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Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utentegoriath » 27 feb 2023, 20:45

Buonasera a tutti O_/ ,

Questo è il mio primo post su questo forum nonché la prima registrazione ad una nuova community dopo credo almeno 10 anni; ci sono stati anni dove fui senz'altro più attivo in giro, prevalentemente community dedicate all'informatica, per quanto abbia sempre avuto molteplici interessi, elettronica e elettrotecnica incluse.

Venendo al punto, ho un trapano a colonna equipaggiato con un motore monofase da 550w, niente di trascendentale. Opera a tensione di rete ed ha un assorbimento nominale di circa 2,5A. Questo motore, una volta collegato alle rete, è azionato da un interruttore a pulsante elettromagnetico che normalmente interrompe sia L che N (ho allegato un'immagine del pulsante):

KEDU KJD20-2.png
Colore giallo a parte è lo stesso identico modello

Quello che mi sono chiesto inizialmente è stato se fosse possibile realizzare uno snubber RC per proteggere il motore ma anche il relè dell'interruttore dallo spike induttivo del motore stesso nel momento in cui si disinserisce l'alimentazione. Dal momento che c'è stato inizialmente l'interesse nel realizzare una spia accensione con un LED alimentato a 230V sfruttando la reattanza di un condensatore (è il topic ed il thread con il quale sono giunto su electroyou), mi chiedevo adesso se fosse possibile integrare le due cose, l'idea dello snubber con quella della spia dal momento che (mi sento a rischio profanazione e relativo ban per ciò che sto per dire :mrgreen: ) i due circuiti presentano delle "somiglianze".

Quindi realizzare un circuito RCD, dove il diodo possa essere il LED, o in antiparallelo con il diodo vero e proprio del circuito RCD.

Mi scuso in anticipo per le mie inesattezze e l'eventuale ingenuità della riflessione, comunque vada spero di aver sollevato un argomento interessante che produca interventi costruttivi dai quali possa imparare di più sull'argomento.

Grazie dell'attenzione!
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[2] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 1 mar 2023, 13:56

Ciao Foto Utentegoriath, benvenuto.

Per favorire gli interventi alla tua richiesta sarebbe bene che provassi a disegnare (con Fidicad) gli schemi che hai in mente, quello per lo snubber e quello per il led alimentato dalla tensione di rete.

Se ho capito bene a cosa ti stai riferendo, così a naso, direi i due circuiti, anche se apparentemente simili, occorre dimensionarli diversamente ma potrei sbagliarmi, vediamo prima cosa hai in mente.
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[3] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utentegoriath » 3 mar 2023, 21:55

Ciao Bruno, ti ringrazio per il benevenuto

Dunque hai ragione, molto probabilmente hanno parametri molto diversi. Ma aldilà di questo forse è meglio fare diversi passi indietro; da quello che mi sto leggendo in giro e tramite l'ausilio di un simulatore per circuiti (falstad) mi sto infatti accorgendo che potrei non avere le idee molto chiare su alcuni concetti dietro l'applicazione in questione ed in generale sui problemi che ruotano attorno ad un motore ad induzione, motivo per cui dubbi e perplessità che emergono sono di più di quelli che riesco a dissipare. Oppure, per farla breve, secondo i calcoli il condensatore da usare per lo snubber si troverebbe ad assorbire spike induttivi da qualche kV e quindi dovrebbe essere alto come un bidone :mrgreen:

Ho deciso che al momento è meglio restare sul teorico, semplificare e concentrarmi sul capire la logica dello snubber RC senza diodo e lasciare da parte la questione spia led, per cui qui sotto c'è lo schema semplice senza valori del circuito (perdonate l'approssimazione, prima volta in fidocad)



Dunque, i dati di targa esatti che ho a disposizione relativamente al motore sono:

    230-240V~/50Hz - 550W
    Class B - IP20
    ȵ: 1450 minˉ¹
    Velocità variabile tramite puleggia: 440-2580RPM

Non ho altro disponibile. Posso desumere una corrente nominale di (550W/230V) ~2,4A?

