A Azionamento a frequenza variabile (VFD) controlla la velocità e la coppia di un motore a corrente alternata regolando la frequenza e la tensione fornite al motore. A differenza dei motori tradizionali che funzionano solo alla frequenza fissa della rete elettrica (di solito 50 Hz o 60 Hz), un VFD genera un'uscita a frequenza regolabile, consentendo al motore di funzionare più velocemente, più lentamente o di seguire un processo controllato di accelerazione e decelerazione.
In parole povere, un VFD funziona convertendo la corrente in ingresso Conversione da corrente alternata a corrente continua, livellando la tensione continua attraverso il bus di corrente continua, per poi riconvertirla in una tensione alternata controllata tramite una tecnologia di commutazione elettronica ad alta velocità. Questo processo di conversione consente un controllo preciso del funzionamento del motore e migliora l'efficienza complessiva del sistema.
Controllo preciso della velocità
Regolare con precisione la velocità del motore in base alle esigenze di produzione, anziché farlo funzionare continuamente alla massima velocità.
Corrente di avviamento ridotta
L'avviamento graduale riduce le elevate correnti di spunto e riduce al minimo lo sforzo a cui sono sottoposti i motori e gli impianti elettrici.
Migliore controllo dei processi
Garantire un funzionamento stabile controllando la velocità del motore, la coppia e i profili di accelerazione.
Risparmio energetico
Migliorare l'efficienza nelle applicazioni a coppia variabile, quali pompe e ventilatori, riducendo il consumo energetico superfluo.
Protezione del motore
Ridurre gli urti meccanici e prolungare la durata delle apparecchiature grazie all'accelerazione e al funzionamento fluidi del motore.
Questa guida illustra il principio di funzionamento completo di un convertitore di frequenza (VFD), spiegando cosa avviene all’interno del convertitore, in che modo la frequenza influisce sulla velocità del motore, come la tecnologia PWM genera un’uscita in tensione variabile, e come scegliere il convertitore di frequenza più adatto alle diverse applicazioni industriali.
Che cos'è un VFD?
A Azionamento a frequenza variabile (VFD) è un regolatore elettronico per motori progettato per regolare la velocità e la coppia di un motore a corrente alternata modificando la frequenza e la tensione dell'alimentazione elettrica fornita al motore.
Anziché far funzionare un motore a corrente alternata a una frequenza di rete fissa, di solito 50 Hz o 60 Hz, un convertitore di frequenza (VFD) genera un segnale di uscita a frequenza variabile che consente un controllo preciso della velocità del motore, dell'accelerazione e delle prestazioni operative.
Un VFD è noto anche come:
Applicazioni comuni dei motori
La maggior parte dei convertitori di frequenza industriali viene utilizzata con motori a induzione trifase. Se scelti e configurati correttamente, molti convertitori di frequenza possono controllare anche motori a magneti permanenti e altri tipi di motori avanzati.
Principio di funzionamento di base
La velocità del motore è determinata principalmente dalla frequenza di alimentazione. Un convertitore di frequenza modifica la frequenza in uscita per aumentare o diminuire la velocità del motore in base alle esigenze operative.
In che modo la frequenza influisce sulla velocità del motore
↓
Velocità del motore ridotta
↓
Velocità del motore più elevata
La velocità del motore può essere regolata entro i limiti di sicurezza sia del motore stesso che delle apparecchiature meccaniche collegate.
Perché la velocità del motore dipende dalla frequenza
Per un motore a induzione in corrente alternata, la velocità sincrona si calcola con questa formula:
Velocità sincrona (giri/min) = (120 × frequenza) / numero di poliAd esempio, un motore a 4 poli presenta le seguenti velocità sincrone:
| Frequenza di alimentazione | Velocità sincrona |
|---|---|
| 10 Hz | 300 giri al minuto |
| 25 Hz | 750 giri al minuto |
| 50 Hz | 1500 giri al minuto |
| 60 Hz | 1800 giri al minuto |
Un motore a induzione funziona normalmente a una velocità leggermente inferiore a quella sincrona a causa dello scorrimento. Tuttavia, la formula mostra comunque la relazione fondamentale: quando la frequenza cambia, cambia anche la velocità del motore.
