Guida all'azionamento delle pompe con VFD: come controllare le pompe industriali con un azionamento a frequenza variabile

Gli impianti di pompaggio industriali raramente funzionano per l'intera giornata in una condizione di carico ideale. Una pompa di alimentazione idrica può richiedere una portata elevata durante i picchi di funzionamento e una portata molto inferiore nei periodi di minor carico. Una pompa dell’acqua di raffreddamento può richiedere portate diverse in estate e in inverno. Una pompa di rilancio può dover mantenere la pressione al variare della domanda. Una pompa di processo può richiedere un controllo più stabile di quello che può fornire un semplice avviatore on-off.

È proprio in questi casi che un azionamento a frequenza variabile per pompe si rivela utile.

A VFD, ovvero un convertitore di frequenza, regola la velocità di un motore a corrente alternata modificando la frequenza e la tensione fornite al motore. Poiché la velocità del motore è correlata alla frequenza di alimentazione, il convertitore può aumentare o diminuire la velocità della pompa in base alle esigenze di processo. Anziché far funzionare il motore a piena velocità e utilizzare valvole per limitare la portata, un convertitore di frequenza consente alla pompa di funzionare in modo più aderente al fabbisogno effettivo.

Per gli acquirenti, non si tratta solo di una questione tecnica. Questo aspetto influisce sul consumo energetico, sul carico delle apparecchiature, sulla stabilità della pressione, sulla pianificazione della manutenzione e sull’accuratezza del preventivo. Un convertitore di frequenza (VFD) scelto correttamente può rendere più facile il controllo di un impianto di pompaggio. Un convertitore di frequenza scelto in modo errato può causare interruzioni, surriscaldamento, instabilità della pressione o costi superflui.

Questa guida spiega come vengono utilizzati i convertitori di frequenza con le pompe industriali, in quali casi sono utili, come selezionarli e quali informazioni sono necessarie a ZHENGXI Electric per consigliare un convertitore adeguato.

Perché i sistemi di pompaggio utilizzano i convertitori di frequenza (VFD)

Molti impianti di pompaggio sono progettati per far fronte alla domanda massima prevista. Nel funzionamento effettivo, tuttavia, l’impianto può trascorrere gran parte del tempo al di sotto della domanda massima. Se la pompa è controllata esclusivamente tramite avviamento diretto, avviamento stella-triangolo o un semplice contattore, il motore funziona normalmente a piena velocità ogni volta che è in funzione.

I metodi tradizionali di controllo della portata includono valvole di strozzamento, linee di bypass, serrande e l'accensione e lo spegnimento ciclico delle pompe. Questi metodi possono funzionare, ma rischiano di causare sprechi energetici, fluttuazioni di pressione o un aumento dell'usura meccanica. Un convertitore di frequenza (VFD) offre al sistema un ulteriore metodo di controllo: la regolazione della velocità del motore.

Nel caso delle pompe centrifughe, questo aspetto è particolarmente importante poiché la portata della pompa varia al variare della velocità. In generale:

• La portata varia all'incirca in proporzione alla velocità della pompa.
• La prevalenza varia approssimativamente in proporzione al quadrato della velocità della pompa.
• La potenza richiesta varia approssimativamente in proporzione al cubo della velocità della pompa.

Queste relazioni sono spesso denominate “leggi di affinità delle pompe”. Sono utili per comprendere perché la riduzione della velocità possa diminuire il fabbisogno di potenza nei sistemi con pompe centrifughe a portata variabile. I risultati effettivi dipendono dalla curva completa del sistema, dal carico statico, dall’attrito nelle tubazioni, dall’efficienza della pompa e dal punto di funzionamento; pertanto, il gruppo motopropulsore dovrebbe essere selezionato nell’ambito dell’intero sistema di pompaggio.

Applicazioni comuni delle pompe con convertitori di frequenza (VFD)

I convertitori di frequenza (VFD) sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni con pompe in cui la portata, la pressione o le esigenze di processo variano. Gli esempi più significativi sono solitamente le pompe centrifughe, i ventilatori e altri carichi a coppia variabile.

