Controller della velocità dei ventilatori a trasformatore

11/09/2024 Leonardo Betto

Come funziona un controller di velocità del ventilatore a trasformatore

I controller a trasformatore regolano la velocità dei ventilatori con motori AC a passi riducendo la tensione del motore. Questo controllo della velocità a passi è realizzato dal trasformatore elettrico impiegato, da cui il nome "controller a trasformatore". I controller di velocità del ventilatore a trasformatore sono economici e si sono dimostrati molto affidabili e robusti. Possono anche essere utilizzati in situazioni in cui l'alimentazione è instabile. I controller di velocità a trasformatore vengono tipicamente utilizzati per regolare la velocità dei ventilatori. La maggior parte dei clienti è disposta ad accettare lo svantaggio di una lieve diminuzione dell'efficienza energetica poiché il vantaggio della facilità d'uso è più importante per loro. Un controller di velocità a trasformatore è uno dei metodi più semplici per controllare la velocità di un motore elettrico. Il collegamento e la messa in servizio sono particolarmente semplici.

Funzionamento silenzioso del motore

Questi tipi di controller di velocità del ventilatore sono facili da installare. Non richiedono configurazione e possono essere utilizzati immediatamente dopo il collegamento. Grazie alla tecnologia del trasformatore, generano una tensione del motore con una forma perfettamente sinusoidale, risultando in un funzionamento del motore eccezionalmente silenzioso e una durata di servizio estesa. Maggiori informazioni sulla tecnologia del trasformatore sono fornite di seguito. La tensione del motore perfettamente sinusoidale è il grande vantaggio rispetto ai controller elettronici TRIAC. Un controller TRIAC taglia parti della tensione sinusoidale, mentre un controller di velocità a trasformatore mantiene la forma sinusoidale ma la riduce.

Rumore di ronzio del trasformatore elettrico

In un trasformatore, la corrente alternata crea un campo magnetico in un cambiamento costante, causando la vibrazione ad alta frequenza del nucleo di ferro, che percepiamo come un rumore di ronzio. Questi campi magnetici possono causare piccoli movimenti all'interno del trasformatore stesso. Bobine allentate, laminazioni (fogli) nel nucleo o anche la carcassa del trasformatore possono vibrare leggermente, causando un suono di ronzio. È importante notare che un po' di ronzio è normale per i trasformatori. Tuttavia, un ronzio insolitamente forte può indicare un problema, come parti allentate, sovraccarico o componenti difettosi. I trasformatori Sentera ricevono un rivestimento impregnato speciale che riduce il rumore elettrico dai trasformatori. A causa di questo rumore di ronzio, raccomandiamo sempre di installare il controller di velocità del ventilatore a trasformatore in un locale tecnico in modo che il suono non vi disturbi.

Regolazione della velocità del ventilatore riducendo la tensione del motore

I controller di velocità del ventilatore a trasformatore regolano la velocità del ventilatore riducendo la tensione del motore a passi. Anche i controller di velocità del ventilatore TRIAC o elettronici regolano la velocità del motore riducendo la tensione del motore. La differenza è che i controller a trasformatore lo fanno a passi, mentre i controller TRIAC lo fanno continuamente. Entrambi i tipi di controller di velocità sono adatti solo per motori controllabili in tensione. Questi sono motori elettrici in cui la velocità può essere controllata abbassando la tensione di alimentazione mentre la frequenza rimane costante. Sia i controller di velocità del ventilatore TRIAC che quelli a trasformatore possono essere utilizzati in applicazioni in cui la coppia diminuisce con la velocità, come il controllo della velocità del ventilatore. Controllare la velocità dei ventilatori con motori AC è una delle applicazioni più comuni dei controller di velocità a trasformatore. Come menzionato sopra, i maggiori vantaggi di un controller di velocità del ventilatore a trasformatore sono la sua semplicità di funzionamento e il suo basso costo. Non è necessaria alcuna configurazione; una volta collegato tutto, il ventilatore può essere controllato immediatamente. La costruzione, l'installazione e la messa in servizio di un controller di velocità del ventilatore a trasformatore sono molto più semplici rispetto a quelle dei controller di velocità più complessi come gli inverter di frequenza, il che si traduce anche in costi inferiori.

