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Discussione: Generatore a magneti permanenti + inverter utilizzati su impianti idro

  1. #1
    Seguace

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    Predefinito Generatore a magneti permanenti + inverter utilizzati su impianti idro



    Salve a tutti,

    cominciano a diffondersi nel settore impianti con le caratteristiche descritte nel titolo ma bisogna prestare attenzione a come vengono realizzati gli impianti elettrici.
    Bisogna prevedere un organo di sezionamento per poter sganciare in caso di emergenza il generatore dal quadro elettrico, buona cosa sarebbe un sezionatore sotto carico con poloruttore che collega i capi del generatore ad una resistenza in acqua ... se non questo almeno un teleruttore ed una terna di fusibili che separi l`inverter dal quadro.
    Potrebbe accadere che per qualche motivo la paratoia di macchina non chiude completamente (ghiacciata, bloccat, ecc.) a quel punto se il sistema di rigenerazione rimane attivo non ci sono problemi se per qualche motivo viene disattivato e poi la turbina riparte ...inizia la seguente dinamica:

    il generatore produce una tensione (proporzionale ai giri), molte macchine hanno la velocita` di fuga di 2 volte la velocita` di lavoro ( 400 Volt lavoro circa 800 in fuga...)
    l`inverter collegato sul generatore si comporta come un ponte a diodi esa-fase anche se spento
    l`Afe non immette in rete la potenza che arriva dal generatore
    la tensione sul dc-bus sale in breve tempo (dipende dalla rampa del generatore, dalla capacita` dei condensatori ecc.)
    i condensatori hanno una tensione di lavoro massima di x volt ed una volta superata ci sono serie probabilita` di esplosione dei componenti

    questo porta a problematiche abbastanza gravi che partono dal danneggiamento dell`inverter e dell`Afe fino al possibili rischio di incendio.
    Meglio un piccolo controllo prima piuttosto che un grande danno poi!

    Saluti
    Mat

    P.S. qualcuno potrebbe obiettare, giustamente, che la sicurezza idraulica viene prima di tutto ... concordo al 99% ma l`1% rimane!

  2. #2
    Seguace

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    ciao Mat
    cos'è il "poloruttore " ? un commutatore rotativo motorizzato ? vedo che tutti utilizzano un teleruttore di separazione poi si usa il solito freno sull'albero veloce del moltiplicatre anche perchè frenare una coclea da 50 kW con le resistenze è un bel lavoro certo se parliamo di altre tipologie di turbine dove la frenatura meccanica è difficile qualcosa va fatto . ho usato le unità freno + resistenze destinate ai bus dc degli i inverter motore con ottimi risultati
    .........Lentamente muore chi abbandona un progetto prima d'iniziarlo, chi non fa domande sugli argomenti che non conosce, chi non risponde quando gli chiedono qualcosa che conosce .............. Pablo Neruda

  3. #3
    Seguace

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    Ciao Sandro,

    il poloruttore è un teleruttore rovescio.... praticamente quanto togli tensione va a chiudersi. Una volta si usava sui motori in continua perchè la sua forma costruttiva permette manovre sotto carico senza problemi di archi e/o incollaggio dei contatti. Il teleruttore di separazione è il minimo .... ma credimi ci sono impianti che non l'hanno messo!

    Le resistenze saranno un problema .... ma quando ti va a fuoco il quadro e rischi di incendiare pure l'edificio credimi i problemi sono molto più grandi.

    Il modulo di frenatura e relative resistenze si usano senza problemi negli impianti industriali dove hai una energia cinetica nota da dissipare in tempi noti (tutti i moduli di frenatura hanno le tabelle dimensionali come i pacchi resistenza da accoppiare) ...nel caso dell'idroelettrico l'energia con la paratoia bloccata non è calcolabile, quindi non sono calcolabili le resistenze se non prenderle per uso continuativo della stessa potenza della macchina ...che costano un botto!

    Se realizzato nel modo corretto il modulo di frenatura non dovrebbe mai intervenire perchè prima si deve togliere il generatore e poi spegnere l'AFE, nel caso questa sequenza non venga rispettata ... il modulo di frenatura ti limiterà la sovratensione per un tempo determinato dopo di che va in termica a quel punto ...la tensione sul dc-bus decolla ed iniziano i problemi.

