correnti d’albero nei moderni azionamenti in c.a. · di progettazione e produzione dei motori le...

Correnti d’albero nei moderniazionamenti in c.a.

Guida tecnica N. 5 Guida tecnica N. 5

Guida tecnica N. 5 - Correnti d'albero nei moderni azionamenti in c.a.2

3Guida tecnica N. 5 - Correnti d'albero nei moderni azionamenti in c.a.

1 Introduzione ..............................................................Generalità ....................................................................Come evitare le correnti portanti .................................

2 Generazione di correnti d’albero .............................Impulsi di corrente ad alta frequenza ..........................Commutazione più veloce ...........................................Modalità di generazione delle correnti d’alberoad alta frequenza .........................................................

Corrente circolante ..................................................Corrente di messa a terra dell’albero .......................Corrente di scarica capacitiva .................................

Circuito del modo comune ...........................................Capacitanze parassite .................................................Modalità di passaggio della correnteattraverso il sistema ..................................................Cadute di tensione ....................................................Trasformatore nel modo comune ...............................Divisore di tensione capacitivo ..................................

3 Prevenzione dei danni causati dalle correntid’albero ad alta frequenza ......................................Tre modalità di approccio ..........................................

Cavi motore multipolari ..........................................Percorso a bassa impedenza ................................Collegamenti di fissaggio ad alta frequenza ..........

Seguire le istruzioni specifiche del prodotto ..............Altre soluzioni ........................................................

Misurazione delle correnti d’albero ad alta frequenza ......Le misurazioni richiedono l’intervento di specialisti ...

4 Riferimenti ...............................................................

5 Indice analitico ........................................................

Indice

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Piò succedere che sistemi di azionamento nuovi presentino guastiai cuscinetti pochi mesi dopo l’avviamento. Questo problemapuò essere determinato da elevate correnti d’albero, ovvero cor-renti indotte nell’albero del motore e scaricate attraverso i cu-scinetti.

Benché l’esistenza delle correnti d’albero sia nota sin dall’epocadell’invenzione dei motori elettrici, negli ultimi anni si registrauna maggiore incidenza dei guasti a esse correlati. Questo èattribuibile al fatto che i moderni azionamenti a velocitàvariabile, caratterizzati da rapidi impulsi di tensione di salita eda elevate frequenze di commutazione, possono generareimpulsi di corrente attraverso i cuscinetti, la cui scarica ripetutapuò progressivamente eroderne le piste.

Per prevenire tale inconveniente, occorre configurare adeguatipercorsi di messa a terra e consentire il ritorno delle correntiparassite al telaio dell’inverter senza che passino attraverso icuscinetti. Per ridurre l’entità delle correnti si possono ancheutilizzare cavi motore di tipo simmetrico, oppure installare unfiltro in corrispondenza dell’uscita dell’inverter. Isolando icuscinetti del motore è possibile interrompere i percorsi dellacorrente portante.

Capitolo 1 - Introduzione

Generalità

Come evitarele correntiportanti


Esistono diversi tipi di correnti d'albero. Benché nei moderni metodidi progettazione e produzione dei motori le correnti d'albero a bassafrequenza indotte dall’asimmetria del motore siano state pressochéinteramente eliminate, la rapida commutazione dei moderniazionamenti in c.a. può generare impulsi di corrente ad altafrequenza attraverso i cuscinetti. Se l’energia di questi impulsi èsufficientemente elevata, si verifica un trasferimento di metallodalla sfera e dalle piste verso il lubrificante. Si tratta del fenomenodella cosiddetta “elettroerosione” (Electrical Discharge Machining).Se l’effetto di un impulso singolo è insignificante, anche una minimacavità EDM costituisce una discontinuità che, con l’arrivo di altriimpulsi, può estendersi in una cavità EDM di dimensioni maggiori.La frequenza di commutazione dei moderni azionamenti in c.a. èmolto elevata e il gran numero di impulsi può causare un rapidoaccumulo dei fenomeni erosivi. Di conseguenza può rendersinecessaria la sostituzione del cuscinetto dopo un breve periododi utilizzo.