Una rete elettrica standard fornisce una frequenza fissa. In molti paesi questa è di 50 Hz; in altri è di 60 Hz. Senza un convertitore di frequenza (VFD), il motore funziona solitamente a una velocità fissa. Con un VFD, il convertitore genera una nuova frequenza di uscita, consentendo alla velocità del motore di adattarsi alle effettive esigenze del processo.
Come funziona un VFD?
Un VFD funziona attraverso tre fasi principali di conversione dell'energia:
- Raddrizzatore: Converte la corrente alternata in ingresso in corrente continua.
- Busa CC: Regola e immagazzina la corrente continua convertita.
- Inverter: Converte la corrente continua in corrente alternata a frequenza regolabile.
Alimentazione CA -> Raddrizzatore -> Bus CC -> Inverter -> Uscita CA a frequenza variabile -> Motore
Fase 1: Il raddrizzatore converte la corrente alternata in corrente continua
La prima sezione di un VFD è la raddrizzatore. Riceve alimentazione in corrente alternata a frequenza fissa dalla rete elettrica, ad esempio 220 V monofase, 380 V trifase, 400 V trifase o 480 V trifase, a seconda del modello del convertitore e della regione.
Il raddrizzatore utilizza componenti elettronici di potenza quali:
- Diodi
- Tiristori
- IGBT di front-end attivi nei sistemi di azionamento avanzati
Il suo compito è quello di convertire la corrente alternata in corrente continua. Dopo la rettifica, la tensione non presenta più una forma d'onda sinusoidale in corrente alternata, ma diventa corrente continua pulsante.
A questo punto, la frequenza di rete originale non controlla più direttamente il motore. L'inverter ha convertito la potenza in ingresso in una forma intermedia in corrente continua che può essere elaborata dallo stadio successivo.
Fase 2: Il bus CC livella e immagazzina l'energia
Dopo che il raddrizzatore ha convertito la corrente alternata in corrente continua, la tensione in uscita non è completamente liscia e presenta ancora un'ondulazione di tensione. Il Sezione del bus CC filtra questa tensione continua instabile, immagazzina energia elettrica e fornisce una fonte di alimentazione stabile per lo stadio dell'inverter.
Componenti principali di un bus CC
Un tipico bus CC di un convertitore di frequenza (VFD) è costituito da diversi componenti fondamentali che operano in sinergia per garantire una tensione CC stabile:
Livella le fluttuazioni di tensione e immagazzina energia elettrica per l'inverter.
Ridurre l'ondulazione della corrente e migliorare la qualità dell'energia.
Limitare la corrente di carica iniziale all'avvio del convertitore di frequenza.
Gestire l'energia in eccesso durante le operazioni di frenata del motore.
Monitorare la tensione in corrente continua e proteggere i componenti interni.
Funzioni del bus CC
Fornisce una potenza costante per la commutazione dell'inverter.
Filtra le fluttuazioni indesiderate dalla corrente continua raddrizzata.
Consente un controllo accurato della tensione e della frequenza.
Garantisce un funzionamento più fluido del motore.
Fornisce un supporto energetico a breve termine in caso di variazioni di carico.
Relazione tra le tensioni del bus CC
Nella maggior parte dei sistemi VFD, la tensione del bus CC è approssimativamente pari a:
Il valore esatto dipende dal tipo di tensione di ingresso, dalle condizioni di carico e dal metodo di misurazione.
Un VFD con un Ingresso trifase a 400 V CA genera solitamente una tensione del bus CC pari a circa 540–565 V CC in condizioni normali di funzionamento.
Fase 3: L'inverter genera un'uscita in corrente alternata a frequenza variabile
L'inverter costituisce lo stadio di uscita del convertitore di frequenza. Esso riconverte la tensione del bus CC in corrente alternata, ma in questo caso la frequenza e la tensione sono controllate dal convertitore.