Il trasformatore riduce la tensione di alimentazione detta tensione primaria. La tensione ridotta che può essere utilizzata per alimentare il motore è chiamata tensione secondaria. La tensione secondaria è ridotta in base al rapporto tra il numero di avvolgimenti primari rispetto al numero di avvolgimenti secondari. Ad esempio, se l'avvolgimento primario è il doppio di quello secondario, la tensione secondaria sarà la metà della tensione primaria. Lo schema a destra mostra un trasformatore elettrico con una sola tensione secondaria. I trasformatori utilizzati nei controller di velocità offrono cinque diverse tensioni secondarie. La velocità del motore viene ridotta collegando il motore a uno di questi punti di tensione (tensioni secondarie). Questo può essere fatto girando una manopola, tramite un segnale di ingresso analogico o tramite un comando inviato tramite la comunicazione Modbus RTU. La maggior parte dei controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera consente di selezionare cinque diverse velocità del motore. Alcuni modelli consentono un'ulteriore riduzione della velocità minima collegando internamente il cavo della velocità più bassa a un punto di tensione ancora inferiore sul trasformatore. Tuttavia, questo non è consentito per tutti i tipi di motori. Se la tensione di avvio è troppo bassa, il motore potrebbe non riuscire ad avviarsi, con il rischio di bloccare il motore e bruciarlo.

La corrente massima che il trasformatore può fornire è determinata dallo spessore dei fili di rame nell'avvolgimento della bobina del trasformatore. La corrente massima del motore determina il tipo di trasformatore che deve essere selezionato. Per un motore con correnti più elevate, deve essere selezionato un trasformatore con un diametro del filo più spesso. La capacità di corrente massima dei trasformatori Sentera è chiaramente indicata sul sito web. La capacità di corrente massima significa: il consumo di corrente del motore (espresso in Ampere) quando il motore funziona a piena velocità. Non si deve tener conto della corrente di avviamento più elevata che si verifica brevemente durante l'avvio del motore. I trasformatori Sentera hanno uno spessore costante del filo su tutto l'avvolgimento, garantendo una qualità migliore del trasformatore. Molti concorrenti offrono trasformatori più economici con uno spessore variabile del filo nell'avvolgimento della bobina. A causa del flusso della corrente elettrica, i fili di rame si riscalderanno. I fili più sottili si riscalderanno più velocemente perché hanno una resistenza elettrica maggiore. Quando il riscaldamento diventa troppo forte, l'isolamento dei fili di rame si scioglierà, causando un cortocircuito e danni permanenti. Quando ciò accade, il trasformatore deve essere sostituito. Temperature ambiente eccessivamente elevate, avviamenti frequenti del motore o un metodo di installazione con opzioni di raffreddamento insufficienti possono anche causare questo tipo di danno.

Autotrasformatori

I controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera sono dotati di uno o più autotrasformatori. Un autotrasformatore utilizza un unico avvolgimento (bobina) che funge sia da avvolgimento primario che secondario. Vengono utilizzati diversi punti di tensione per ottenere tensioni di uscita variabili. A differenza dell'autotrasformatore, il trasformatore di isolamento ha due avvolgimenti separati, il primario e il secondario, che forniscono isolamento elettrico tra l'ingresso e l'uscita.

Un avvolgimento significa che non c'è separazione galvanica tra l'avvolgimento primario e quello secondario. Le bobine sono collegate direttamente, risultando non solo in una connettività elettromagnetica ma anche elettrica. Queste qualità contribuiscono notevolmente a maggiore efficienza, poiché solo una parte dell'energia viene convertita.

Il funzionamento di un trasformatore si basa su due principi fondamentali:

La corrente elettrica variabile nel tempo nella bobina primaria crea un campo elettromagnetico variabile nel tempo.
Il campo elettromagnetico genera una corrente elettrica alternata tramite induzione elettromagnetica.

L'avvolgimento singolo di un autotrasformatore consente una costruzione più compatta e leggera rispetto ai trasformatori convenzionali a doppio avvolgimento. Questo tipo di trasformatore è caratterizzato da dimensioni compatte, alta affidabilità e lunga durata. È utilizzato frequentemente in vari settori industriali e processi produttivi, nonché per scopi domestici quando è necessario regolare determinate grandezze fisiche.