ABB si occupa delle correnti d'albero ad alta frequenza dal 1987.Negli ultimi anni è stata sottolineata l’importanza dellaprogettazione dei sistemi. Tutti i componenti interessati (motore,trasmissione, regolatore dell’azionamento, ecc.) vengono fabbricaticon l’ausilio di sofisticate tecniche di produzione e normalmentepresentano un adeguato tempo medio di corretto funzionamentotra due guasti successivi (Mean Time Between Failures, MTBF).Ma è quando tali componenti vengono integrati e il sistemainstallato viene considerato nel suo complesso che si rendenecessario adottare determinate contromisure.

Figura 1: Le correnti d'albero possono provocare nei cuscinetti laformazione di scanalature in sequenza regolare sulle piste dei cuscinetti.

L’attuale tecnologia degli azionamenti che utilizza componentiIGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) determina eventidi commutazione con una rapidità 20 volte superiore alla tec-nologia considerata lo standard dieci anni fa. Negli ultimi annisi è registrato un aumento dei guasti di tipo EDM intervenutinei cuscinetti dei sistemi di azionamento poco tempo dopol’avviamento (da uno a sei mesi). La portata di questo feno-meno dipende dall’architettura del sistema di azionamento edalle tecniche di installazione utilizzate

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Capitolo 2 - Generazione di correnti d’albero

Impulsi di cor-rente ad altafrequenza

Commutazionepiù veloce


La sorgente delle correnti d'albero è la tensione indotta a livellodel cuscinetto. In caso di correnti d'albero ad alta frequenza,tale tensione può essere generata in tre diversi modi. I fattoriprincipali che definiscono la prevalenza di un meccanismo sonole dimensioni del motore e le modalità di messa a terra del telaioe dell’albero del motore. L’impianto elettrico, che comporta untipo di cablaggio adeguato e un idoneo fissaggio dei conduttoripositivi e della schermatura elettrica, svolge un ruolo determinante.Il livello delle correnti d'albero è influenzato dal rapporto Du/dtdei componenti dello stadio di potenza dell’azionamento in c.a.e dal livello di tensione del collegamento in c.c.

Nei motori di grandi dimensioni, la tensione ad alta frequenza èindotta tra le estremità dell’albero del motore dal flusso di altafrequenza che circola intorno allo statore. Tale flusso è determinatoda una netta asimmetria della corrente capacitiva di dispersioneche passa dall’avvolgimento al telaio dello statore lungo lacirconferenza dello stesso. La tensione presente tra le estremitàdell’albero agisce sui cuscinetti. Se è sufficientemente elevatada sovrastare l’impedenza del velo d’olio dei cuscinetti, nell’anelloformato dall’albero, dai cuscinetti e dal telaio dello statore iniziaa circolare una corrente che cerca di compensare il flusso nettoall’interno dello statore. Tale corrente è una corrente d’alberoad alta frequenza di tipo circolante.

La dispersione di corrente verso il telaio dello statore deve tornareall’inverter, che ne è la sorgente. Qualsiasi percorso di ritorno ècaratterizzato da una certa impedenza, e pertanto la tensionedel telaio del motore è superiore al livello di messa a terra dellasorgente. Se l’albero del motore è collegato a terra attraverso lamacchina comandata, si riscontra un aumento di tensione deltelaio del motore sopra i cuscinetti. Se la tensione èsufficientemente elevata da superare l’impedenza del velo d’oliodel cuscinetto sul lato azionamento, parte della corrente puòpassare attraverso il cuscinetto del lato azionamento, l’albero ela macchina comandata, per tornare infine all’inverter. Questotipo di corrente è una corrente ad alta frequenza di messa aterra dell’albero.

Nei motori di dimensioni minori, la divisione della tensione internadella tensione in modo comune sulle capacitanze parassiteinterne del motore può determinare tensioni dell’alberosufficientemente elevate da determinare impulsi di corrented’albero ad alta frequenza. Questo fenomeno può verificarsiquando l’albero non è collegato a terra attraverso la macchinacomandata e il telaio del motore è collegato a terra secondo lemodalità standard di protezione.