I moderni convertitori di frequenza utilizzano solitamente interruttori a semiconduttori ad alta velocità quali:
- IGBT per la maggior parte degli azionamenti industriali
- MOSFET in alcuni azionamenti di piccole dimensioni o a bassa tensione
- Dispositivi in SiC o GaN in alcuni progetti ad alta efficienza o ad alta frequenza
Questi interruttori si attivano e disattivano migliaia di volte al secondo. Controllando la durata e l'ampiezza di ciascun impulso, il convertitore di frequenza genera una forma d'onda in uscita alla quale il motore risponde come se fosse corrente alternata alla frequenza desiderata.
Ad esempio:
| Frequenza di uscita del VFD | Comportamento motorio approssimativo |
|---|---|
| 5 Hz | Velocità molto bassa |
| 20 Hz | Bassa velocità |
| 35 Hz | Velocità media |
| 50 Hz | Velocità nominale nei sistemi a 50 Hz |
| 60 Hz | Velocità nominale nei sistemi a 60 Hz o sovravelocità in alcune applicazioni |
Ecco come un convertitore di frequenza (VFD) regola la velocità del motore senza ricorrere a ingranaggi, valvole di regolazione, serrande o dispositivi meccanici di controllo della velocità.
Come funziona il PWM in un convertitore di frequenza
La maggior parte dei convertitori di frequenza moderni utilizza Modulazione di larghezza di impulso (PWM) per generare la forma d'onda in uscita.
Il PWM non genera direttamente un'onda sinusoidale perfettamente regolare. Produce invece una rapida serie di impulsi di tensione. L'ampiezza di ciascun impulso varia in base alla forma d'onda di uscita desiderata.
L'avvolgimento del motore presenta un'induttanza, quindi smussa naturalmente gli impulsi ad alta frequenza trasformandoli in una forma d'onda di corrente sufficientemente vicina a quella sinusoidale da consentire il funzionamento del motore.
Il PWM consente al convertitore di frequenza di controllare:
- Frequenza di uscita
- Tensione di uscita
- Corrente del motore
- Accelerazione e decelerazione
- Risposta alla coppia
- Senso di rotazione
Perché un convertitore di frequenza (VFD) modifica sia la tensione che la frequenza
Un convertitore di frequenza (VFD) non si limita a modificare la frequenza, ma regola anche la tensione, poiché il flusso magnetico del motore dipende dal rapporto tra tensione e frequenza.
Questa relazione è denominata rapporto V/F.
Se la frequenza viene ridotta ma la tensione rimane troppo alta, il motore può andare in sovrflusso, causando un surriscaldamento e un funzionamento inefficiente. Se la frequenza viene ridotta ma la tensione è troppo bassa, il motore potrebbe non produrre una coppia sufficiente.
Nel controllo V/F di base, l'azionamento riduce la tensione al diminuire della frequenza.
Esempio per un motore da 400 V, 50 Hz:
| Frequenza | Tensione di uscita approssimativa |
|---|---|
| 50 Hz | 400 V |
| 40 Hz | 320 V |
| 30 Hz | 240 V |
| 20 Hz | 160 V |
| 10 Hz | 80 V |
Il mantenimento di un rapporto V/F adeguato aiuta il motore a mantenere un flusso magnetico stabile e una coppia prevedibile.
Nelle applicazioni reali, la curva V/F può essere adattata al carico. Le pompe e i ventilatori utilizzano spesso una curva diversa rispetto ai carichi a coppia costante, quali nastri trasportatori, miscelatori e paranchi.