    Per anni ho spinto i generatori a magneti permanenti validi se accoppiati in modo diretto .... ma nel momento in cui si va a montare un moltiplicatore di giri il guadagno sparisce! Qualcuno racconta anche in questa configurazione il rendimento è di qualche punto maggiore ... ma anche il riduttore gira più veloce ed in caso di fuga le velocità possono diventare critiche per la lubrificazione, in caso di problemi il generatore a magneti permanenti deve essere spedito in casa madre in quanto non è semplice come un asincrono ... a conti fatti gli impianti con moltiplicatore e magneti permanenti non hanno nessun vantaggio anzi ... presenta solo problemi e costi maggiori senza nessun beneficio.

    Un imprevisto può capitare ... un guasto può capitare, un modulo di frenatura che salta può capitare .... ma queste problematiche non mi devono compromettere l'intero impianto.

    Mat

  4. #4
    Super_Mod

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    Bello questo post con l'accoppiata "Sandro+Mat", è da leggere con calma e con un buon caffè fumante davanti!
    Buona continuazione intanto mi ripasso un pò di Elettrotecnica
    "E' meglio essere approssimativamente corretti che esattamente sbagliati"
    http://www.remtechnology.net - (v. 4.7 - Gennaio 2017) - RemTechnology 1999 - 2017
    ing.remtechnology@gmail.com
    Leggete il regolamento del Forum EnergeticAmbiente.it

  5. #5
    Seguace

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    Ciao Rem,

    grazie del commento!

    Il mio avviso è dovuto ad un fatto realmente accaduto su un impianto in produzione ... avevo spiegato a chi lo aveva progettato che poteva esserci questo problema ma ovviamente fino a quando le cose non vengono dimostrate con i fatti, o meglio con danni .... pochi ci credono!

    Spero con questa discussione di portare un contributo alla sicurezza e forse che le persone riflettano
    Per qualsiasi consiglio ... sempre a disposizione!

    Mat

  6. #6
    Appassionato/a

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    Interessante...

    ci sarebbe una ruota idraulica (oggi ferma ma in ottime condizioni) alimentata da canale consortile, che vorrei (direttamente) accoppiare ad un GMP (5 kW Max) da immettere in rete.
    Che schema d'impianto elettrico suggerite?
    Stavo pensando agli schemi per le microturbine eoliche (munite di grid feed inverter) e banco resistenze (o freno idraulico)

    Grazie per vs commenti

    Saluti
    Progettista

  7. #7
    Seguace

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    Ciao Progettista,

    ti sei fatto fare un preventivo per il costo di un generatore di quel tipo?

    Mat

  8. #8
    Appassionato/a

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    Ciao Matasnic,

    trovi molto sulla rete ...

    secondo me la soluzione è ottima (ma non sono un elettrico/elettronico) si evitano costosi moltiplicatori meccanici anche per le coclee...

    Vediamo che dicono nella discussione

    Grazie

    Ciao Progettista

  9. #9
    Seguace

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    Considera che una ruota idraulica mediamente fa 10 giri /minuto

    Ti serve un PMG da 100kW a 50 giri 400V per ottenere 5 kW a 10 giri con un rendimento disastroso,una tensione bassa ( 80V ) ,senza contare che ti serve anche un inverter eolico da 6 kW,il rendimento totale non supererà il 50 % ... Il moltiplicatore "costoso " accoppiato ad un semplice asincrono costerà un decimo,lo trovi senza problemi , e avrà un rendimento totale superiore a 80 % .
    Come mat sono convinto che i PMG vanno usati solo dopo un attenta progettazione e anche un attenta valutazione del rapporto costo -benefici
    ciao

  10. #10
    Seguace

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    Ciao Progettista,

    prima ti la spiego dal punto di vista tecnico la mia domanda:

    5 kW a 10 giri vuol dire una coppia di circa 4772,5 Nm che corrisponde alla coppia di un motore 6 poli da 500 kW

    Ora visto che i motori/generatori si pagano in coppia che tu prenda un 5 kW 10 giri o un 500 kW a 1000 giri non ci vai molto lontano in quanto un 500 kW è industrializzato mentre un 5 kW deve essere costruito su misura per avere un buon rendimento (sia elettrico che meccanico ... senza contare le attrezzature che servono per movimentare un sistema di magneti del genere). Ovviamente Sandro ha considerato di prendere un motore a 50 giri/min per risparmiare ma ha anche giustamente affermato che il rendimento sarebbe basso.

    Ora le mie considerazioni:

    in rete si trova molto, circa .... in quanto primo bisogna sapere di cosa si parla secondo bisogna capire cosa ha senso utilizzare cosa no!