Le correnti d'albero ad alta frequenza sono determinate dalpassaggio della corrente nel circuito nel modo comunedell’azionamento in c.a.

In condizioni normali, una normale alimentazione sinusoidaletrifase risulta bilanciata e simmetrica. Questo significa che lasomma dei vettori delle tre fasi è sempre uguale a zero. E’quindi normale che il neutro corrisponda a 0 V, ma questo non

Modalità digenerazionedelle correntid'albero ad altafrequenza

Generazione di correnti d'albero

CorrenteCorrenteCorrenteCorrenteCorrentecircolantecircolantecircolantecircolantecircolante

Corrente dimessa a terra

dell’albero

Corrente discarica capacitiva

Circuito nelmodo comune


tempo [s]

succede nel caso di alimentazione trifase PWM commutata,dove la tensione in c.c. viene convertita in tensione trifase.Sebbene i componenti della frequenza fondamentale delle ten-sioni in uscita siano simmetrici e bilanciati, è impossibile chela somma delle tre tensioni in uscita nello stesso tempo risultiuguale a zero con due possibili livelli di uscita. Il neutro che nerisulta non è uguale a zero. La tensione si può definire comesorgente della tensione nel modo comune. Essa è misurabileal punto zero di qualsiasi carico, ad esempio il punto di avvia-mento dell’avvolgimento del motore.

Figure 2: La figura mostra le 3 tensioni di fase di un’alimenzione trifasePWM e la media delle 3 tensioni o la tensione del punto neutro in c.a neimoderni azionamenti in c.a.. La tensione neutra è ovviamente diversa da0 e la sua presenza può essere definita come sorgente di tensione nelmodo comune. La tensione è proporzionale alla tensione del bus in c.c.e presenta una frequenza pari a quella di commutazione dell’inverter.

Ogni volta che una delle tre uscite dell’inverter viene commutatada uno dei possibili potenziali a un altro, una correnteproporzionale a tale cambiamento di tensione è indotta spassare a terra attraverso le capacitanze di terra di tutti icomponenti del circuito di uscita. La corrente torna verso lasorgente attraverso il conduttore di terra e le capacitanzeparassite dell’inverter, che sono esterne al sistema trifase.Questo tipo di corrente, che passa attraverso il sistema in unanello chiuso all’esterno del sistema stesso viene normalmentedefinita corrente nel modo comune.



Alimentatore inverter

Cablaggio Avvolgimenti del motore

Figura 3: Un esempio di corrente nel modo comune all’uscita dell’inverter.L’impulso è dovuto alla sovrapposizione di diverse frequenze per lapresenza di frequenze naturali diverse dei percorsi paralleli della correntenel modo comune.

Si genera una capacitanza ogni qualvolta si separano duecomponenti conduttivi con un isolante. Per esempio, se la spiradi un avvolgimento del motore è isolata dal telaio medianteverniciatura a smalto e l’isolamento delle cave, si genera unacorrente capacitiva al telaio del motore. Le capacitanze internea un cavo e specialmente interne al motore sono molto ridotte.Una capacitanza ridotta si traduce in una impedenza elevataalle basse frequenze, con conseguente blocco delle correntiparassite a bassa frequenza. Tuttavia, i rapidi impulsi di salitagenerati dagli alimentatori moderni contengono frequenze cosìelevate che anche capacitanze ridotte interne al motoreconfigurano un percorso a bassa impedenza per il passaggiodelle correnti.

Figura 4: Anello nel modo comune semplificato di un inverter PWM e diun motore a induzione. L’alimentatore dell’inverter funge da sorgente ditensione nel modo comune (Vcm). La corrente nel modo comune passaattraverso le induttanze del motore e il cavo nel modo comune, Lc Lm, e lecapacitanze parassite tra gli avvolgimenti e il telaio del motore, riunite inCm. Dal telaio del motore procede attraverso il circuito di messa a terra


Capacitanzeparassite


dello stabilimento con induttanza Lg. Lg è inoltre una corrente nelmodo comune alimentata dalla capacitanza parassita del cavo Cc. Iltelaio dell’inverter è collegato alla terra dello stabilimento e collega asua volta, mediante l’inverter di dispersione, le correnti di messa aterra della corrente nel modo comune alle correnti capacitive del telaio,riunite in Cin, di ritorno alla sorgente di tensione nel modo comune.