Comunque sul retro ci sono due condensatori, uno di spunto/avviamento ed uno di marcia. Quello da 100uF (presumo essere quello di spunto) è collegato a due fili rossi, mentre l'altro da 16uF (presumo di marcia) a due fili bianchi.
La rete è allacciata sul lato dove escono due fili nero e blu.

caps.jpg
A sx spunto a dx marcia - correggetemi se sbaglio


Lo schema del tutto dovrebbe essere il seguente che ho trovato in rete per motori AC monofase asincroni:

motor_diagram.png


Ora come dicevo sto facendo delle simulazioni in falstad ma, per farla breve, lo snubber RC, variabilmente a seconda del momento in cui si apre l'interruttore, sarebbe sottoposto a degli spike induttivi che giustificherebbero una GROSSA capacità, nell'ordine del migliaio più grande di quello che credevo. Ammesso di trovare condensatori ancora in polipropilene (non credo proprio) non ho molto spazio per alloggiare il tutto.
Ma sono nabbo :mrgreen: e non sono certo sicuro che non stia sbagliando tutto...
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[4] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utentegoriath » 6 mar 2023, 23:01

Dunque, ormai sono giorni che ci sto sopra.
Sto continuando a fare simulazioni, ma non sono sicuro di nulla, né dei valori, né del fatto che le relazioni tra le grandezze fisiche in gioco siano corrette, nonché mi sia tutto chiaro sul fenomeno di un transiente induttivo ecc...
Quello di cui a intuito credo di essermi reso conto è che per realizzare anche un solo circuito RC, la C è molto grande ed io ho giusto lo spazio per un condensatore in PP dell'ordine dei nF o pochi uF.

Sono pertanto passato a studiarmi soluzioni che prevedano MOV o diodi TVS; questi ultimi sembrano promettere bene.
Ma è meglio procedere per gradi per cui mi devo togliere qualche incertezza, spero che qualcuno possa aiutarmi.

Innanzitutto vorrei condividere qualche calcolo così da verificare i concetti.
Ho calcolato l'induttanza da XL=2 x Pi x f x L assimilando XL = RL e quindi: RL=V/I=230V/2,3913...A = 96,18periodico Ohm
L=XL/2 x Pi x f e quindi: RL/2 x Pi x f = 96,18Ohm/2 x 3,14 x 50 = 0,306156H ossia ~306,2mH

Quindi l'induttanza del motore nel suo complesso risulterebbe di 306,2 milliHenry - posso considerarlo esatto?
Ho il dubbio di no.
Stando a quanto detto già nel precedente post rispetto a quale dovrebbe essere il diagramma del circuito del motore e dei condensatori, è corretto considerare XL per calcolare L quando nel circuito c'è anche una reattanza capacitiva data da condensatori e pertanto quella che io trovo come XL in realtà è l'impedenza Z totale?
Detto in altre parole, il valore ohmico di 96,18 dato dal rapporto tra tensione e corrente esprime l'impedenza totale, cioè comprendente reattanza sì induttiva ma anche quella capacitiva dei condensatori?
Perché in caso affermativo allora il valore induttivo trovato sopra è troppo grande.

Ma è anche vero che farei comunque bene a considerare il circuito nel suo complesso dal momento che l'ipotetico circuito RC agirebbe in parallelo al carico :roll: .... boh :mrgreen:

A questo proposito, non sarà mica che i condensatori possano svolgere una qualche funzione diciamo anche di voltage dampening nel momento in cui disinserisco l'alimentazione? No eh :?
Inoltre, se quella è davvero l'impedenza totale, è anche destinata a variare di molto appena dopo la partenza del motore dal momento che l'interruttore centrifugo, aprendosi ad un certo punto, "sgancia" il condensatore di spunto da 100uF, corretto?
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[5] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utenteginfizz » 6 mar 2023, 23:33

Forse sarebbe meglio se spiegassi perche' vuoi mettere lo snubber. Se quel programma falstad che hai nominato non e' specializzato per il calcolo di questi circuiti snubber io dal basso della mia ignoranza ti direi di lasciar perdere questa soluzione e di cercare in rete articoli che trattano gli snubber in modo pratico, in quanto la soluzione probabilmente e' semplice.
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[6] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utentegoriath » 7 mar 2023, 16:57

ginfizz ha scritto:Forse sarebbe meglio se spiegassi perche' vuoi mettere lo snubber. Se quel programma falstad che hai nominato non e' specializzato per il calcolo di questi circuiti snubber io dal basso della mia ignoranza ti direi di lasciar perdere questa soluzione e di cercare in rete articoli che trattano gli snubber in modo pratico, in quanto la soluzione probabilmente e' semplice.