Come funziona un trasformatore elettrico

In questo capitolo spieghiamo nel dettaglio come funziona un trasformatore elettrico.

Un trasformatore è un dispositivo elettrico che trasferisce energia elettrica tra due o più circuiti tramite induzione elettromagnetica. L'induzione elettromagnetica produce una forza elettromotrice all'interno di un conduttore esposto a campi magnetici variabili nel tempo. I trasformatori vengono utilizzati per aumentare o diminuire le tensioni alternate nelle applicazioni di alimentazione elettrica.

La corrente alternata viene applicata alla bobina primaria del trasformatore. Il flusso di corrente attraverso una bobina genera un campo magnetico. Poiché la corrente nella bobina primaria è alternata (cambiando direzione costantemente), anche il campo magnetico cambia costantemente la sua forza e direzione. Questo campo magnetico "danzante" è cruciale per il passo successivo.

Il campo magnetico variabile agisce come un'autostrada invisibile per l'energia elettrica. Attraversa sia la bobina primaria che quella secondaria. Nella bobina secondaria, questo campo magnetico variabile crea un fenomeno chiamato induzione elettromagnetica. Questo spinge gli elettroni nella bobina secondaria a muoversi, generando una corrente. Funziona come segue: quando il campo magnetico attorno al conduttore (bobina secondaria) cambia, spinge gli elettroni all'interno del conduttore. Questo impulso crea una tensione (Forza Elettromotrice o FEM) che spinge gli elettroni a fluire in una direzione particolare, creando una corrente elettrica. La direzione della corrente dipende dalla direzione del cambiamento del campo magnetico, come spiegato dalla legge di Lenz.

La tensione nella bobina secondaria dipende da due fattori:

Numero di avvolgimenti: Il numero di avvolgimenti in ciascuna bobina. Se la bobina secondaria ha più avvolgimenti rispetto a quella primaria, la tensione sarà più alta. Al contrario, un numero inferiore di avvolgimenti nella bobina secondaria comporterà una tensione inferiore.
Forza del Campo Magnetico: La forza del campo magnetico variabile. Un campo magnetico più forte indurrà una tensione maggiore nella bobina secondaria.

Un controller di velocità a trasformatore è robusto e facile da usare. Lo svantaggio è la minore efficienza energetica rispetto ai controller di velocità più complessi. L'efficienza di un trasformatore è il rapporto tra la sua potenza in uscita e la sua potenza in ingresso. La minore efficienza energetica di un controller di velocità a trasformatore è dovuta a:

Perdita per isteresi: Quando il campo magnetico nel nucleo cambia direzione (cosa che accade costantemente nei trasformatori AC), il materiale subisce una microscopica riorganizzazione della sua struttura interna. Questo processo avanti e indietro consuma una piccola quantità di energia, che appare come perdita di calore.
Perdita per correnti parassite: Il campo magnetico variabile induce anche piccole correnti circolanti all'interno del nucleo di ferro stesso. Queste correnti parassite riscaldano il nucleo, rappresentando un'altra forma di perdita senza carico.
Perdite I²R: Questo è l'effetto classico del riscaldamento Joule. La corrente (I) che scorre attraverso la resistenza (R) dei fili di rame nelle bobine primaria e secondaria genera calore. Man mano che la corrente di carico aumenta, anche le perdite I²R aumentano proporzionalmente.

Sentera impiega varie tecniche per minimizzare queste perdite energetiche:

Materiali di alta qualità per il nucleo: L'uso di acciaio al silicio orientato ai grani con basse perdite di isteresi è fondamentale. Questo acciaio, chiamato anche acciaio elettrico, è più costoso di altri tipi di acciaio ma offre una migliore permeabilità ai campi magnetici, con conseguenti minori perdite.
Laminazione del nucleo: Il nucleo è realizzato con lamine metalliche extra sottili (laminazioni) per ridurre le correnti parassite. Queste sottili piastre metalliche sono perfettamente allineate nella fabbrica Sentera, fissate tra loro e poi fornite di un rivestimento impregnato speciale. Questo metodo richiede tempo, ma fornisce un notevole aumento dell'efficienza energetica.
Dimensioni maggiori del conduttore: L'uso di fili più spessi negli avvolgimenti riduce la loro resistenza e diminuisce le perdite I²R. Il rame di alta qualità con un diametro spesso ha un valore di resistenza inferiore, limitando le perdite a correnti più elevate. I trasformatori Sentera hanno uno spessore costante del filo su tutto l'avvolgimento, garantendo una qualità migliore del trasformatore.