Il percorso di ritorno della corrente di dispersione dal telaio delmotore al telaio dell’inverter è costituito dal telaio del motore,dalla schermatura dei cavi o dai conduttori equipotenziali etalvolta da componenti in acciaio o alluminio presenti nellastruttura dello stabilimento. Tutti questi elementi contengonoinduttanza. Il passaggio della corrente nel modo comuneattraverso tale induttanza determina un calo di tensione cheeleva il potenziale del telaio del motore a un livello superiore aquello del potenziale di messa a terra della sorgente incorrispondenza del telaio dell’inverter. Tale tensione del telaiodel motore costituisce una parte della tensione nel modocomune dell’inverter. La corrente nel modo comune cerca ilpercorso caratterizzato dalla impedenza più ridotta. Se neipercorsi previsti è presente un’impedenza elevata, ad esempionel collegamento equipotenziale del telaio del motore, latensione del telaio del motore convoglierà una parte dellacorrente nel modo comune lungo un altro percorso attraversol’edificio. Gli impianti migliori sono dotati di diversi percorsiparalleli. Quasi tutti hanno un effetto ridotto sul valore dellacorrente nel modo comune o delle correnti d'albero, ma puòessere significativo in termini di conformità ai requisiti dicompatibilità elettromagnetica.

Se il valore dell’induttanza è sufficientemente elevato, lareattanza alle frequenze superiori della corrente nel modocomune tipica, da 50 kHz a 1 MHz, può sostenere cadute ditensione superiori ai 100 V tra il telaio del motore e il telaiodell’inverter. Se in un caso simile l’albero del motore è collegatomediante un accoppiamento metallico a un sistema diingranaggi o a un’altra macchina comandata dotata diun’efficace messa a terra e caratterizzata da un potenziale dimessa a terra analogo a quello del telaio dell’inverter, è possibileche una parte della corrente nel modo comune dell’inverterpassi attraverso i cuscinetti del motore, l’albero e la macchinacomandata per ritornare all’inverter.

Modalità dipassaggiodella correnteattraverso ilsistema


Cadute ditensione


i+∆ ∆ i

i-∆ ∆ i

∆ ∆ i

∆ iD N

Figura 5: Il diagramma mostra la corrente circolante e la corrente dimessa a terra dell’albero, dove la seconda è determinata da un’eletensione del telaio motore con una messa a terra macchina di tiposuperiore.

Se l’albero della macchina non è in contatto diretto con ilterreno, la corrente può passare attraverso la trasmissione o icuscinetti della macchina. Questi cuscinetti possono subiredanni prima dei cuscinetti del motore.

Figura 6: Sorgente della corrente d’albero circolante ad altafrequenza. La dispersione di corrente attraverso le capacitanzedistribuite dello statore determina una somma di corrente diversada zero sulla circonferenza dello statore, con un effetto dimagnetizzazione netta e passaggio intorno all’albero del motore.

La maggior parte delle correnti capacitive del motore si formatra gli avvolgimenti dello statore e il telaio del motore. Talecapacitanza è distribuita intorno alla circonferenza e per lalunghezza dello statore. Se è presente una dispersione dicorrente nello statore lungo il magnete, il contenuto ad altafrequenza della corrente di ingresso nel magnete dello statoreè superiore alla corrente residua.