Applicazione	Perché si utilizza un VFD	Vantaggio tipico per l'acquirente
Pompe di rilancio dell'acqua	Mantiene la pressione al variare della domanda	Pressione più stabile e funzionamento più fluido
Pompe per acqua refrigerata per impianti di climatizzazione	Regola la portata dell'acqua in base al carico dell'edificio	Maggiore controllo del sistema e riduzione dei tempi di funzionamento superflui
Pompe dell'acqua di raffreddamento	Adatta la portata di raffreddamento alla richiesta del processo	Temperatura di processo più stabile
Pompe per l'irrigazione	Gestisce il flusso per le diverse zone	Funzionamento più semplice e minore colpo d'ariete
Pompe per acque reflue	Si adatta alla portata variabile	Meno avviamenti difficili e un miglior controllo del livello
Pompe di processo	Regola la portata o la pressione per la produzione	Maggiore uniformità del processo
Sistemi ausiliari delle pompe antincendio	Controlla le pompe di supporto non di emergenza	Migliore gestione della pressione, laddove consentito dalla progettazione del sistema

Non tutte le pompe necessitano di un convertitore di frequenza (VFD). Se la pompa funziona a un unico punto di funzionamento fisso, si avvia solo occasionalmente e non richiede il controllo della velocità, una Avviamento morbido oppure un starter standard potrebbe rivelarsi più pratico. È l'applicazione a determinare il prodotto, non il contrario.

Come funziona il controllo di una pompa tramite un variatore di frequenza (VFD)

Un convertitore di frequenza (VFD) converte internamente la corrente alternata in ingresso in corrente continua e quindi utilizza l'elettronica di potenza per generare una corrente alternata in uscita controllata per il motore. Modificando la frequenza di uscita, il VFD varia la velocità del motore. Regolando la tensione in base alla frequenza, consente al motore di funzionare all'interno di un intervallo di coppia utilizzabile.

In un sistema di pompaggio, il convertitore di frequenza può essere controllato in diversi modi:

• Impostazione manuale della velocità tramite la tastiera.
• Segnale analogico proveniente da un sensore di pressione, un misuratore di portata o un trasmettitore di livello.
• Controllo PID integrato nel convertitore di frequenza per mantenere la pressione o la portata.
• Segnali digitali provenienti da interruttori o relè.
• Comunicazione con un PLC o un sistema di gestione degli edifici.

Ad esempio, in un impianto con pompa di rilancio, un sensore di pressione invia un segnale di retroazione al convertitore di frequenza. Se la pressione scende al di sotto del valore di riferimento, il convertitore aumenta la velocità del motore. Se la pressione supera il valore di riferimento, il convertitore riduce la velocità. Ciò garantisce un controllo della pressione più fluido rispetto alle ripetute operazioni di avvio e arresto del motore.

Nel caso di una pompa dell'acqua di raffreddamento, un regolatore di temperatura o un PLC può regolare la velocità del motore in base alla temperatura di processo. Nel caso di un sistema di riempimento di serbatoi, un sensore di livello può controllare il funzionamento della pompa.

Vantaggi dell'azionamento della pompa con VFD

1. Controllo della velocità per una domanda variabile

Il vantaggio principale è il controllo della velocità. Anziché costringere la pompa a funzionare a una velocità fissa, il convertitore di frequenza (VFD) consente al sistema di adattare la portata alla domanda. Ciò è importante per le pompe utilizzate negli edifici, nei processi industriali, negli impianti idrici e nelle reti di irrigazione.

2. Riduzione dello stress all’avvio

Un convertitore di frequenza (VFD) è in grado di avviare il motore in modo graduale controllando il tempo di accelerazione. Ciò riduce gli urti meccanici su giunti, cinghie, alberi, giranti delle pompe e sistemi di tubazioni. Inoltre, consente di ridurre lo stress elettrico rispetto all'avviamento diretto dalla rete.

3. Pressione o portata più stabili

Se abbinato a sensori e parametri adeguati, un convertitore di frequenza (VFD) è in grado di mantenere la pressione o la portata in modo più regolare. Ciò risulta utile per i sistemi di rilancio, i circuiti di raffreddamento e le linee di processo in cui una pressione instabile può influire sulle apparecchiature o sulla qualità della produzione.