Perché questa tecnologia di base rimane interessante

I controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera sono ancora ampiamente utilizzati per il controllo della velocità del ventilatore. La loro facilità d'uso, costruzione robusta e prezzo interessante sono i principali vantaggi. La velocità del ventilatore può essere regolata a passi, e anche a bassa velocità il motore rimane eccezionalmente silenzioso. Gli svantaggi di questa tecnologia sono la minore efficienza energetica e il rumore che il controller di velocità genera. I controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera sono progettati per ridurre al minimo questi svantaggi il più possibile. Soprattutto per le applicazioni di ventilazione che non richiedono un funzionamento continuo, un controller di velocità a trasformatore è la scelta perfetta. Applicazioni tipiche sono le cappe aspiranti, i ventilatori di estrazione, ecc.

Gamma di controller di velocità del ventilatore a trasformatore

Gamma di prodotti dei controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera

Sentera è uno dei principali produttori di controller di velocità per ventilatori. Da due decenni, i nostri controller di velocità del ventilatore a trasformatore sono lo standard nel mondo HVAC. La qualità e la facilità d'uso sono sempre state la nostra massima priorità. A causa del grande successo, sono state create molte varianti. Di conseguenza, non è sempre facile ottenere una panoramica di questa gamma di prodotti. Le proprietà più importanti delle diverse serie sono brevemente riassunte di seguito.

I controller di velocità del ventilatore a trasformatore Sentera per motori monofase con un carico massimo fino a (e incluso) 7,5 A hanno una custodia in plastica di alta qualità con alette di raffreddamento in metallo. Questa custodia è prodotta nella fabbrica di plastica Sentera in plastica ABS ritardante di fiamma. L'aletta di raffreddamento garantisce una dissipazione del calore sufficiente per i controller di questa capacità. Tutti gli altri controller di velocità del ventilatore a trasformatore hanno una solida custodia metallica con capacità sufficiente per dissipare il calore.

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore con controlli integrati

Un primo gruppo contiene controller di velocità del ventilatore a trasformatore con interruttore di controllo integrato sul pannello frontale. Questi controller di velocità sono facili da installare e utilizzare.

Il modello base I controller di velocità a trasformatore più semplici hanno un interruttore rotativo sul pannello frontale che consente la selezione manuale della velocità del ventilatore. Per motori monofase a 230 Volt ci sono le serie STR-1, per motori trifase a 230 Volt ci sono le serie STR-3 e per motori trifase a 400 Volt ci sono le serie STR-4. Questi sono i controller di velocità a 5 passi più economici e semplici della gamma Sentera.
Rilevamento surriscaldamento motore Per motori monofase e trifase a 400 Volt, i modelli base sono disponibili anche con una funzione di sicurezza aggiuntiva per rilevare il surriscaldamento del motore. Queste sono le serie STRS1 e STRS4 rispettivamente. Entrambe le serie sono interessanti se il motore è dotato di sensori di temperatura TK (contatto termico) nell'avvolgimento del motore. Questi sensori di temperatura TK possono essere collegati alle serie STRS1 e STRS4. Se la temperatura del motore supera un valore critico, il controller di velocità a 5 passi spegnerà il motore per evitare danni permanenti.
Pulsante di emergenza per evacuazione fumo Per motori monofase, il modello base è disponibile anche con un pulsante di emergenza aggiuntivo per l'estrazione del fumo. Quando il pulsante di emergenza viene premuto, il ventilatore accelera immediatamente fino alla velocità massima. Dopo il ripristino del pulsante di emergenza, il controller di velocità riprenderà a funzionare normalmente. Le serie SER-1 controllano i motori monofase.
Due selettori di velocità a 5 passi separati Le serie SC2-1 offrono non uno ma due selettori di velocità sul pannello frontale. Controllano i motori monofase. Uno dei due interruttori rotativi viene attivato tramite un ingresso a contatto pulito (basso o alto). In molte applicazioni, un relè temporale esterno, un interruttore di temperatura o un relè differenziale di pressione è collegato a questo ingresso a contatto pulito. Nel caso dell'interruttore di temperatura, ad esempio, il ventilatore viene controllato dall'interruttore 1 a basse temperature e dall'interruttore 2 a temperature più elevate. Ciò consente di passare automaticamente tra due diversi regimi di ventilazione, a seconda delle circostanze. È una versione semplificata della ventilazione a richiesta.
Controller di velocità per cappe aspiranti da cucina Le serie SFPR1 e SFPR4 sono controller di velocità del ventilatore a trasformatore con un'uscita per controllare una valvola del gas. È richiesto un sensore di flusso d'aria o un relè di pressione opzionale per rilevare il flusso d'aria. L'uscita viene attivata contemporaneamente al ventilatore. In caso di mancato rilevamento del flusso d'aria entro 60 secondi dall'avvio del motore, l'uscita della valvola del gas viene disattivata. Le serie SFPR1 e SFPR4 controllano rispettivamente motori monofase o trifase a 400 Volt. Si riavviano automaticamente dopo un'interruzione dell'alimentazione e dispongono di rilevamento del surriscaldamento del motore (contatti TK del motore).