Trasformatorenel modocomune



Cablaggio

Statore

Circuito motore

accoppiamento induttanza reciproca

Rotore

Cuscinettialbero a V

Correntecircolante

Questa corrente netta determina un flusso magnetico ad altafrequenza che va a circolare nel pacco laminare dello statore,determinando una tensione assiale alle estremità dell’albero. Sela tensione è sufficientemente elevata, è possibile che si determiniil passaggio di una corrente circolante ad alta frequenza, internaal motore, attraverso l’albero ed entrambi i cuscinetti. In questocaso il motore può essere considerato alla stregua di untrasformatore, nel quale la corrente nel modo comune che passanel telaio dello statore funge da corrente del primario e induce ilpassaggio della corrente circolante nel circuito rotore o nelsecondario. Tale corrente d’albero è considerata particolarmentedannosa con valori di picco tipici di 3-20 A in base alla potenzanominale del motore, al rapporto Du/dt dei componenti dello stadiodi potenza dell’azionamento in c.a. e al livello di tensione delcollegamento in c.c.

Figura 7: La tensione assiale dell’alberoad alta frequenza può essereconsiderata come il risultato di un effetto del trasformatore, in cui lacorrente nel modo comune che transita nel telaio dello statore fungeda primario, e induce una corrente circolante nel circuito del rotore osecondario.

Un’altra versione della corrente d’albero in circolo si determinaquando la corrente, anziché circolare completamente all’internodel motore, passa attraverso l’albero e i cuscinetti dellatrasmissione o della macchina comandata e in un elementostrutturale esterno e comune sia al motore che alla macchinacomandata. L’origine della corrente è la stessa di quella dellacorrente circolante all’interno del motore. La figura 8 mostra unesempio di questa corrente d’albero “vagante” in circolo.



Accoppiamento Pompa

Piastra d'acciaio

Figura 8: Corrente d’albero circolante, l’anello della corrente è esterno almotore.

Nel motore sono presenti anche altre capacitanze parassite,ad esempo quella tra gli avvolgimenti dello statore e il rotore,oppure quella che si determina nel rilievo del motore tra il ferrodello statore e il rotore. Gli stessi cuscinetti possono presentarecapacitanze.

La presenza di una corrente capacitiva tra gli avvolgimentidello statore e il rotore determina in modo efficacel’accoppiamento degli avvolgimenti dello statore al ferro delrotore, che è a sua volta collegato all’albero e alle piste internedel cuscinetto. Non solo un cambiamento repentino dellacorrente nel modo comune proveniente dall’inverter puòdeterminare correnti nella capacitanza intorno alla circonferenzae per la lunghezza del motore, ma anche tra gli avvolgimentidello statore e il rotore verso i cuscinetti.

Figura 9: Anello nel modo comune dell’azionamento a velocità variabile,che mostra le capacitanze parassite a livello dello statore, del rotore e delcuscinetto.

Divisore ditensionecapacitiva



CablaggioCircuito motore

Cuscinetto

Albero

Rotore


Il passaggio di corrente nei cuscinetti può variare rapidamentepoiché dipende dallo stato fisico del cuscinetto in ogni momen-to. Per esempio, la presenza di corrente capacitiva nei cusci-netti permane solo finché le sfere dei cuscinetti risultano rivesti-te di olio o di grasso e non sono quindi conduttive. Questa cor-rente capacitiva, in corrispondenza della quale si verifica l’au-mento della tensione indotta dell’albero, può esserecortocircuitata se la tensione dell’albero supera la soglia del ri-spettivo valore limite o se una sporgenza su una sfera interrom-pe la continuità del velo d’olio ed entra in contatto con le pistedei cuscinetti. A velocità molto bassa, il contatto metallico nonviene meno poiché le sfere non salgono fino al velo d’olio.

Generalmente, il livello di tensione in corrispondenza del qua-le i cuscinetti risultano conduttivi dipende dall’impedenza deicuscinetti. Tale impedenza è una funzione non lineare del ca-rico, della temperatura e della velocità di rotazione del cusci-netto, nonché del lubrificante utilizzato. L’impedenza varia aseconda dei casi.



Conduttore PE e schermatura

Schermatura

Vi sono tre diversi modi per regolare le correnti d'albero ad altafrequenza: 1) un adeguato sistema di cablaggio e messa a ter-ra, 2) l’interruzione degli anelli di corrente d’albero e 3)losmorzamento della corrente ad alta frequenza nel modo comu-ne. Tutti questi modi sono finalizzati a ridurre la tensione portan-te entro valori che non generino impulsi di corrente portante adalta frequenza, né smorzino il valore degli impulsi a un livelloche non influisca sulla durata dei cuscinetti. Le misure da adottarevariano a seconda del tipo di corrente d’albero ad alta frequen-za.

