Convertitori di frequenza
Un inverter di frequenza, noto anche come variatore di frequenza (VFD) o azionamento a velocità variabile, è un dispositivo che controlla la velocità di un motore elettrico variando la frequenza e la tensione dell'alimentazione ad esso fornita. In termini più semplici, funziona come una manopola sofisticata per il tuo motore, consentendoti di regolare la sua velocità in modo rapido o lento.
Il principale vantaggio di un inverter di frequenza risiede nella sua capacità di migliorare l'efficienza energetica e ottimizzare le prestazioni del motore. Regolando dinamicamente la velocità del motore per adattarla alle effettive esigenze di un compito, un inverter di frequenza impedisce un consumo energetico non necessario. Questo è particolarmente vantaggioso nelle applicazioni in cui il carico fluttua o quando una velocità costante non è essenziale, come nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria.
Inoltre, gli inverter di frequenza prolungano la vita utile dei motori riducendo l'usura associata agli avvii e arresti bruschi. Forniscono anche un controllo preciso, migliorando la precisione complessiva e la qualità dei processi. Negli ambienti industriali, dove i motori elettrici svolgono un ruolo cruciale, l'integrazione degli inverter di frequenza contribuisce al risparmio dei costi, alla sostenibilità ambientale e al funzionamento più affidabile delle macchine. In sostanza, un inverter di frequenza è come un acceleratore intelligente per i motori elettrici, offrendo flessibilità, efficienza e longevità.
Differenza tra Inverter di Frequenza e Regolatore di Velocità per ventilatore
La differenza principale tra un convertitore di frequenza e un regolatore di velocità del ventilatore non è facile da spiegare in termini non tecnici. Ecco comunque un tentativo. Un convertitore di frequenza offre un controllo ottimale del motore perché può regolare non solo la tensione, ma anche la frequenza. Questo ha il vantaggio che il motore può essere controllato in modo molto più efficiente e preciso. Gli svantaggi di questa tecnologia sono la sua complessità e il prezzo. Un regolatore di velocità per ventilatori può solo regolare la tensione del motore. Ciò viene fatto semplicemente tagliando parti della tensione fornita con la tecnologia TRIAC (controllo ad angolo di fase). Il vantaggio di ciò è che sono necessari meno costosi componenti elettronici e che il dispositivo può essere messo in funzione immediatamente. Un convertitore di frequenza deve prima essere configurato prima di poter essere messo in funzione.
Modulazione a Larghezza di Impulsi per il Controllo Ottimale del Motore
Gli inverter di frequenza, chiamati anche variatori di velocità, forniscono un controllo della velocità infinitamente variabile per le ventole AC. Il lettore attento sa che anche i regolatori elettronici di velocità delle ventole discussi in precedenza lo fanno. Quindi qual è la differenza? Un convertitore di frequenza utilizza la modulazione a larghezza di impulsi (PWM), la tecnologia IGBT, per regolare la tensione e la frequenza del motore. Con il PWM, si ottiene un controllo del motore eccezionalmente silenzioso in tutte le circostanze e una tensione del motore quasi perfettamente sinusoidale. A seconda delle impostazioni, il convertitore di frequenza stesso può funzionare anche in modo molto silenzioso.
Poiché un convertitore di frequenza passa frequentemente da corrente continua a corrente alternata, può causare inquinamento EMC in altri dispositivi collegati alla stessa rete elettrica. Per ridurre questa contaminazione EMC, sono stati sviluppati filtri speciali (costosi). Un convertitore di frequenza ha anche un costo di configurazione elevato rispetto ad altri regolatori di velocità per ventilatore a causa della sua intrinseca complessità. In poche parole, i convertitori di frequenza sono più costosi dei regolatori elettronici di velocità per ventilatori, più complicati da configurare e potrebbero richiedere alcuni strumenti aggiuntivi, ma offrono un controllo molto preciso del motore. Questi regolatori di velocità sono molto efficienti dal punto di vista energetico e in grado di controllare correnti di motore elevate.
La velocità del motore desiderata può essere regolata tramite i comandi integrati sul dispositivo stesso (potenziometro o pulsanti). È anche possibile regolare la velocità del motore a distanza tramite Modbus RTU o un segnale di controllo analogico (ad es. segnale 0-10 Volt).
Inquinamento Elettromagnetico
L'inquinamento elettromagnetico causato dagli inverter di frequenza si riferisce alle interferenze elettromagnetiche non intenzionali che possono generare, influenzando potenzialmente dispositivi elettronici e sistemi di comunicazione nelle vicinanze. Questa interferenza può manifestarsi come interruzioni, glitch o malfunzionamenti in radio, TV e altri apparecchi sensibili. I rischi associati all'inquinamento elettromagnetico includono una compromessa prestazione e affidabilità dei dispositivi elettronici nelle vicinanze, che possono essere cruciali in ambienti residenziali o industriali.