Ciao ginfizz

Dunque, uno snubber non è altro che un circuito RC, ossia una serie costituita da un resistore ed un condensatore; dimensionati opportunamente si mettono in parallelo al carico o sui contattori di uno switch meccanico o elettromagnetico come un relay, proteggendoli da transienti di alta tensione, come quelli che si verificano alla commutazione di carichi induttivi (bobine, avvolgimenti e motori elettrici, come nel mio caso).
In sostanza, con una certa approssimazione, un motore elettrico che viene improvvisamente disalimentato, si trasforma istantaneamente in un generatore ad alta tensione prima di esaurire completamente l'energia che aveva immagazzinato nelle spire dei suoi avvolgimenti durante la marcia.

Uno snubber è un soppressore (to snub, sopprimere), ossia assorbe l'energia liberata dallo spike induttivo che fa salire istantaneamente la tensione misurabile sui contatti dell'interruttore/relay in modo indefinito (a seconda del circuito si può arrivare a diversi kV!) prima di esaurirsi. Nel momento in cui l'interruttore si comincia ad aprire infatti, si forma un arco elettrico tra i contatti prima che questo si sia aperto a sufficienza da esaurire l'arco stesso, imponendo una resistenza tale da interrompere effettivamente l'alimentazione.

Questo stress elettrico è deleterio per i contatti degli interruttori e pericoloso per altri dispositivi che potrebbero trovarsi sulla catena; nella fattispecie il trapano è dotato di un dispositivo elettronico per la misurazione digitale del numero di giri al minuto e, presto, verrà anche dotato di piccolo alimentatore e driver per pilotare l'accensione di una sorgente luminosa a LED.

Ora di articoli e documentazione tecnica ne ho letta parecchia nelle scorse settimane ed anche dedicata nello specifico all'argomento. Ho trovato delle "formule" per il dimensionamento di C e R, ma ricavati i valori di capacità e resistenza ed utilizzati in una simulazione non mi sembrano questi sufficienti a ad assorbire il contraccolpo induttivo; la tensione misurata ai capi del circuito RC resta ancora molto alta, il che suggerisce valori più alti soprattutto di capacità ed io avrei la necessità di contenermi per via dello spazio.
Volevo però confrontarmi con qualcuno di più esperto (io non lo sono affatto, sto imparando).

falstad.com (a chi non lo conosce e vuole imparare lo straconsiglio) non è altro che un sw online di simulazione circuitale come ce ne sono a dozzine ed anche più potenti. Per quanto limitato ha però di positivo che è molto immediato, semplice e dinamico ed è capace di rendere le simulazioni particolarmente intellegibili in modo visivo; è molto divertente :D
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[7] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 7 mar 2023, 20:42

Direi che la stima dell'induttanza non sia corretta. Sentiamo anche qualche motorista!

Per gli snubber RC da mettere su carichi induttivi in una rete a 230V, la regola pratica e` di 1µF per ogni ampere del carico con una resistenza da 50Ω-100Ω. Gli snubber RCD dovrebbero essere usati solo in circuiti in DC.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[8] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto Utentegoriath » 8 mar 2023, 1:59

IsidoroKZ ha scritto:Direi che la stima dell'induttanza non sia corretta. Sentiamo anche qualche motorista!


OK :ok:

Per gli snubber RC da mettere su carichi induttivi in una rete a 230V, la regola pratica e` di 1µF per ogni ampere del carico con una resistenza da 50Ω-100Ω. Gli snubber RCD dovrebbero essere usati solo in circuiti in DC.


Quindi dovrei adoperare una capacità di almeno 2,2uF corretto? Mi pare avessi provato a braccio anche capacità intorno a questi valori ma ma il picco restava sempre sul kV. Ma posso riprovare.

Io poi avevo trovato queste formule per il dimensionamento:

dimensionamentoRC.gif
dimensionamentoRC.gif (8.52 KiB) Osservato 3743 volte
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[9] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 8 mar 2023, 12:30

Le formule complete degli snubber dovrebbero includere anche il valore dell'induttanza. Sia quelle che hai trovato che quella che ti ho dato io sono delle approssimazioni per casi "normali". Bisognerebbe conoscere il circuito equivalente del motore.
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[10] Re: Realizzazione snubber RCD per motore trapano a colonna

Messaggioda Foto UtenteSediciAmpere » 8 mar 2023, 12:52

La resistenza non dovrebbe essere uguale alla Rdc del motore?
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