    Nel 2004 quando lavoravo in ASIRobicon ora Niced (ex Ansando ecc.) ho proposto a tutti i costruttori di turbine idrauliche l'utilizzo di generatore a magneti permanenti ed sistema di rigenerazione con AFE ed inverter .... la maggior parte mi da dato del matto, dell'incompetente. Qualcuno invece ha serbato nel cassetto la brochures che avevo realizzato.

    L'impiego del magneti permanenti sulle coclee, l'ho proposto per primo al direttore di Ritz Atro nell'autunno del 2004, confidando in una diminuzione del rapporto coppia/€ (che purtroppo non è ancora favorevole), abbiamo speso entrambi del tempo a valutare attentamente costi/benefici della soluzione ... ma ad oggi, facendo un piano di rientro basato su dati tecnici ed economici reali, non è ancora conveniente dal punto di vista economico. Conviene utilizzare il classico moltiplicatore+generatore asincrono.
    Considera inoltre che una coclea gira circa 3 volte più veloce del mulino, quindi a parità di potenza ha una coppia che è circa 1/3 con tutti i discorsi che ne seguono.

    Un produttore di coclee nel 2010 ha depositato il brevetto (valido solo nel suo paese), riguardante l'accoppiamento diretto al generatore ... ma in quella ditta ci lavorano dipendenti che lavoravano in Ritz-Atro con cui avevo lavorato sulle verifiche!

    Un altro costruttore nel 2009 mi ha confidato il segreto di lavorare su questa innovativa soluzione fin dal 2007 .... gli ho detto il nome del cliente che gli ha riportato le mie considerazioni .... c'è rimasto male!!

    Per darti un'idea:
    il primo impianto a coclea a velocità variabile in Italia è stata posizionata a la Thuile (1x90kW) nel 2008,
    il primo impianto provvisto di by-pass (1x45 kW) nello stesso anno 2008,
    il primo con 2 generatori ed un solo sistema AFE+Inverter (2x250kW) nel 2010,
    per poter convincere i clienti ad adottare queste soluzioni ho dovuto spendere molte energie e combattere contro un'infinità di pregiudizi e preconcetti (tralasciamo i discorsi delle concorrenze).
    I fogli di calcolo delle efficienze, fatti e verificati negli anni, il sistema di gestione della modalità inverter o by-pass li ho sviluppati a suo tempo.

    Turbine tradizionali a velocità variabile ... le prime 2 non sono stato coinvolto in quanto avevo già lasciato ASIRobicon ... ma i costruttori si sono rivolti a loro perchè si ricordavano la presentazione.

    La terza una francis da 250 kW a piede diga, prima al mondo ad avere un generatore a magneti permanenti che può essere collegato direttamente in rete, .... mi sono divertito a dirigerne lo sviluppo e l'acquisizione ... lo scorso anno, ad un importante convegno, girava ancora la presentazione che avevo fatto a suo tempo (installata nel 2013).

    Però giusto qualche giorno fa ho avuto l'onore di conoscere (indirettamente) un personaggio che si vantava di avere una lunga esperienza in fatto di velocità variabile e by-pass, che reputava le mie considerazioni errate .... come molti altri negli anni.

    Questo per dire cosa, semplicemente attenzione con chi avete a che fare ... ad oggi troppi stanno cavalcando l'ultima onda rimasta millantando esperienze inesistenti pur di portare a casa un compenso ... tanto poi chi ci rimette è il cliente finale.

    Mat

    P.S. questa discussione l'avevo aperta appunto per i gravi problemi che possono portare soluzioni innovative applicate in modo errato, ma al tempo quando l'avevo prevista ... come al solito sono stato definito incompetente! Per me non è un problema ho imparato ad aver pazienza, il tempo è un ottimo giudice!

  11. #11
    Seguace

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    beh! in fondo a sx di pag 1 in http://digilander.libero.it/gino333/appunt2015x.doc
    si vede un pgm amatoriale per il quale a pag 6 scrivo:
    "Un alternatore simile a quello usato nelle prove (di materiale costa sui 500 euro) rende attorno al 93% a tutti i giri; portato a 500 giri dovrebbe arrivare a 4 kW (e forse si può ancora aumentare giri e potenza senza surriscaldarlo, bisognerebbe provare). Di questi oggetti se ne possono affiancare quanti ne servono. Si risparmierebbe una coppia del moltiplicatore (costo minore e rendimento maggiore). Pare però che ci siano problemi di certificazione. Sarei curioso di sapere perché non basta l’omologazione dell’inverter per essere ok con tutti "

