tale che il contatto ausiliario KS' rimanga chiuso e mantenga attivata l'alimentazione ai due contattori CI e C2, una volta completata con la chiusura del contattore C2 la fase d<'>i avviamento del motore.

L'apparecchiatura di figura 1 comprende altresì un secondo dispositivo KV che controlla la tensione ai capi del carico resistivo (nel caso specifico il resistore Ri o una sua frazione) al quale è collegato mediante un trasformatore di sicurezza TR2.

Il dispositivo KV che rileva la tensione ai capi di RI alimenta un relè RV ed è regolato da un temporizzatore T3 che interviene all’istante t3, prima di tl, per disattivare attraverso il contatto ausiliario KV', il dispositivo di sicurezza KS e togliere il consenso all'avviamento del motore qualora la tensione sentita o rilevata ai capi del carico resistivo RI, o sua frazione, non fosse diminuita rispetto al valore della tensione iniziale. Il valore iniziale della tensione, per quanto detto in precedenza, è noto per un qualsiasi motore elettrico e si regolerà la tensione di intervento, di conseguenza. Tuttavia se del caso si può usare un'opportuna unità elettronica di controllo che memorizzi il tutto, anche se tale soluzione più costosa risulta meno consigliabile per le applicazioni di serie.

Con KV" in figura 1 è stato infine indicato un contatto di ritenuta del relè RV,· mentre con KT" è stato indicato un contatto normalmente chiuso nel circuito di alimentazione di RV, costituito da un contatto ausiliario di un terzo dispositivo KT atto a sentire la differenza di temperatura del resistore Ri o sua frazione rispetto all'ambiente esterno al resistore.

Il differenziale di temperatura rilevato KT può essere opportunamente regolato; ciò consente di variare o regolare l'intervallo di tempo tra un avviamento ed il successivo del motore M, poiché KT, quando il differen-<’>ziale di temperatura rilevato risulta superiore ad un valore prefissato, comanderà l'apertura dei propri contatti ausiliari disattivando il dispositivo di sicurezza. KS con il contatto KT' se l'avviamento non è stato completato, riattivando il dispositivo KV di rilevazione della tensione ai capi del carico R1-R3 con il contatto KT" che disattiva il contatto di ritenuta KV".

Il dispositivo KT di rilevazione del differenziale di temperatura, che può essere costituito da un relè differenziale regolabile è collegato ad un sensore SA che sente la temperatura dell'ambiente esterno al resistere, nonché ad un sensore SR che rileva la temperatura del resistore RI. I sensori SA ed SR potranno essere di qualsiasi tipo idoneo; ad esempio potranno essere costituiti da un termistore o da qualsiasi altro circuito elettronico in grado di fornire al dispositivo KT un segnale di tensione proporzionale alla temperatura sentita. Il dispositivo KT dovrà inoltre essere di tipo regolabile per regolare il differenziale della temperatura di intervento.

Funzionamento

Il modo di funzionare dell'apparecchiatura di avviamento resistivo per motori elettrici secondo l'invenzione, verrà qui di seguito illustrato sempre con riferimento alle figure 1 e 2 dei disegni allegati.

Come viene data tensione all'apparecchiatura, si attiverà sia il dispositivo di sicurezza KS che i dispositivi KV e KT; l'interruttore TH avvierà il motore consentendo il collegamento ad AL dei contattori CI e C2.

L'attivazione di CI comporterà la chiusura dei suoi contatti ed un avviamento resistivo del motore M, a tensione e corrente di spunto ridotte dal carico resistivo RI, R2, R3, come precedentemente riferito. Il contattore C2 resterà infatti disattivato con i contatti aperti, ed interverrà successivamente con un ritardo tl definito dal proprio temporizzatore Tl.

Trascorso il tempo tl, il contattore C2 verrà attivato e chiuderà i propri contatti, cortocircuitando il resistore RI, R2 ed R3, collegando di conseguenza il motore M alla piena tensione della linea R, S, T.

Dopo un tempo t3 ad esempio di circa 0,4 secondi, contato a partire dall'avviamento del motore, regolato dal temporizzatore T3., se la tensione ai capi del trasformatore di sicurezza TR2 inserito sul resistore di avviamento RI o su di una sua frazione non risulta diminuita rispetto al valore della tensione esistente all'istante dell'avviamento stesso, KV interverrà aprendo il suo contatto ausiliario KV , disattivando così KS che aprirà il proprio contatto KS' fermando il motore M. A sua volta, la chiusura del contatto KV" autobloccherà KV in allarme fino a quando non si aprirà il contatto KT" del rilevatore differenziale di temperatura KT.

Il motore M potrà essere fatto ripartire solo quando il resistore, o la sua frazione, si sarà sufficientemente raffreddato ed il differenziale di temperatura tra il carico resistivo e l'ambiente esterno, rilevato da KT, risulti quindi inferiore ad un valore di temperatura prefissato.