Alla base di tutti i metodi di controllo della corrente ad altafrequenza vi è un adeguato sistema di messa a terra. Le nor-mali tecniche di messa a terra delle apparecchiature sono pro-gettate principalmente per assicurare un collegamento caratte-rizzato da un’impedenza sufficientemente ridotta da garantirela sicurezza di macchine e personale in caso di guasti connes-si alla frequenza del sistema. Un azionamento a velocità varia-bile può essere collegato a terra in maniera efficace alle eleva-te frequenze della corrente del modo comune, a condizioneche l’installazione soddisfi i seguenti tre requisiti:

Utilizzare esclusivamente cavi motore di tipo simmetrico emultipolare. La configurazione del conduttore di terra (massadi protezione, PE) nel cavo del motore deve essere di tiposimmetrico per evitare la formazione di correnti d'albero allafrequenza fondamentale. Per ottenere un conduttore PE ditipo simmetrico, si può collocare il conduttore attorno ai con-duttori di fase oppure si può utilizzare un cavo con 3 condut-tori di fase e 3 conduttori di terra disposti simmetricamente.

Figura 10: Cavo motore di tipo raccomandato con configurazionesimmetrica dei conduttori.

Capitolo 3 - Prevenzione dei danni causatidalle correnti d’albero ad alta frequenza

Cavi motoremultipolari

Tre modalitàdi approccio


Configurare un percorso breve e a bassa impedenza per ilritorno della corrente del modo comune all’inverter. Il modomigliore e più semplice per farlo prevede l’impiego di cavi motoreschermati. La schermatura dev’essere continua e realizzatacon materiale perfettamente conduttivo (rame o alluminio), concollegamenti in corrispondenza delle 2 estremità realizzati me-diante collegamento a 360°.

Le figure 11a e 11b mostrano i collegamenti a 360° relativi allemodalità di cablaggio in Europa e in America.

Morsetto Pe

Pressacavo Manicotto EMC

Figura 11 a: Collegamento a 360° conforme alle modalità di cablaggioeuropee. La schermatura è collegata al morsetto PE mediante un cavo atortiglione il più corto possibile. L’isolamento esterno del cavo vienespellato per assicurare un collegamento ad alta frequenza a 360° tra ilmanicotto EMC e la schermatura del cavo.

Figura 11 b: Collegamento a 360° conforme alle modalità di cablaggioamericane. In corrispondenza delle estremità del motore è necessarioutilizzare un raccordo di messa a terra per collegare in modo efficace icavi di messa a terra all’armatura o al condotto.

Cavi dipotenza (3)

Collegamento a terra al bus PE

Cavi di messa a terra (3)

Raccordo dimessa a terra

Controdado

Piano superficie di montaggio

Fissaggio cavi

Cavo con armatura continua rinforzata in alluminio ondulato con guaina in PVC

Prevenzione dei danni causati dalle correnti d’albero ad alta frequenza

Percorso a bassaimpedenza

Basamento

Ba

Basamento

Piastrapassacavi

Spellare questa parte del cavo

Schermatura cavo



Collegamenti difissaggio ad alta

frequenza

Seguire leistruzionispecifiche delprodotto

Altre soluzioni

L’inserimento di collegamenti di fissaggio ad alta frequenza tral’impianto e i punti di riferimento di terra noti per equalizzare ilpotenziale o gli elementi interessati, utilizzando bandelle di rameintrecciate 50 - 100 mm di larghezza; i conduttori piani assicuranoun percorso di induttanza inferiore rispetto ai cavi rotondi. Ilcollegamento deve essere effettuato nei punti in cui si teme unadiscontinuità tra il livello di messa a terra dell’inverter e quello delmotore. Talvolta è inoltre necessario equalizzare il potenziale trai telai del motore e la macchina comandata al fine di ridurre ilpercorso della corrente attraverso il motore e i cuscinetti dellamacchina comandata.

