Spiegazione degli azionamenti CA: funzionamento, vantaggi, selezione e applicazioni dei VFD

Se si sta aggiornando un pannello di controllo del motore, il variatore di velocità determina la quantità di energia consumata dal motore e la precisione con cui è possibile controllarlo. In molti retrofit su carichi di ventole e pompe, installarne uno riduce il consumo energetico del 20-40%. Ma un convertitore di frequenza garantisce tali risparmi solo se è adatto al motore, al carico e all'ambiente di installazione. Questa guida spiega cosa sono gli azionamenti CA, come selezionarne uno e i dettagli di installazione che sono facili da trascurare.

Che cos'è un convertitore di frequenza CA

Un convertitore di frequenza è un dispositivo elettronico che controlla la velocità e la coppia di un motore a corrente alternata variando la frequenza e la tensione ad esso fornita. Viene anche chiamato azionamento a frequenza variabile o VFD e in alcuni settori è semplicemente noto come inverter.

L'azionamento riceve un'alimentazione CA fissa dalla rete o dal sistema di distribuzione dell'impianto e la converte in un'uscita controllata. I componenti principali all'interno sono il raddrizzatore, un bus CC, uno stadio inverter e una scheda di controllo. L'interfaccia operatore consente di impostare i parametri di velocità, accelerazione e protezione.

Come funzionano gli azionamenti CA

La velocità del motore a induzione è proporzionale alla frequenza della tensione di alimentazione. La velocità sincrona viene calcolata come 120 volte la frequenza divisa per il numero di poli. Quando il convertitore riduce la frequenza di uscita, il motore rallenta.

La tensione e la frequenza devono cambiare insieme. Mantenendo costante il rapporto tra tensione e frequenza si mantiene il flusso magnetico nel motore. A basse velocità, l'azionamento aggiunge un aumento di tensione per produrre una coppia di avviamento sufficiente.

Due piattaforme di controllo principali

Il controllo V/f è il metodo ad anello aperto. Imposta la tensione e la frequenza in base a una curva predeterminata ed è semplice, robusto e adatto alla maggior parte delle applicazioni di ventilatori, pompe e compressori. Il controllo vettoriale utilizza un algoritmo a circuito chiuso, spesso con un encoder, per regolare la coppia e la velocità con una precisione molto maggiore. Viene utilizzato su gru, ascensori, estrusori e macchine utensili in cui il carico cambia rapidamente.

Perché utilizzare gli azionamenti CA

Il motivo più forte per utilizzare un Azionamento CA è il risparmio energetico su carichi a velocità variabile. I ventilatori e le pompe centrifughe seguono le leggi dell'affinità: la potenza varia con il cubo della velocità. Riducendo la velocità dal 100% all'80% si modifica la potenza assorbita a circa il 51% del valore originale. Una ventola da 90 kW che funziona al 70% della velocità assorbe circa un terzo della potenza di cui avrebbe bisogno a piena velocità e, rispetto al controllo delle serrande, il risparmio è generalmente compreso tra il 40 e il 60%.

Oltre al risparmio, un azionamento migliora anche la coerenza del processo. Miscelatori, estrusori e macchine tessili fanno affidamento su una velocità stabile per mantenere ripetibile la qualità del prodotto. Nell'estrusione, una piccola variazione di velocità crea una differenza di spessore della linea che finisce come materiale di scarto. La funzione di accelerazione controllata riduce lo stress meccanico su cinghie, scatole del cambio e giunti, riducendo i costi di manutenzione e aumentando la durata delle apparecchiature.

L'avviamento diretto assorbe da sei a otto volte la corrente nominale del motore. Un convertitore limita la corrente di spunto a un valore compreso tra 1,5 e 2 volte la corrente nominale, riducendo il calo di tensione sulla linea dell'impianto e gli shock meccanici su ingranaggi, cinghie e alberi.

Tipi e applicazioni

Gli azionamenti CA sono generalmente raggruppati in base alla tensione di uscita. Gli azionamenti a bassa tensione coprono 200-690 V e vengono utilizzati per motori da poche centinaia di watt a circa 500 kW. Gli azionamenti a media tensione coprono 2,3-11 kV e servono motori ad alta potenza nella gamma dei megawatt.

Le applicazioni industriali comuni includono:

• Pompe e ventilatori centrifughi nel trattamento dell'acqua, HVAC e sistemi di caldaie
• Compressori d'aria in impianti con grandi variazioni di pressione
• Miscelatori, centrifughe e agitatori nella lavorazione chimica e alimentare
• Ascensori, gru a portale e montacarichi che richiedono cambi di velocità graduali
• Macchine utensili CNC, torni verticali e macchine da taglio rotative
• Estrusori e raffinatori nell'industria della gomma e della plastica

Raynen Technology pubblica anche soluzioni applicative per macchinari specifici, come retrofit per il risparmio energetico di compressori d'aria, sistemi di ventilazione per caldaie, ventilatori per aerazione per il trattamento delle acque reflue, fornitura di acqua a pressione costante ed estrusori a vite. La stessa piattaforma di azionamento può essere configurata per adattarsi a questi progetti meccanici.

Come selezionare un convertitore di frequenza CA

Iniziare dalla targa del motore, non da un catalogo. La classificazione del convertitore dovrebbe essere basata sulla corrente del motore piuttosto che sulla potenza del motore. Per carichi a coppia variabile come ventilatori e pompe, l'azionamento può spesso avere le stesse dimensioni del motore. Per carichi a coppia costante, lasciare un margine di una o due taglie di convertitore sopra la potenza nominale del motore.