    Confesso di non aver ancora capito se l'uso dell'inverter MPPT consentirebbe di sgranocchiare più watt (ovviamente quando c'è poca acqua) con ruote e coclee
    altrimenti non mi pare abbia senso visto che l'inverter si mangia dei bei watt

    occhio che la potenza con un carico che la ottimizza non ha mica un andamento lineare come nei cataloghi, è una bella curva rivolta all'insù
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  12. #12
    Monumento

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    Scusa Gino33 , ma il tuo documento in che formato lo hai salvato ( con che programma ?)
    Ciao,


    -Illo41100-

  13. #13
    Seguace

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    .doc cavolo, è vero, me lo tiro dietro da tempo, lo ricarico .docx
    ma si tratta sempre dei miei test con la ruota sotto la briglia
    e l'alternatore è un assiale con bobine senza nucleo per eolico (stile Piggot, ma senza le cazzate di Piggot)

    forse si deve trovare un compromesso: eliminare la moltiplica è impossibile, ci vorrebbe un robo enorme e costosissimo
    però magari eliminare un coppia o due potrebbe essere un affare
    molto dipende da cosa si può guadagnare con lo MPPT e dai costi
    Io non lo so, ma dal poco che ho imparato giocando in casa d'altri, quando si sospetta qualcosa conviene provare
    possono esserci convinzioni che vengono dal passato e che le possibilità di oggi possono ribaltare

    in http://digilander.libero.it/gino333/appunt2015x.docx

  14. #14
    Seguace

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    Ciao Gino, concordo con te che ci sono moltissime convinzioni che arrivano dal passato che a volte non vanno bene ma gli errori conviene non ripeterli!
    Il moltiplicatore lo paghi sempre in base alla coppia in ingresso ...che poi sia 1 stadio o 2 il prezzo non cambia in modo significativo.
    Il Pmg e' nato come direct drive, accoppiamento diretto...da quello hai grandi vantaggi, riduci veramente le perdite e soprattutto elimini un componente con relativa manutenzione, efficienza e relativi guasti.
    Le vie di mezzo sono dei compromessi, per fare esperienza...per imparare tutto va bene ma se io devo fare un impianto, per quanto piccolo sia, punto a farlo nel modo più efficiente possibile. Nel senso che abbia una buona resa, un buon costo, che sia facile di manutenzione e che duri come minimo 20 anni.
    Il mulino come la coclea come tutte le turbine hanno il loro punto ottimale di lavoro. Prima bisogna considerare quei parametri poi si può ottimizzare il software .
    L'inverter da eolico con ponte a diodi e' un punto di partenza ma per poter controllare opportunamente il generatore e per ottimizzare il sistema conviene avere un doppio inverter.
    Pensare di affidarsi all'mppt per ottimizzare il funzionamento e' accettabile a livello di ricerca personale ma è di gran lunga molto distante dal realizzare un prodotto industriale.
    Ciao
    Mat

  15. #15
    Seguace

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    Non ne so abbastanza, io mi sono divertito nel vedere rendimento e potenza degli assiali ho visto che lasciando solo il ferro utile e usando il filo più sottile possibile il rendimento è ottimo.

    Sarei curioso di mettere il nucleo magnetico alle bobine, la potenza dovrebbe aumentare moltissimo a parità di rame e neodimio (quindi fortissima riduzione di costo)
    si può fare perchè in questo caso il coccing non disturba

    Se illo riesce ad andare nel deposito rottami della Ferrari troviamo di sicuro una carcassa di queste
    MGU-K E MGU-H: approfondimento sul loro funzionamento
    -
    FUNOANALISITECNICA

    e poi ci divertiamo, oppure si scopiazza un motore delle lavabiancheria recenti

    Ma non capisco la tua rigidità: una ruota o una coclea richiede moltiplicatori almeno a 3 coppie, ogni coppia se magna il suo 1,5-2%, se per eliminarle tutte ci vorrebbe un motore enorme o che a quei giri rende poco, perchè non valutare l'ipotesi ti toglierme solo una o due?

    Inverter singolo o doppio (mi pareva che i doppi ora non siano più indispensabili) è questione che lascia agli esperti. Di certo una buona routine MPPT è utile
    anche nel fotovoltaico quindi a occhio e croce, considerando che anche la portata d'acqua è variabile, lo dovrebbe essere anche con ruote e coclee,
    soprattutto nel mio pallino della ruota in alveo, la quale macinerebbe tutto, anche la fila delle formiche quando il torrente è in secca.

    dimenticavo: a parità di potenza, il prezzo, non solo il rendimento, dipende dal numero delle coppie, io lavoravo alla Rossimotoriduttori, facevo l'informatico, ma qualcosa ho orecchiato.