Figura 12: Bandella di fissaggio HF.

Sebbene i principi di base dell’installazione siano gli stessi, ciascunprodotto può richiedere pratiche di installazione diverse. E’pertanto importante seguire con attenzione le istruzioni perl’installazione fornite nei manuali specifici dei singoli prodotti.

E’ possibile la rottura degli anelli di corrente d’albero mediantel’isolamento della struttura del cuscinetto. La corrente ad altafrequenza nel modo comune può essere smorzata utilizzandofiltri dedicati. ABB, fornitore sia di inverter che di motori, è ingrado di offrire la soluzione più idonea ai singoli casi oltre aistruzioni dettagliate sulle pratiche più idonee di cablaggio e dimessa a terra.


Il monitoraggio delle condizioni dei cuscinetti può essereeffettuato mediante adeguate misure delle vibrazioni deglistessi.

E’ impossibile misurare le correnti d'albero direttamente da unmotore standard. Ma se si sospetta la presenza di correntid'albero, si possono effettuare misurazioni sul campo perverificare se sono effettivamente presenti anelli di corrente.Gli strumenti di misurazione devono avere una larghezza dibanda (minimo 10 kHz - 2 MHz) in grado di rilevare la presenzadi valori di picco minimi di 150 - 200 A e di valori RMS minimidi 10 mA. Il fattore di cresta dei segnali misurati è raramenteinferiore a 20. La corrente può utilizzare percorsi insoliti, adesempio gli alberi in rotazione. Occorrono quindiapparecchiature speciali e personale qualificato.

ABB utilizza un sensore di corrente di tipo Rogowski, flessibile,con nucleo in aria e con accessori di tipo dedicato. Il sensoreè stato utilizzato con successo per la misurazione di oltre unmigliaio di azionamenti in tutto il mondo sulle più svariateapplicazioni.

I punti di misurazione più importanti sono situati all’internodel motore. Durante le misurazioni, la velocità minima delmotore deve essere pari al 10% di quella nominale perché icuscinetti riescano a salire fino al velo d’olio. Ad esempio, lafigura 13 mostra alcune misurazioni di base. La figura 14 mostraesempi di forme d’onda della corrente misurata. Gli inverterGTO venivano utilizzati prevalentemente negli anni ‘80, mentreattualmente sono più diffusi gli inverter IGBT. Si noti ladifferenza di scale nei diversi grafici.

Figura 13: Misurazione di base: A) corrente circolante misuratamediante un ponticello, B) corrente di messa a terra dell’albero.

Misurazionedelle correntid'albero adalta frequenza




Le misurazionirichiedonol’intervento dispecialisti

A) Corrente circolante

Inverter GTO, con divisioni Inverter IGBT, con divisionida 5 µs, 2A da 5 µs, 2A

B) Corrente di messa a terra dell’albero

Inverter GTO, con divisioni Inverter IGBT, con divisionida 2 µs, 10A da 5 µs, 500mA

Figura 14: Esempi di forme d’onda della corrente nei punti dimisurazione mostrati nella Figura 13.

Poiché non sono in commercio dispositivi di misurazione idonei epoiché è richiesta un’esperienza specialistica per effettuare lemisurazioni e interpretarne i risultati, si raccomanda si fareeffettuare le misurazioni delle correnti d’albero solo da personalespecializzato.


Capitolo 4 - Riferimenti

1. Grounding and Cabling of the Drive System,ABB Industry Oy, 3AFY 61201998 R0125

2. A New Reason for Bearing Current Damage in VariableSpeed AC Drivesdi J. Ollila, T. Hammar, J. Iisakkala, H. Tuusa. EPE 97, 7thEuropean Conference on Power Electronics andApplications, 8-10 Settembre 1997. Trondheim, Norvegia.

3. On the Bearing Currents in Medium Power Variable SpeedAC Drivesdi J. Ollila, T. Hammar, J. Iisakkala, H. Tuusa. Verbali dellaIEEE IEDMC di Milwaukee, Maggio 1997.