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore controllabili a distanza

In alcune circostanze non è desiderabile che il ventilatore funzioni continuamente o non alla stessa velocità continuamente. Pertanto, offriamo controller di velocità del ventilatore a trasformatore che possono essere controllati a distanza. Esistono varianti in cui solo il segnale di avvio può essere dato a distanza, così come varianti in cui la velocità può essere selezionata a distanza.

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore con ingressi a contatto pulito

Gli ingressi a contatto pulito possono essere attivati da un segnale digitale (alto o basso). Tipicamente, gli ingressi a contatto pulito vengono attivati manualmente tramite un interruttore. Possono anche essere attivati automaticamente tramite un timer, un relè di pressione, un interruttore di temperatura, un interruttore di umidità, ecc...

Le serie STRA1 e STRA4 dispongono di diversi ingressi a contatto pulito aggiuntivi per avviare il motore a distanza. Il fatto che diverse condizioni possano essere combinate rende questi controller universalmente applicabili. La velocità del ventilatore deve essere selezionata tramite l'interruttore rotativo sul pannello frontale. Le serie STRA1 e STRA4 controllano rispettivamente motori monofase o trifase a 400 Volt. Si riavviano automaticamente dopo un'interruzione dell'alimentazione e dispongono di un'uscita di allarme e rilevamento del surriscaldamento del motore (contatti TK del motore).
Le serie SC2A1 e SC2A4 dispongono di due selettori di velocità sul pannello frontale. Queste serie offrono anche diversi ingressi a contatto pulito aggiuntivi per avviare il motore a distanza e per attivare uno dei due selettori di velocità. Le serie SC2A1 e SC2A4 controllano rispettivamente motori monofase o trifase a 400 Volt. Si riavviano automaticamente dopo un'interruzione dell'alimentazione e dispongono di un'uscita di allarme e rilevamento del surriscaldamento del motore (contatti TK del motore).
La serie RTR-1 offre cinque ingressi a contatto pulito per attivare uno dei cinque livelli di velocità disponibili. Questo controller di velocità del ventilatore a trasformatore può quindi essere completamente controllato a distanza. Non solo il segnale di avvio, ma anche la velocità desiderata del ventilatore possono essere impostati a distanza. La serie RTR-1 controlla i motori monofase.

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore con ingresso analogico 0-10 Volt

Un segnale di controllo 0-10 Volt viene collegato al controller di velocità del ventilatore a trasformatore. Questo segnale di controllo determina quale livello di velocità viene attivato (a quale velocità funzionerà il motore). Un segnale di controllo 0-10 Volt può essere generato manualmente tramite un potenziometro. Oppure può essere generato automaticamente da un sensore. Ad esempio, il sensore trasmette il livello di CO2 misurato come segnale 0-10 Volt.