Componenti principali all'interno di un convertitore di frequenza (VFD)
Un moderno convertitore di frequenza comprende sia l'elettronica di potenza che l'elettronica di controllo.
| Componente | Funzione |
|---|---|
| Raddrizzatore | Converte la corrente alternata in ingresso in corrente continua |
| Condensatori del bus CC | Regolare e immagazzinare l'energia in corrente continua |
| Induttanza CC o reattore di linea | Riduce l'ondulazione e le armoniche in alcuni progetti |
| Modulo inverter | Converte la corrente continua in corrente alternata regolabile |
| IGBT o interruttori di potenza | Modificare rapidamente la tensione CC per generare un segnale PWM in uscita |
| Scheda di controllo | Esegue algoritmi di controllo del motore e logiche di protezione |
| Scheda di pilotaggio del gate | Invia segnali di commutazione ai dispositivi di potenza |
| Ventola di raffreddamento o dissipatore di calore | Rimuove il calore dai componenti di alimentazione |
| Circuito di frenatura | Dissipa l'energia rigenerativa quando necessario |
| Circuiti di protezione | Rileva sovracorrente, sovratensione, surriscaldamento, perdita di fase e guasti a terra |
| Tastiera o HMI | Consente l'impostazione dei parametri, il monitoraggio e il ripristino in caso di guasto |
| Interfaccia di comunicazione | Si collega a PLC, HMI, sistemi SCADA o reti fieldbus |
Metodi comuni di controllo dei convertitori di frequenza (VFD)
Le diverse applicazioni industriali richiedono livelli diversi di prestazioni nel controllo dei motori. Le più comuni Metodi di controllo dei convertitori di frequenza (VFD) includono: Controllo V/F, controllo vettoriale senza sensori e controllo vettoriale ad anello chiuso. Ciascun metodo offre diversi livelli di controllo della coppia, precisione della velocità e prestazioni di risposta.
| Metodo di controllo | Precisione di controllo | È necessario un encoder | Applicazioni tipiche |
|---|---|---|---|
| Controllo V/F | Base | No | Ventilatori, pompe, impianti di climatizzazione |
| Controllo vettoriale sensorless | Da medio ad alto | No | Compressori, nastri trasportatori, miscelatori |
| Controllo vettoriale ad anello chiuso | Il più alto | Sì | Ascensori, CNC, paranchi |
1. Controllo V/F (controllo tensione/frequenza)
Controllo V/F È il metodo di controllo dei convertitori di frequenza più semplice e più diffuso. Il convertitore mantiene costante il rapporto tensione-frequenza per regolare la velocità del motore. È progettato principalmente per applicazioni in cui non è richiesto un controllo preciso della coppia.
Ideale per:
- Costo inferiore
- Configurazione semplice
- Controllo stabile della velocità di base
- Adatto a carichi con coppia variabile
- Minore precisione della coppia
- Prestazioni insufficienti a bassa velocità
- Risposta dinamica meno precisa
2. Controllo vettoriale senza sensori
Controllo vettoriale senza sensori migliora le prestazioni del motore stimando la velocità del motore e il flusso magnetico senza ricorrere a un encoder esterno. Garantisce un controllo della coppia più efficace e una risposta più rapida rispetto al controllo V/F di base.
- Compressori
- Miscelatori
- Trasportatori
- Estrusori
- Macchine utensili con requisiti di precisione moderati
- Migliori prestazioni in termini di coppia a bassa velocità
- Risposta più rapida del motore
- Miglioramento della regolazione della velocità
- Non è necessaria l'installazione di un encoder
3. Controllo vettoriale a circuito chiuso
Controllo vettoriale a circuito chiuso utilizza un encoder o un dispositivo di retroazione per misurare la velocità e la posizione del motore. Questa retroazione consente al convertitore di frequenza di raggiungere il massimo livello di precisione nella regolazione della velocità, nel controllo della coppia e nelle prestazioni dinamiche.