  16. #16
    Monumento

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    Ciao Gino
    delle tre coppie di moltiplicazione occorrerebbe mantenere comunque quella di ingresso che riceve e regge la coppia massima ed è quindi la più massiccia e decisamente la più costosa. Le due coppie successive sono assai meno costose.

    Ha, ha ha! Buona la fila di formiche!

    PS
    La coppia di ingresso determina la taglia del moltiplicatore, come quella di uscita determina quella del riduttore.

  17. #17
    Seguace

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    Giusto Will, e poi la carcassa ci vuole sempre + tutto il resto.
    Quello che però importa mi pare sia che ogni coppia si mangia il suo 1,5-2%
    Quanto allo MPPT sono ignorante, ma il mio vecchio pseudo-socio (quello che ora sta intubando una bella fetta di fiume per un paio di km) quello che pareva il più grande ecologista del mondo, mi disse che, col senno di poi, avrebbe messo l'inverter anche sulla seconda delle sue grosse coclee.
    Se tanto mi dà tanto ...

  18. #18
    Monumento

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    Ciao Gino
    Non mi pronuncio per la coclea, ma come ben sai anche dai risultati realizzati e documentati dal nostro amico di Lesignano, la ruota conserva la efficienza nominale in una ampia gamma di portate girando alla velocità di rotazione di progetto. Non necessita, se collegata in rete, di un inverter di interfaccia. Sandro insegna.

  19. #19
    Seguace

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    Sì, ne abbiamo già parlato, ma perchè quel tale ha detto "un'altra volta ci metto un inverter" ?
    Cavolo, se non avessi 76+sciatica e avessi soldi da buttare, proverei

    Pensa, sto litigando in un forum di fisica sulla fisica dell'800:
    non è permesso avere dubbi, eppure loro erano tutti convinti di certe robe che, provando, sono risultate diverse.
    (risultato? = NonSonoBolleDiAcqua o come si chiamava)

  20. #20
    Seguace

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    Ciao Gino,

    tu mi definisci rigido, io sono rigido in quanto mi sono sempre trovato di fronte gente che vantandosi di avere molti piu` anni di me pretendevano di darmi a bere balle mastodontiche.
    Le stesse balle che poi raccontavano ai loro clienti al solo fine di prendere qualche ordine ... tanto poi le rogne sono del cliente.

    Il fatto di togliere uno stadio nei moltiplicatori ... considerato, verificato e scartato... resta comunque il cavallo di battaglia di tanti commercianti di basso livello.

    Il doppio inverter passato di moda ... forse valido il contrario! avendo lavorato in ricerca e sviluppo di aziende che producono inverter, continuando ad avere contatti con i responsabili di questi reparti e con qualche esperienza anche specifica nell`idro magari un`idea me la sono fatta!

    Per finire ti spiego perche` il tuo amico potrebbe aver detto che ci mette l`inverter:
    quando sono arrivate le coclee dicevano che non serviva l`inverter, che erano macchine autoregolanti ... io dicevo che invece poteva esser molto utile. Come sempre venivo definito incompetente e privo di nozioni di idraulica .... ovviamente queste critiche mi venivano fatta da persone piu` grandi, fiere della loro esperienza decennale!

    Se leggi sopra gli inverter nelle coclee ce li ho messi io per primo ed ho dimostrato che in base alla coclea possono veramente cambiare il risultato produzione, ora ci sono tantissimi esperti di velocita` variabile, ti vogliono rifilare l`inverter su tutte le coclee ... io invece mi sono elaborato il software per il funzionamento sia con inverter che con inverter piu` by-pass, ho verificato i conteggi. Ora con una semplice curva di portata e salto idraulico riesco e dirti se valo e meno la pena di installare un inverter, quanto e` il guadagno di produzione.

    Tu stai litigando su un forum di fisica .... io sono anni che mi scontro con pregiudizi e ottusità`!

    Ciao
    Mat

    P.S. se la ruota idraulica ha un ottimo rendimento al variare delle portate questo si evince dai collinari ed in base a quelli si capisce se vale la pena o meno mettere un inverter se si conoscono le basi si puo` ottimizzare altrimenti si gioca a vedere cosa succede!

  21. RAD
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