4. Potenziale risparmio energetico

Negli impianti con pompe centrifughe a portata variabile, la riduzione della velocità può comportare una diminuzione del fabbisogno energetico. Il risparmio energetico varia a seconda dell’applicazione e non dovrebbe essere garantito senza aver prima esaminato il ciclo di lavoro, le ore di funzionamento, la curva della pompa e la curva dell’impianto. Tuttavia, questo è uno dei motivi principali per cui gli acquirenti prendono in considerazione il controllo delle pompe tramite convertitore di frequenza (VFD).

5. Maggiore automazione del sistema

I variatori di frequenza (VFD) possono essere integrati con PLC, sensori di pressione, interruttori di livello e sistemi di gestione degli edifici. Ciò li rende adatti per gruppi pompa automatizzati e quadri di comando industriali.

Quando un convertitore di frequenza potrebbe non essere la scelta migliore

Non sempre è necessario un convertitore di frequenza (VFD). Nel caso di una pompa a velocità fissa con una domanda stabile, il costo e la complessità aggiuntivi potrebbero non essere giustificati. Se l’unica preoccupazione è la corrente di avviamento o lo shock meccanico, può essere sufficiente un semplice avviatore o un avviatore graduale.

Le pompe volumetriche richiedono un'attenta valutazione. La riduzione della velocità può influire sulla lubrificazione, sulla portata minima, sulla precisione di dosaggio o sulla sicurezza del processo. Alcune pompe necessitano inoltre di un raffreddamento minimo o di una pressione minima per funzionare in sicurezza. È opportuno consultare sia il produttore della pompa che il fornitore del sistema di azionamento.

Anche i cavi motore di notevole lunghezza, le stazioni di pompaggio all’aperto, gli ambienti umidi e una scarsa qualità dell’alimentazione possono richiedere un lavoro di progettazione aggiuntivo. Questi aspetti non impediscono l’uso dei convertitori di frequenza (VFD), ma incidono sulla scelta e sull’installazione.

Guida alla scelta degli azionamenti per pompe con convertitore di frequenza (VFD)

Lista di controllo per il preventivo relativo all'azionamento della pompa con VFD

Invia le seguenti informazioni a ZHENGXI Electric per ricevere un consiglio più preciso:

Informazioni	Perché è importante
Potenza del motore e corrente nominale	Determina le dimensioni dell'azionamento e la capacità di sovraccarico
Tensione e fase del motore	Conferma la compatibilità in uscita
Alimentazione in ingresso	Verifica se l'alimentazione dell'azionamento corrisponde a quella della sede
Tipo di pompa	Influisce sui requisiti di coppia e di controllo
Fluido o mezzo	Aiuta a individuare i problemi legati all'ambiente e al carico
Portata e intervallo di pressione	Favorisce una corretta progettazione dei sistemi di controllo
Metodo di controllo	Individua le esigenze relative a sensori, PID, PLC o comunicazioni
Lunghezza del cavo	Influisce sulle scelte relative a cavi, reattori e filtri
Ambiente di installazione	Influisce sull'involucro e sul raffreddamento
Mercato dei volumi e dei progetti	Fornisce assistenza per preventivi, documentazione e supporto OEM

Errori comuni da evitare

Il primo errore è quello di scegliere un convertitore di frequenza basandosi esclusivamente sulla potenza del motore in HP. Anche la corrente nominale, la richiesta di sovraccarico, la tensione, il tipo di carico e il ciclo di lavoro sono tutti fattori importanti.

Il secondo errore consiste nel non tenere conto della curva caratteristica della pompa. Un convertitore di frequenza (VFD) può regolare la velocità, ma non è in grado di correggere il funzionamento di una pompa che non è adeguatamente abbinata all’impianto idraulico.

Il terzo errore consiste nell'utilizzare un azionamento da interno in un locale pompe umido, polveroso o caldo senza un'adeguata protezione. La scarsa ventilazione e l'umidità sono cause comuni di guasto.

Il quarto errore è dare per scontato che una velocità inferiore sia sempre sicura. Alcune pompe necessitano di una velocità minima per il raffreddamento, la lubrificazione o per garantire una portata stabile.

Il quinto errore consiste nell'inserire contattori o interruttori tra il convertitore di frequenza e il motore senza un'adeguata logica di controllo. L'apertura dell'uscita del convertitore di frequenza durante il funzionamento può causare guasti o danni.

