Un convertitore di frequenza è un sistema elettronico che consente una regolazione fluida della velocità di rotazione dei motori a corrente alternata trifase modificando la frequenza della tensione di alimentazione. Sono trascorsi molti anni dai primi convertitori, costruiti sulla base di tiristori. Nel corso del tempo, i convertitori hanno subito modifiche progettuali, ma il principio di funzionamento principale è rimasto invariato.
Le modifiche progettuali dei convertitori di frequenza sono dettate principalmente dalla continua crescita dell'automazione nell'industria. I processi di produzione vengono costantemente migliorati e si compiono sforzi per raggiungere la massima efficienza, affidabilità e qualità dei dispositivi. La progressiva miniaturizzazione, lo sviluppo dei sistemi a semiconduttore e l'uso sempre più diffuso dei convertitori di frequenza fanno sì che possiamo trovarli in quasi tutti i settori industriali. Conosciamo tutti il concetto di convertitore. Possiamo anche utilizzarlo più o meno, ma il criterio fondamentale che determina il corretto funzionamento del sistema di azionamento è la scelta appropriata del convertitore di frequenza.
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Fase 1 – Qual è la natura del carico sul motore elettrico?
È molto importante determinare come si presenta la caratteristica di coppia (coppia - forza generata sull'albero motore) in funzione della velocità per una data macchina. Generalmente, distinguiamo due tipi di tali carichi: coppia variabile e coppia costante. È necessario considerare quale delle due caratteristiche di carico più comuni si presenta in un dato caso. I carichi a coppia variabile sono quelli in cui la caratteristica di coppia cambia in funzione della velocità. Tali carichi includono azionamenti di pompe e ventilatori, per i quali la caratteristica di coppia è espressa al quadrato della velocità (M~1/ f2 ). All'aumentare della velocità di pompe centrifughe e ventilatori, la potenza assorbita dalla rete aumenta alla terza potenza. Pertanto, il massimo risparmio energetico può essere ottenuto regolando la velocità della pompa o del ventilatore.
Durante il normale funzionamento di pompe e ventilatori, la velocità viene regolata tra il 50 e il 90% della velocità nominale. Il carico aumenta con il quadrato della velocità e si attesta tra il 30% e l'80%. Per questo motivo, pompe e ventilatori sono solitamente sottocaricati e per questi possono essere selezionati convertitori di frequenza in base al cosiddetto "dual rating". Un esempio dall'offerta ANIRO: Convertitore serie IS7 Un motore con una potenza di 0,75 kW può essere utilizzato per una pompa o un ventilatore con una potenza di 1,5 kW - la selezione avviene tramite una serie di tipo inferiore a quella indicata sulla targhetta del motore. Per carichi a coppia variabile, è solitamente richiesto un sovraccarico non superiore al 120% di In per un periodo di 60 secondi (sottocarico).
I carichi a coppia costante sono quelli per i quali il valore di coppia rimane costante nel tempo. Se il carico del motore è costante, il motore deve essere in grado di generare una coppia maggiore della coppia del carico. La coppia in eccesso viene utilizzata per garantire l'adeguata accelerazione dell'albero motore. Il convertitore per tale carico dovrebbe essere in grado di generare il 60% della coppia in eccesso rispetto al carico, il che consente un controllo libero durante le variazioni di carico improvvise. La capacità di sovraccarico del convertitore per tali carichi è solitamente del 150% In per un periodo di 60 secondi. I carichi a coppia costante includono: nastri trasportatori lunghi, cippatrici, laminatoi, mulini, miscelatori, frantoi, ecc. I carichi a coppia costante sono più impegnativi e spesso, a differenza dei carichi a coppia variabile, viene selezionato un convertitore di tipo superiore. Diversamente da quanto indicato sulla targhetta del motore.
Una volta note le caratteristiche del carico, si può passare alla fase numero due: la targhetta del motore.
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Fase 2: grandezze elettriche che descrivono il motore?