- Ascensori
- Gru
- Paranco
- Macchinari CNC
- Sistemi di avvolgimento
- Apparecchiature di posizionamento
- Eccellente coppia a bassa velocità
- Feedback accurato sulla velocità
- Risposta dinamica elevata
- Adatto ad applicazioni esigenti di controllo del movimento
Esempio: come un convertitore di frequenza (VFD) consente di risparmiare energia in una pompa
I variatori di frequenza (VFD) sono particolarmente efficaci per le pompe centrifughe e i ventilatori, poiché questi carichi seguono le leggi di affinità. In parole semplici, quando la velocità diminuisce, il fabbisogno di potenza cala molto più rapidamente rispetto alla velocità.
Per i carichi centrifughi:
La portata è proporzionale alla velocità
La pressione è proporzionale al quadrato della velocità
La potenza è proporzionale al cubo della velocitàCiò significa che una piccola riduzione della velocità può comportare una notevole riduzione del consumo energetico.
Esempio:
Se una pompa è in grado di soddisfare la richiesta di processo alla velocità di 80%, il fabbisogno di potenza approssimativo è:
0,8 × 0,8 × 0,8 = 0,512Pertanto, la pompa potrebbe richiedere circa 51% di potenza a piena velocità, senza tenere conto delle perdite effettive e delle condizioni del sistema.
Ecco perché la sostituzione delle valvole di regolazione o delle serrande con un sistema di controllo a frequenza variabile (VFD) può comportare risparmi significativi in impianti con pompe e ventilatori adeguati.
Dove vengono utilizzati i convertitori di frequenza
Azionamenti a frequenza variabile (VFD) sono ampiamente utilizzati nei settori in cui la regolazione della velocità del motore può migliorare l'efficienza energetica, la stabilità dei processi, la precisione della produzione e la protezione delle apparecchiature. Controllando la velocità del motore in base alle effettive esigenze operative, i convertitori di frequenza contribuiscono a ridurre gli sprechi energetici e le sollecitazioni meccaniche.
Sistemi HVAC
I variatori di frequenza (VFD) migliorano il flusso d'aria e il controllo della temperatura regolando la velocità delle ventole e delle pompe in base alla richiesta.
- Ventilatori di alimentazione
- Fan di "Return"
- Torri di raffreddamento
- Pompe per acqua refrigerata
- Unità di trattamento aria (AHU)
Acqua e acque reflue
I variatori di frequenza (VFD) garantiscono un controllo stabile della pressione e migliorano l'efficienza delle pompe nei sistemi di gestione idrica.
- Pompe di rilancio
- Pompe per acque reflue
- Pompe per l'irrigazione
- Pompe per fanghi
- Sistemi idrici a pressione costante
Produzione
I variatori di frequenza consentono un controllo preciso della velocità delle apparecchiature di produzione e migliorano l'uniformità del processo produttivo.
- Trasportatori
- Miscelatori
- Macchine per l'imballaggio
- Estrusori
- Rulli
- Macchine utensili
Petrolio e gas
I convertitori di frequenza contribuiscono a ottimizzare le apparecchiature motorizzate per impieghi gravosi, migliorandone al contempo la flessibilità operativa.
- Compressori
- Pompe di trasferimento
- Attrezzature di perforazione
- Sistemi di misurazione
Settore minerario e industria pesante
I convertitori di frequenza garantiscono una regolazione affidabile della velocità e riducono gli urti meccanici in ambienti industriali particolarmente impegnativi.
- Frantoi
- Alimentatori
- Paranco
- Trasportatori
- Ventilatori
Energia rinnovabile e infrastrutture
La tecnologia VFD garantisce un funzionamento efficiente dei moderni sistemi energetici e infrastrutturali.
- Sistemi di pompaggio solare
- Sistemi ausiliari per l'accumulo di energia in batterie
- Apparecchiature ausiliarie per turbine eoliche
- Sistemi di teleriscaldamento e teleraffreddamento
Perché le aziende utilizzano i convertitori di frequenza
Ridurre il consumo energetico superfluo del motore.
Mantenere una velocità e condizioni di processo costanti.
Ridurre lo shock all'avvio e l'usura meccanica.