Per evitare questi problemi, è cruciale implementare misure di mitigazione. I filtri di compatibilità elettromagnetica (EMC) standard integrati nei nostri inverter di frequenza aiutano a sopprimere le interferenze elettromagnetiche, evitando che si irradiano nell'ambiente circostante. La messa a terra corretta e la schermatura dei cavi giocano anche un ruolo nel minimizzare l'inquinamento elettromagnetico. Pratiche di installazione, come mantenere distanze adeguate tra attrezzature sensibili (ad es. cavi dati, segnali analogici, cavi di comunicazione, ecc.) e potenziali fonti di inquinamento elettromagnetico (ad es. cavi di alimentazione, motori elettrici, inverter di frequenza, ecc.), possono ridurre ulteriormente il rischio di interferenze.
Cos'è un motore elettrico?
Un motore elettrico è una macchina che converte l'energia elettrica in energia meccanica. L'interazione di un campo magnetico e corrente elettrica in una bobina (avvolgimento del motore) genera una forza (coppia) sull'albero del motore. Un motore ha una parte mobile, il rotore, e una parte fissa, lo statore. Nella maggior parte dei classici motori AC, gli avvolgimenti del motore (bobine) sono integrati nello statore. La corrente alternata elettrica che scorre negli avvolgimenti dello statore genera un campo magnetico rotante. Il campo magnetico del rotore segue il campo magnetico stazionario rotante. Questo principio fa ruotare un motore elettrico.
I motori asincroni di solito hanno un rotore a gabbia di scoiattolo. Il campo magnetico stazionario induce correnti negli avvolgimenti del rotore (legge di Faraday dell'induzione). Queste correnti elettriche negli avvolgimenti del rotore generano il campo magnetico del rotore. I motori sincroni di solito hanno un rotore con magneti permanenti. In questo caso, i magneti permanenti seguono il campo stazionario rotante.
Protezione Termica per i Motori AC
Un motore AC è un dispositivo robusto con una lunga durata. Tuttavia, far funzionare un motore AC a bassa velocità per un periodo di tempo prolungato non è privo di rischi. A basse velocità, il motore si raffredda meno. Ciò può causare il surriscaldamento degli avvolgimenti del motore, con conseguente degrado dell'isolamento. Questo può causare perdite elettriche, cortocircuiti e, alla fine, il guasto del motore. Per evitare il guasto del motore, è importante impedire che il motore si surriscaldi. A questo scopo, molti motori AC sono dotati di contatti termici, chiamati anche TK. Questi contatti termici misurano la temperatura negli avvolgimenti del motore. In caso di surriscaldamento del motore, i contatti TK si aprono. Alcuni regolatori di velocità per ventilatori forniscono una protezione aggiuntiva contro il surriscaldamento tramite la loro funzione di monitoraggio TK, che disattiva il motore in caso di surriscaldamento per evitare danni al motore. Allo stesso tempo, l'uscita di allarme viene abilitata per indicare un problema al motore.
Perché è Necessario Controllare la Velocità del Ventilatore?
Un motore a piena velocità è rumoroso, consuma molta energia, costa denaro e aumenta le perdite di calore. Se riduciamo la velocità del ventilatore, il motore farà meno rumore, consumerà meno energia e questo, a sua volta, ridurrà i costi operativi del sistema di ventilazione. Tutto ciò serve ad aumentare il comfort degli abitanti. Perché non dovremmo semplicemente acquistare un motore più piccolo se fosse questo il caso? Un motore deve essere a piena capacità, ad esempio quando c'è una grande folla in una singola stanza. Un motore dovrà anche funzionare più velocemente quando la temperatura o l'umidità relativa differiscono troppo dall'esterno. In altre parole, per regolare la qualità dell'aria interna, è necessario regolare le velocità del motore e del ventilatore.
Risparmi Energetici - Un altro vantaggio del controllo della velocità del ventilatore è il risparmio energetico. Se non controllassimo la velocità del ventilatore, ma facessimo funzionare il motore a piena velocità, ci sarebbe certamente un sufficiente apporto di aria fresca. Ma anche una leggera riduzione della velocità del ventilatore ha un impatto significativo sul consumo di energia elettrico. Un tipico ventilatore HVAC segue una curva di coppia quadratica. A seconda del tipo di motore, una riduzione del 25% del flusso volumetrico dell'aria corrisponde al 50% in meno di consumo energetico. Inoltre, una velocità del flusso d'aria più bassa comporta anche un funzionamento più silenzioso.
Prolungamento della Vita Utile - I filtri dell'aria durano più a lungo quando si riduce il flusso volumetrico dell'aria. Questo è logico; più aria passa attraverso i filtri, maggiore è il rischio di contaminazione dei filtri. Un flusso volumetrico dell'aria ridotto ha anche un effetto positivo sulla durata utile delle parti meccaniche del ventilatore. Questi prolungati intervalli di manutenzione riducono i costi operativi e i costi totali di vita.
Minimizzare le Perdite di Calore - In climi più freddi e moderati, l'aria calda interna estratta viene sostituita da aria fresca che può essere molto più fredda. Ciò significa che se ventilassimo, dovremmo spendere più energia per il riscaldamento. I moderni sistemi di ventilazione sono dotati di uno scambiatore di calore per minimizzare tali perdite di calore. Tuttavia, è possibile risparmiare ulteriore energia riducendo la velocità del ventilatore quando possibile. Misurando la qualità dell'aria interna, la velocità della ventola può essere continuamente ottimizzata garantendo nel contempo la qualità dell'aria interna.