Un fattore critico nella scelta di un convertitore sono le caratteristiche elettriche del motore azionato. Confrontare sempre i dati del convertitore con quelli riportati sulla targhetta del motore. Il convertitore deve essere selezionato in base alla corrente nominale del motore (non alla potenza) o alla potenza apparente assorbita dal motore (non alla potenza attiva). Quali parametri devono essere considerati? Innanzitutto, controlliamo la corrente nominale del motore e la sua tensione di alimentazione. I motori sono solitamente realizzati in modo tale che l'utente possa scegliere tra due standard di alimentazione, a seconda dei collegamenti interni dello statore (a stella e a triangolo). Pertanto, i motori fino a una potenza di circa 4 kW sono realizzati in modo tale che, se collegati a triangolo, funzionino con una tensione di 3x230 V CA e, se collegati a stella, con una tensione di 3x400 V CA. A questo punto, l'utente deve decidere come collegare il motore. Questo determina il tipo di convertitore da utilizzare (monofase o trifase). Dopo questo processo, conosciamo già la natura del carico che abbiamo e disponiamo di dati sulla tensione del motore e sulla sua corrente nominale.
Fase 3 – Qual è/dovrebbe essere la dinamica del sistema (avvio e arresto)?
Dobbiamo rispondere alla domanda: la nostra applicazione di guida richiede una dinamica molto elevata? Si verifica una frenata motore controllata frequente e improvvisa? Dobbiamo anche verificare se è necessaria una variazione improvvisa di velocità in caso di carico elevato? Se funziona con inerzie elevate? In tal caso, il nostro convertitore di frequenza Dovrebbero essere dotati di sistemi di frenatura o rigenerazione adeguati. Nelle applicazioni in cui le frenate sono molto frequenti, è consigliabile utilizzare un convertitore con possibilità di rigenerazione, ovvero di restituzione dell'energia elettrica alla rete. Durante la frenata, il motore diventa un generatore e l'energia ritorna al convertitore di frequenza. È necessario ricevere questa energia tramite un modulo di frenatura e una resistenza di frenatura o trasmetterla alla rete elettrica. In questa fase, è necessario determinare se il convertitore debba essere dotato di un modulo di frenatura e di una resistenza o se sia necessario un modulo rigenerativo. Solitamente, nelle applicazioni in cui è richiesto un arresto rapido e controllato o quando si lavora con inerzie impegnative (un ventilatore con pale di grandi dimensioni), è necessario utilizzare un sistema di supporto alla frenatura adeguato.
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Fase 4 – Luogo di installazione, condizioni ambientali?
Dopo aver condotto una ricerca così approfondita sulla nostra applicazione e sul nostro motore, era giunto il momento di pensare al luogo di installazione. Questo è molto importante per almeno alcuni motivi: quale grado di protezione IP dovrebbe avere il dispositivo? È esposto a umidità? Polvere? Vibrazioni? Qual è la temperatura ambiente? Il luogo di installazione è un ambiente industriale o residenziale?
Nell'industria alimentare, il grado di protezione IP 66 è richiesto a causa dei frequenti lavaggi dei dispositivi dopo la produzione. Se il dispositivo deve essere installato in un quadro elettrico che possiede già un grado di protezione IP adeguato, non è necessario pagare di più per un grado di protezione maggiore. Un normale grado di protezione IP20 è sufficiente. A seconda del luogo di installazione, il nostro convertitore dovrebbe anche essere dotato di un filtro EMC di classe adeguata. Per un ambiente residenziale, le restrizioni sono maggiori e il filtro dovrebbe essere di classe C2. Per un ambiente industriale, di classe C3. È consigliabile acquistare convertitori con filtro EMC integrato e induttore nel circuito CC. Ciò garantisce una minore generazione di interferenze, una minore distorsione di corrente e un migliore fattore di potenza.
Fase 5 – Accessori necessari, filtri, induttori, schede opzionali, comunicazione?
Alla fine, dovresti chiederti quali sono gli accessori aggiuntivi necessari, come: induttanze di ingresso/uscita , numerose schede opzionali di espansione (ingressi/uscite aggiuntivi, ingresso di arresto di sicurezza, PTC, alimentazione di emergenza, scheda PLC) o schede di comunicazione (profibus, modbus, ethernet, profinet, ethercat).
Un'analisi corretta del sistema di azionamento, del motore e del luogo di installazione garantisce la scelta del convertitore di frequenza corretto. Come descritto sopra. cinque passaggi per selezionare un convertitore consente un funzionamento senza guasti e a lungo termine del nostro sistema di azionamento. È importante ricordare che un convertitore di frequenza selezionato in modo errato o inadeguato può causare più danni che benefici.
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