Le serie STVS1 e STVS4 sono controller di velocità del ventilatore a trasformatore con un ingresso analogico. I 5 passi di velocità vengono selezionati tramite il segnale di controllo analogico (0-10 Volt). Ad esempio: quando il segnale analogico ha un valore di 3 Volt, verrà attivata la velocità 1. Quando il segnale analogico ha un valore di 5 Volt, verrà attivata la velocità 2, ecc. Per la ventilazione controllata in base alla domanda, questi controller di velocità possono essere combinati con uno dei sensori Sentera con segnale di uscita 0-10 Volt. Le serie STVS1 e STVS4 controllano rispettivamente motori monofase o trifase a 400 Volt. Si riavviano automaticamente dopo un'interruzione dell'alimentazione e dispongono di rilevamento del surriscaldamento del motore (contatti TK del motore).

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore con comunicazione Modbus RTU

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) è uno dei protocolli di comunicazione più comunemente utilizzati nell'automazione degli edifici e industriale. È un metodo di comunicazione seriale che consente di collegare più dispositivi su una singola linea di comunicazione, facilitando lo scambio efficiente di dati tra controller, sensori, regolatori di velocità del ventilatore, attuatori e altri dispositivi. La comunicazione Modbus RTU è molte volte più stabile e affidabile rispetto ai classici segnali 0-10 Volt.

Le serie RTVS8 e RTVS1 di controller di velocità del ventilatore a trasformatore sono controllati tramite comunicazione Modbus RTU. Il master Modbus della rete invia il livello di velocità richiesto (1 - 5) al registro Modbus di holding corrispondente del dispositivo slave RTVS8 o RTVS1. I sensori Sentera e i potenziometri con comunicazione Modbus possono essere combinati con questi controller di velocità. Sono anche compatibili con SenteraWeb cloud. Questo offre accesso remoto, la possibilità di ricevere notifiche, utilizzare il programma giornaliero-settimanale per diversi regimi di ventilazione, ecc. Le serie RTVS1 richiedono una tensione di alimentazione di 230 VAC, mentre le serie RTVS8 possono funzionare con una tensione di alimentazione compresa tra 115 e 230 VAC. Questo le rende più universalmente applicabili. Entrambe le serie controllano i motori monofase. Si riavviano automaticamente dopo un'interruzione dell'alimentazione e dispongono di un'uscita di allarme e rilevamento del surriscaldamento del motore (contatti TK del motore).

Controller di velocità del ventilatore a trasformatore con sensore di temperatura

Il controllo della velocità del ventilatore in base alla temperatura ambiente è ampiamente utilizzato nei settori agricolo e orticolo. Le gamme di prodotti di seguito vengono vendute in grandi quantità in questi settori. Hanno dimostrato la loro qualità e affidabilità per le applicazioni agricole e orticole.

Le serie GTH di controller di velocità del ventilatore a trasformatore funzionano in base alla temperatura ambiente. In modalità riscaldamento, il ventilatore viene attivato quando la temperatura misurata scende al di sotto della temperatura impostata. Quando la temperatura misurata è superiore alla temperatura selezionata, il ventilatore viene disattivato. L'uscita non regolata può controllare una valvola dell'acqua per regolare il flusso di acqua calda o un relè per attivare un riscaldatore elettrico. L'uscita non regolata viene attivata contemporaneamente al ventilatore. Quando il ventilatore è in funzione, il riscaldatore viene attivato. In modalità raffreddamento, la funzionalità è inversa. Tramite un jumper, è possibile selezionare la modalità riscaldamento o raffreddamento. È necessaria una sonda di temperatura PT500 opzionale per misurare la temperatura ambiente. Le serie GTH possono essere utilizzate per controllare motori monofase.
Le serie plug & play GTTE1 sono completamente pre-cablate. Un ventilatore di alimentazione e uno di estrazione possono essere collegati tramite le prese Schuko. Quando la temperatura ambiente diventa superiore alla temperatura impostata, la velocità del ventilatore aumenterà e il riscaldatore verrà disattivato. Quando la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura impostata, i ventilatori si fermano e il riscaldatore viene attivato. Le serie GTTE1 controllano motori monofase.