La caratteristica della coppia di carico è la prima cosa da identificare. I carichi a coppia variabile hanno una coppia che aumenta con il quadrato della velocità. I carichi a coppia costante forniscono la stessa coppia in tutto l'intervallo di velocità, mentre i carichi a potenza costante riducono la coppia all'aumentare della velocità.

Altri fattori includono la temperatura ambiente, l'altitudine e il tipo di custodia. La maggior parte delle unità viene declassata sopra i 40 gradi Celsius e sopra i 1000 m di altitudine. Se il cavo motore è più lungo di 50 m, richiedere una reattanza di uscita per proteggere l'avvolgimento del motore dai picchi di tensione riflessa.

Se è necessario monitorare l'azionamento da un PLC o SCADA, verificare quale interfaccia di comunicazione è disponibile. Gli ambienti polverosi, umidi o chimicamente aggressivi richiedono un grado di protezione dall'ingresso più elevato o una custodia adeguata.

Considerazioni sull'installazione e sull'approvvigionamento

La distorsione armonica è un problema comune quando più azionamenti sono alimentati dallo stesso trasformatore. L'aggiunta di una reattanza di linea o di un'induttanza CC riduce la distorsione di corrente e solitamente rappresenta un modo economico per soddisfare i limiti locali di qualità dell'alimentazione.

Frenatura: se il carico può sovraccaricare il motore, ad esempio una gru che abbassa un carico o un trasportatore che si ferma con un carico pesante, è necessario un resistore di frenatura dinamica o un'unità rigenerativa.

Non dimenticare mai la documentazione e il supporto post-vendita. Richiedi il manuale utente, gli schemi elettrici e il software di configurazione nella lingua utilizzata dai tuoi tecnici. Raynen Technology pubblica questi materiali nei suoi centro download . Se il fornitore dell'azionamento non fornisce questi articoli in anticipo, si rischiano tempi di messa in servizio più lunghi e costi di riparazione più elevati in seguito. Per un motore e un carico specifici, il supporto tecnico è il posto giusto per verificare il dimensionamento e la compatibilità dell'unità prima di effettuare l'ordine.

Azionamenti Raynen per applicazioni industriali AC

Raynen Technology, il marchio di automazione industriale dietro raynendrive.com, progetta e produce azionamenti CA insieme ad avviatori statici, servosistemi, PLC e interfacce uomo-macchina. La società è stata fondata nel 2007 ed è quotata alla Borsa di Shanghai. Il portafoglio di prodotti è destinato a coprire i livelli di controllo, azionamento ed esecuzione di una macchina completa.

Per applicazioni tessili, pompe e ventilatori standard a bassa tensione, l'azionamento RVE21 Smart fornisce una soluzione compatta e facile da usare con un'impostazione semplice dei parametri. Quando il processo richiede un controllo preciso della velocità e della coppia, l'azionamento vettoriale RVE32 offre prestazioni a circuito chiuso per gru, ascensori, miscelatori e macchine utensili. Per i motori ad alta potenza nei servizi di approvvigionamento idrico e petrolchimico, la serie RVE1000 gestisce l'alimentazione a media tensione fino a 11 kV.

Il catalogo dell'azienda comprende anche soft starter a bassa e media tensione, PLC, HMI, servomotori e servoazionamenti. Questa ampiezza è importante per due ragioni. Innanzitutto, puoi ottenere un supporto tecnico coerente da un unico fornitore. In secondo luogo, l'azionamento può essere integrato con un sistema di controllo completo che include il PLC e l'HMI, velocizzando la messa in servizio.

RVE21 Convertitore CA intelligente a bassa tensione per motori da 55-200 kW La serie RVE21 offre un ampio intervallo di tensione e una capacità di sovraccarico fino al 200%, con uno schermo rimovibile per l'installazione affiancata. Il design delle vie aeree indipendenti garantisce un raffreddamento affidabile, rendendolo una scelta conveniente per l'integrazione con sistemi PLC e HMI. Visualizza il prodotto →

Azionamento vettoriale AC RVE32 per applicazioni ad alta potenza fino a 800 kW La serie RVE32 è dotata di controllo vettoriale sensorless e adattamento automatico dei parametri del loop, che non richiede debug. Disponibile con guscio in plastica o ferro con standard Modbus, si adatta a esigenze di alta potenza da 250 a 800 kW con display a doppia riga. Visualizza il prodotto →

Convertitore di frequenza in media tensione RVE1000 per il controllo diretto di motori ad alta tensione La serie RVE1000 utilizza il collegamento in cascata di ponti H multistadio per la sovrapposizione di tensione e il controllo ARM/DSP, consentendo l'azionamento diretto di motori ad alta tensione senza filtri. Progettato per il controllo master-slave dei nastri trasportatori, serve le industrie chimiche, di sollevamento, dei compressori d'aria e dell'acciaio. Visualizza il prodotto →

Il giusto convertitore di frequenza consente di risparmiare energia, migliorare la stabilità del processo e proteggere il motore e le apparecchiature a valle. Selezionarlo dalla targhetta del motore, confermare il tipo di carico e verificare i requisiti ambientali e di comunicazione. Se hai un'applicazione specifica, utilizza il team di supporto tecnico di Raynen per confermare il dimensionamento e la documentazione completa prima di effettuare un ordine.