Vantaggi dell'utilizzo di un convertitore di frequenza
A Azionamento a frequenza variabile (VFD) offre molto più di una semplice regolazione della velocità del motore. Controllando la frequenza e la tensione del motore, un convertitore di frequenza migliora l’efficienza energetica, riduce le sollecitazioni meccaniche, migliora la stabilità del processo e protegge i motori e le apparecchiature collegate da condizioni di funzionamento anomale.
1. Risparmio energetico
Per applicazioni a coppia variabile quali pompe centrifughe e ventilatori, un convertitore di frequenza regola la velocità del motore in base al fabbisogno effettivo dell'impianto, invece di lasciare che il motore funzioni continuamente a piena velocità.
2. Avvio graduale
L'avviamento tradizionale del motore direttamente dalla rete può causare elevate correnti di spunto e impatti meccanici improvvisi. Un convertitore di frequenza (VFD) aumenta gradualmente la velocità del motore attraverso un'accelerazione e una decelerazione controllate, riducendo lo stress sui sistemi elettrici e meccanici.
L'avviamento graduale contribuisce a proteggere:
3. Controllo preciso della velocità
Un VFD garantisce un controllo flessibile della velocità del motore grazie a diverse modalità di ingresso, rendendolo adatto ai sistemi industriali automatizzati.
4. Migliore controllo dei processi
Anziché ricorrere a dispositivi meccanici di limitazione della portata, valvole di bypass o regolazioni manuali, un convertitore di frequenza (VFD) controlla direttamente la potenza del motore per adattarla alle esigenze del processo.
- Maggiore stabilità del processo
- Riduzione degli sprechi di materiali ed energia
- Un controllo più accurato della produzione
5. Protezione del motore e delle apparecchiature
La maggior parte dei convertitori di frequenza moderni è dotata di funzioni di protezione integrate che contribuiscono a prevenire i danni al motore e a migliorare l'affidabilità del sistema.
Limiti e considerazioni progettuali
Un VFD è potente, ma deve essere utilizzato correttamente.
Tra le considerazioni più comuni figurano:
- Costo iniziale superiore rispetto all'avviamento diretto in linea
- Distorsione armonica sull'alimentazione elettrica
- Interferenze elettromagnetiche
- Sollecitazioni sull'isolamento del motore dovute a un tempo di salita della tensione elevato
- Correnti nei cuscinetti in alcuni impianti
- Surriscaldamento a bassi regimi del motore se la ventola è montata sull'albero
- In caso di cavi motore particolarmente lunghi, potrebbe essere necessario l'uso di filtri di uscita
- È importante garantire un corretto collegamento a terra e una corretta schermatura
Per i sistemi critici, il convertitore di frequenza (VFD) deve essere scelto tenendo conto del motore, del carico, della lunghezza del cavo, dell’involucro, del sistema di raffreddamento e dell’ambiente elettrico.
Inverter vs avviatore graduale
Un avviatore graduale riduce la corrente di avviamento e garantisce un'accelerazione graduale, ma di norma non consente il controllo continuo della velocità una volta che il motore ha raggiunto la velocità massima.
| Caratteristica | VFD | Avviatore progressivo |
|---|---|---|
| Riduzione della corrente di avviamento | Sì | Sì |
| Regolazione continua della velocità | Sì | No |
| Risparmio energetico nelle pompe e nei ventilatori | Alto potenziale | Limitato |
| Controllo della coppia | Meglio | Base |
| Controllo inverso | Solitamente disponibile | Limitato o esterno |
| Costo | Più alto | Più basso |
| Caso d'uso ottimale | Funzionamento a velocità variabile | Avvio graduale a velocità fissa |
Scegliere un VFD quando il processo richiede un controllo della velocità o un risparmio energetico derivante dalla riduzione della velocità del motore.
Scegliere un Avviamento morbido quando il motore funziona a velocità fissa e richiede solo un avvio e un arresto più fluidi.