4. Minimizing Electrical Bearing Currents in Adjustable SpeedDrive Systemsdi Patrick Link. IEEE IAS Pulp & Paper ConferencePortland, ME, USA. Giugno 1998.

5. Instruction on Measuring Bearing Currents with a RogowskiCoil, ABB Industry Oy, 3BFA 61363602.EN.

6. Laakerivir ta ja sen minimoiminen säädettyjenvaihtovirtakäyttöjen moottoreissa,I. Erkkilä, Automaatio 1999, 16.9.1999, Helsinki, Finlandia.(In finlandese).

7. High Frequency Bearing Currents in Low VoltageAsyncronous Motors,ABB Motors Oy and ABB Industry Oy, 00018323.doc.

8. Bearing Currents in AC Drivesdi ABB Industry Oy and ABB Motors Oy. Serie di diapositivenel database LN “Document Directory Intranet” suABB_FI01_SPK08/FI01/ABB

9. The Motor GuideGB 98-12.

Fare riferimento anche ai manuali di installazione dei singoliprodotti.


Capitolo 5 - Indice analitico

AABB 17, 18accoppiamento metallico 10albero 7, 12, 13albero del motore 5, 7, 10alimentazione dell’inverter 9alimentazione trifase 7, 8anelli di corrente d’albero 15, 17anello nel modo comune 9, 13armatura 16avvolgimenti del motore 10avvolgimenti dello statore 11, 13avvolgimento 7, 8, 9, 10, 11, 13azionamento a velocità variabile5, 13, 15azionamento in c.a. 6, 7, 8Ccaduta di tensione 10capacitanza parassita 7, 8, 10,11, 13, 14capacitanza del cavo 10cavi motore di tipo simmetrico 5,15cavità EDM 6cavo 15cavo motore 15, 16cavo nel modo comune 10circuito del rotore 12circuito nel modo comune 7collegamenti di fissaggio 17collegamento a 360° 16condotto 16conduttori piani 17controllo della corrente ad alta fre-quenza 15corente circolante 12corrente circolante ad alta fre-quenza 12corrente nel modo comune 8, 9,10,11, 12, 13, 15, 16, 17correnti d’albero 5, 6, 7, 12, 15,18, 19correnti d’albero a bassa frequen-za 6correnti d’albero ad alta frequen-za 6, 7correnti parassite 5cuscinetti 5, 6, 7, 12, 13, 14cuscinetti del motore 5Ddivisione della tensione interna 7Eelettroerosione (EDM) 6elevate frequenze dicommutazione 5estremità dell’albero 12

Ffascette intrecciate 17fattore di cresta 18filtri dedicati 17filtro in corrispondenza dell’uscitadell’inverter 5flusso ad alta frequenza 7flusso magnetico 12formazione di scanalature 6frequenza di commutazionedell’inverter 8IIGBT (Insulated Gate BipolarTransistors) 6impulsi di corrente 5impulsi di tensione 5inverter 7, 8, 9, 10, 13, 16, 17inverter GTO 18inverter IGBT 18Mmacchina comandata 7, 10, 12, 17Mean Time Between Failure (MTBF)6misurazioni sul campo 18motore 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 17,18motori elettrici 5Nneutro 8Ppacco laminare di statore 12percorsi della corrente d’albero 5percorsi di messa a terra 5piste 6, 14piste dei cuscinetti 5primario 12PWM 7, 9Rregolatore dell’azionamento 6rotore 12, 13Sschermatura 16schermatura del cavo 16schermatura elettrica 7secondario 12sensore di corrente di tipo Rogowski18sfera 14sistema di ingranaggi 6, 10, 12statore 7, 11, 13Ttelaio 17telaio del motore 7, 9, 10, 11telaio dell’inverter 5, 10telaio dello statore 7, 11, 12tensione assiale 12tensione assiale dell’albero 12, 13


tensione bus in c.c. 8tensione dell’albero 14tensione dell’albero ad altafrequenza 7tensione indotta dell’albero 14tensione nel modo comune 7,8, 10tensioni dell’albero 7trasformatore 12Vvelo d’olio 7, 18

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