Consigli per l'acquisto destinati a importatori e appaltatori

Se state acquistando convertitori di frequenza per la rivendita o per un progetto specifico, non limitatevi a richiedere un semplice listino prezzi. Chiedete indicazioni sull’abbinamento dei motori, note applicative, consigli sul cablaggio e informazioni sulle opzioni di personalizzazione disponibili.

Per i produttori di gruppi pompa, verificate se il fornitore sia in grado di supportare l’etichettatura OEM, l’integrazione dell’involucro, le opzioni di tensione di ingresso/uscita, i requisiti linguistici della tastiera e la documentazione necessaria per il vostro mercato di riferimento.

Per gli appaltatori: prima di richiedere un preventivo, preparate i dati relativi alla tensione in cantiere, alle caratteristiche del motore, al tipo di pompa e ai requisiti di controllo. Ciò consentirà di velocizzare la discussione tecnica e ridurrà il rischio di una scelta errata.

FAQ

È possibile utilizzare un convertitore di frequenza su qualsiasi pompa?

Un variatore di frequenza (VFD) viene comunemente utilizzato con le pompe centrifughe, ma non tutte le applicazioni con pompe sono adatte. Prima della scelta è necessario verificare il tipo di pompa, la coppia richiesta, la velocità minima, il fluido e i requisiti di processo.

Un convertitore di frequenza (VFD) consente sempre di risparmiare energia su una pompa?

No. Il risparmio energetico dipende dal sistema di pompaggio. Spesso sono i sistemi con pompe centrifughe a portata variabile a trarne i maggiori vantaggi. Se la pompa funziona sempre a un punto di funzionamento fisso, il risparmio energetico potrebbe essere limitato.

Che cos’è il controllo PID in un sistema di pompaggio con convertitore di frequenza?

Il controllo PID consente al convertitore di frequenza di regolare automaticamente la velocità del motore in base ai dati forniti da un sensore di pressione, un flussometro o un trasmettitore di livello. È comunemente utilizzato negli impianti di pompaggio a pressione costante.

Di quale potenza deve essere il convertitore di frequenza per il motore di una pompa?

Il convertitore di frequenza (VFD) deve essere scelto in base alla corrente nominale del motore, alla tensione, alla fase, al tipo di carico, ai requisiti di sovraccarico e alle condizioni di installazione. Non basare la scelta esclusivamente sui valori in HP o kW.

Un convertitore di frequenza può ridurre il colpo d'ariete?

Un convertitore di frequenza (VFD) può ridurre gli avviamenti e le arresti improvvisi controllando l'accelerazione e la decelerazione, il che può contribuire a ridurre gli urti idraulici. È comunque necessario rivedere la progettazione dell'intero sistema di tubazioni.

Quali informazioni devo fornire per ricevere un preventivo per una pompa VFD?

Inviare i dati riportati sulla targhetta del motore, il tipo di pompa, la tensione di alimentazione, la pressione o la portata richiesta, il metodo di controllo, la lunghezza del cavo, l'ambiente di installazione e la quantità.

Sintesi

Un azionamento a frequenza variabile (VFD) per pompe rappresenta una soluzione pratica quando un impianto di pompaggio richiede velocità variabile, controllo della pressione, avviamento più fluido o automazione. È particolarmente utile per gli impianti con pompe centrifughe soggetti a variazioni di carico, quali pompe di rilancio, pompe per impianti di climatizzazione, sistemi di raffreddamento, impianti di irrigazione e sistemi di pompaggio di processo.

La chiave per un funzionamento affidabile è una scelta corretta. Prima di scegliere un azionamento, gli acquirenti dovrebbero verificare la corrente del motore, la tensione, il tipo di pompa, i requisiti di portata e pressione, il metodo di controllo, la lunghezza del cavo e l'ambiente di installazione.

Richiesta di informazioni (CTA)

Hai bisogno di un convertitore di frequenza per un progetto che prevede l'uso di una pompa? Invia a ZHENGXI Electric la potenza del motore, la corrente nominale, la tensione di ingresso, il tipo di pompa, i requisiti di pressione o portata, la lunghezza del cavo e le condizioni ambientali di installazione. Il nostro team potrà aiutarti a individuare la soluzione con convertitore di frequenza più adatta alla tua applicazione.