Come scegliere il convertitore di frequenza giusto
Scegliere quello giusto Azionamento a frequenza variabile (VFD) non basta solo che la potenza del motore sia adeguata. La scelta del convertitore di frequenza corretto dipende da diversi fattori, tra cui la corrente del motore, la tensione di ingresso, le caratteristiche del carico, i requisiti di sovraccarico, l'ambiente di installazione e le prestazioni di controllo richieste.
1. Adeguare la corrente del motore
Il fattore più importante nella scelta di un convertitore di frequenza è il motore corrente a pieno carico (FLC). Scegliere un convertitore di frequenza con una corrente nominale di uscita pari o superiore alla corrente nominale del motore.
2. Verificare la potenza in ingresso
I convertitori di frequenza sono progettati per specifici sistemi di alimentazione in ingresso. Verificare sempre che l'alimentazione disponibile sia conforme alle specifiche di ingresso del convertitore di frequenza.
3. Identificare il tipo di carico
I carichi azionati da motore si dividono generalmente in tre categorie. La scelta del tipo di carico corretto garantisce che il convertitore di frequenza fornisca una coppia e una capacità di sovraccarico sufficienti.
| Tipo di carico | Esempi | Note sulla scelta dei convertitori di frequenza (VFD) |
|---|---|---|
| Coppia variabile | Ventilatori, pompe centrifughe | La classificazione per servizio normale è spesso adeguata |
| Coppia costante | Trasportatori, miscelatori, estrusori | Potrebbe essere necessario un valore di sovraccarico più elevato |
| Per impieghi gravosi | Frantumatori, paranchi, presse | Scegliere una coppia di avviamento elevata e una capacità di sovraccarico elevata |
4. Scegliere il metodo di controllo
Adatto a semplici ventilatori, pompe e regolazioni di velocità di base.
Garantisce una migliore risposta in termini di coppia e velocità senza il feedback dell'encoder.
Utilizzato per applicazioni che richiedono precisione in termini di velocità, posizione e coppia a bassa velocità.
5. Verificare l'ambiente di installazione
Le condizioni ambientali influiscono direttamente sull'affidabilità e sulla durata dei convertitori di frequenza (VFD). È opportuno tenere in considerazione i seguenti fattori:
6. Verifica della lunghezza dei cavi e dei requisiti EMC
Cavi motore di lunghezza elevata possono aumentare lo stress da tensione delle onde riflesse e le interferenze elettromagnetiche (EMI). A seconda dell'installazione, potrebbero essere necessari componenti di protezione aggiuntivi.
7. Considerare la comunicazione e l'integrazione
Per i sistemi di automazione industriale, verificare che il convertitore di frequenza supporti i protocolli di comunicazione richiesti.
Guasti comuni dei convertitori di frequenza (VFD) e cosa indicano solitamente
| Errore | Causa comune |
|---|---|
| Sovracorrente | Tempo di accelerazione breve, carico bloccato, guasto al motore, parametri del motore errati |
| Sovratensione | Decelerazione rapida, carico rigenerativo, tensione di ingresso elevata |
| Sottotensione | Tensione di alimentazione bassa, perdita di fase, fonte di alimentazione debole |
| Sovratemperatura | Scarsa ventilazione, temperatura ambiente elevata, motore sovraccarico |
| Difetto a terra | Cavo del motore danneggiato, guasto all'isolamento del motore, umidità |
| Sovraccarico del motore | Impostazione errata della corrente, sovraccarico della macchina, raffreddamento insufficiente |
| Errore di comunicazione | Problema di cablaggio, impostazione errata del protocollo, errore di configurazione del PLC |
Questi guasti non dovrebbero essere risolti ripetutamente senza individuarne la causa. Un guasto ricorrente indica solitamente un problema di sistema, non solo un problema dell'unità.
FAQ
Un convertitore di frequenza (VFD) regola la velocità del motore modificando la frequenza della corrente alternata fornita al motore. Una frequenza più bassa determina una velocità del motore più bassa. Una frequenza più alta determina una velocità del motore più alta, entro i limiti di funzionamento sicuro del motore.