L'apertura del contatto KT' causerà la disattivazione di KS che aprirà KS<1 >ed impedirà qualsiasi avviamento del motore M, fino a quando il differenziale di temperatura del carico non si sarà nuovamente ridotto al valore regolabile e prefissato che determina l'intervallo di tempo fra un avviamento e l'altro.

L'apertura del contatto KT", che avviene dopo ogni tentativo di avviamento del motore M, serve a ripristinare il dispositivo KV ove questi avesse bloccato l'apparecchiatura per un mancato avviamento.

Da quanto detto e mostrato nei disegni allegati, risulterà quindi evidente che si è fornito un metodo ed un’apparecchiatura per l'avviamento resistivo di motori elettrici che, contrariamente ai sistemi di avviamento precedentemente noti, consente di evitare che si verifichino condizioni per le quali il motore possa avviàrsi con correnti di spunto troppo elevate e impedisce che gli avviamenti del motore possano avvenire con frequenze eccessive, maggiori di quelle descritte o consigliate dal costruttore del motore. Infine la soluzione proposta evita che un eventuale abbassamento o variazione della tensione fornita dall'alimentatore AL alla partenza del motore, possa provocare il danneggiamento del contattore di avviamento.

Si intende comunque che quanto è stato detto e mostrato con riferimento ai disegni allegati, è stato dato a puro titolo esemplificativo dei principi generali dell'invenzione, e che altre modifiche e varianti potranno essere apportate per quanto riguarda i singoli dispositivi o i vari componenti elettrici, senza con ciò allontanarsi da quanto rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l'avviamento resistivo di motori elettrici secondo cui il motore elettrico viene inizialmente collegato ad una linea di alimentazione per mezzo di uri carico resistivo che viene mantenuto per un breve periodo di tempo, prima di effettuare un collegamento diretto del motore alla linea di alimentazione, caratterizzato dal fatto di: - rilevare la tensione iniziale di avviamento esistente sul carico resistivo o sua frazione collegata in serie al motore, prima di effettuare il collegamento diretto del motore alla linea di alimentazione; - rilevare il differenziale di temperatura del carico resistivo, o di una sua frazione, rispetto all'ambiente in cui si trova lo stesso carico; e - abilitare l'avviamento del motore quando la tensione rilevata sul carico resistivo o sua frazione sia inferiore a quella iniziale e il differenziale di temperatura rilevato sia pari o inferiore ad un differenziale di temperatura avente un valore di riferimento prefissato.
2. Metodo per l'avviamento resistivo di motori elettrici secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di regolare l'intervallo di tempo fra un avviamento del motore ed il successivo, regolando il differenziale di temperatura di riferimento per il carico resistivo.
3. Metodo per.l'avviamento resistivo di motori elettrici secondo la rivendicazione 1, in cui il collegamento diretto del motore alla rete di alimentazione viene ritardato di un intervallo di tempo prefissato, caratterizzato dal fatto di abilitare il collegamento diretto del motore alla linea di alimentazione nel caso in cui sul carico resistivo sia presente una tensione inferiore al valore della tensione iniziale, esistente sul carico resistivo o sua frazione all'avviamento del motore.
4. Metodo per l'avviamento resistivo di motori elettrici secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di rilevare il differenziale di temperatura ad ogni tentativo di avviamento del motore, disattivando tale funzione dopo che l'avviamento del motore sia stato completato.
5. Apparecchiatura per l'avviamento resistivo di motori elettrici del tipo in cui il motore elettrico è collegabile ad una linea di alimentazione mediante l'attivazione di un primo contattore di avviamento ed attraverso un carico resistivo in serie allo stesso motore, rispettivamente è collegabile direttamente alla linea elettrica mediante l'attivazione ritardata di un secondo contattore di corto-circuitazione o di esclusione del carico resistivo, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un alimentatore - stabilizzatore di tensione; - un primo dispositivo di sicurezza attivabile per collegare all'alimentatore di tensione detti contattori di avviamento e di corto-circuitazione all'avviamento del motore; - un secondo dispositivo di controllo della tensione iniziale esistente sul carico resistivo o sua frazione, per disattivare il dispositivo di sicurezza togliendo consenso all'avviamento del motore quando la tensione rilevata sul carico resistivo o sua frazione risulti superiore alla tensione iniziale esistente sul carico resistivo, o sua frazione, all'atto del suo inserimento; - un terzo dispositivo di rilevazione della temperatura differenziale esistente tra il carico resistivo o sua frazione e l'ambiente esterno al carico stesso, detto dispositivo di rilevazione della temperatura differenziale essendo a sua volta predisposto per disattivare il dispositivo di sicurezza quando il differenziale di temperatura rilevato è superiore ad un valore prefissato, e quando la tensione sul carico resistivo o sua frazione non risulta diminuita rispetto alla tensione iniziale, e per riattivare al funzionamento il dispositivo di rilevazione della tensione sul carico resistivo dopo ogni disattivazione all ' avviamento del motore .