Sì, soprattutto nel caso delle pompe centrifughe e dei ventilatori, dove il carico non richiede sempre la massima velocità. Riducendo la velocità del motore in base alla richiesta, un convertitore di frequenza (VFD) può ridurre significativamente il consumo energetico. I risparmi effettivi dipendono dal tipo di carico, dalle ore di funzionamento, dalla progettazione dell'impianto e dalla strategia di controllo.
Non tutti i motori sono adatti al funzionamento con un convertitore di frequenza (VFD). Molti motori a induzione trifase moderni sono compatibili con i VFD, ma i modelli più datati potrebbero presentare limitazioni relative all’isolamento, al raffreddamento o ai cuscinetti. Consultare sempre le indicazioni fornite dal produttore del motore.
Nel campo del controllo dei motori industriali, questi termini vengono spesso utilizzati in modo intercambiabile. Dal punto di vista tecnico, l’inverter è una sezione all’interno del VFD che converte la corrente continua in corrente alternata. Il VFD completo comprende anche il raddrizzatore, il bus CC, il sistema di controllo, i circuiti di protezione e l’interfaccia utente.
La tensione del bus CC dipende dalla tensione di ingresso e dal tipo di convertitore. A titolo esemplificativo, un ingresso trifase da 400 V produce spesso, in condizioni normali, una tensione del bus CC compresa tra circa 540 e 565 V CC.
Molti motori utilizzano una ventola di raffreddamento montata sull'albero. A bassa velocità, anche la ventola gira lentamente, quindi il flusso d'aria di raffreddamento diminuisce. Per un funzionamento continuo a bassa velocità, potrebbe essere necessaria una ventola di raffreddamento alimentata separatamente o un motore adatto all'uso con inverter.
Un convertitore di frequenza (VFD) è più indicato quando sono richiesti un controllo continuo della velocità, il risparmio energetico o un controllo preciso del processo. Un avviatore graduale è solitamente più indicato quando il motore necessita solo di avviamenti e arresti graduali, ma funziona a velocità fissa.
Conclusione
Un convertitore di frequenza (VFD) funziona convertendo la corrente alternata a frequenza fissa in corrente continua e poi riconvertendo tale corrente continua in corrente alternata a frequenza variabile. Questo processo consente al convertitore di controllare la velocità, la coppia, l'accelerazione, la decelerazione e le funzioni di protezione del motore con una flessibilità molto maggiore rispetto al funzionamento del motore con avviamento diretto.
Le fasi operative principali sono:
- Il raddrizzatore converte la corrente alternata in corrente continua.
- Il bus CC livella e immagazzina energia.
- L'inverter utilizza la modulazione PWM per generare un'uscita in corrente alternata controllata.
- Il sistema di controllo regola la frequenza e la tensione in base al motore e al carico.
Per pompe, ventilatori, trasportatori, compressori, impianti di climatizzazione, trattamento delle acque, produzione e molte altre applicazioni, un convertitore di frequenza (VFD) scelto in modo adeguato può migliorare l'efficienza, ridurre le sollecitazioni meccaniche e garantire un migliore controllo del processo.
Nella scelta di un convertitore di frequenza, occorre sempre tenere in considerazione la corrente del motore, la tensione di ingresso, il tipo di carico, la capacità di sovraccarico, il metodo di controllo, la lunghezza del cavo, l'ambiente e i requisiti di comunicazione. Un convertitore di frequenza non è solo un regolatore di velocità, ma un sistema completo di controllo e protezione del motore.
Bibliografia e letture consigliate
- Serie IEC 61800: Sistemi di azionamento elettrico a velocità regolabile
- NEMA MG 1: Motori e generatori
- Guida tecnica ABB n. 4: Guida ai convertitori di frequenza
- Guide applicative per i convertitori di frequenza Schneider Electric
- Risorse del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sui sistemi di azionamento e sui variatori di velocità
- Google Search Central: Creare contenuti utili, affidabili e incentrati sulle persone
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