Miglioramento dell'efficienza industriale con l'azionamento a frequenza variabile a bassa tensione

Il Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione (VFD), spesso chiamato semplicemente VFD o azionamento a velocità regolabile (ASD), è un componente fondamentale nelle moderne operazioni industriali e commerciali. La sua funzione principale è quella di controllare la velocità e la coppia di un motore a induzione CA trifase variando la frequenza e la tensione dell'energia elettrica fornita al motore. Operando nell'intervallo di bassa tensione, in genere inferiore 690 volt (V) , questi dispositivi sono ampiamente utilizzati praticamente in tutti i settori che utilizzano motori elettrici, dalla produzione e HVAC al trattamento delle acque e alla movimentazione dei materiali.

Funzionalità e funzionamento principali

Il operation of a Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione prevede tre fasi principali:

1. Raddrizzatore: Il incoming AC (alternating current) power from the mains is first converted into DC (direct current) power. This stage typically uses diodes or silicon-controlled rectifiers (SCRs).

2. Bus CC: Il converted DC power is then stored in a capacitor bank, which acts as a filter to smooth the power and provide a stable DC voltage.

3. Invertitore: Questa è la fase più cruciale. L'alimentazione CC viene riconvertita in alimentazione CA simulata utilizzando sofisticati interruttori elettronici di potenza, come i transistor bipolari a gate isolato (IGBT). Accendendo e spegnendo rapidamente questi transistor utilizzando una tecnica chiamata Modulazione di larghezza di impulso (PWM) , il VFD può creare un'uscita di frequenza e tensione variabile che controlla con precisione la velocità del motore.

Principali vantaggi nell'applicazione

Il adoption of a Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione offre numerosi vantaggi significativi rispetto ai tradizionali metodi di controllo del motore:

• Risparmio energetico: Questo è spesso il vantaggio più convincente. Per applicazioni come pompe e ventilatori, la potenza richiesta è proporzionale al cubo della riduzione della velocità (leggi di affinità). Riducendo, anche leggermente, la velocità del motore, il consumo energetico diminuisce drasticamente. Ciò porta a notevoli risparmi sui costi e a una ridotta impronta di carbonio.

• Miglioramento del controllo del processo: I VFD consentono un controllo della velocità preciso e continuo, consentendo una migliore regolazione del flusso, della pressione, della temperatura o di qualsiasi altra variabile controllata dal motore. Ciò si traduce in una maggiore qualità del prodotto e una migliore stabilità del processo.

• Stress meccanico ridotto: A Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione fornisce una funzionalità di avvio graduale, aumentando gradualmente la velocità del motore. Ciò elimina i forti shock meccanici ed elettrici associati all'avviamento "su tutta la linea", prolungando la durata del motore, degli ingranaggi, delle cinghie e delle apparecchiature azionate.

• Picco di domanda inferiore: Eliminando l'elevata corrente di spunto durante l'avvio, i VFD aiutano le strutture a gestire la domanda elettrica complessiva, il che può portare a una riduzione dei costi di fatturazione dei servizi pubblici in base ai picchi di utilizzo.

Considerazioni sulla progettazione e sulla selezione

Quando si specifica a Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione , gli ingegneri considerano diversi fattori per garantire prestazioni ottimali e compatibilità del sistema:

• Potenza motore (HP) e tensione: Il VFD must be sized to match the motor's nominal voltage and current ratings.

• Valutazione della custodia: Il VFD's enclosure must be suitable for the operating environment (e.g., NEMA 1 for indoor/clean areas, NEMA 4X for washdown/corrosive areas).

• Metodo di controllo: I moderni VFD utilizzano vari algoritmi di controllo, come ad esempio Volt per Hertz (V/Hz) , Controllo vettoriale senza sensore (SVC) , o Controllo vettoriale del flusso , con gli ultimi due che offrono un maggiore controllo della coppia, soprattutto alle basse velocità.

• Mitigazione armonica: Il switching process inside the VFD can create electrical harmonics that may distort the power quality of the electrical grid. Selecting a drive with built-in or external harmonic filters is often necessary to comply with power quality standards.

In conclusione, il Azionamento a frequenza variabile a bassa tensione è un elemento indispensabile della tecnologia industriale, che funge da pietra angolare per un funzionamento efficiente dal punto di vista energetico e un controllo di processo preciso e dinamico attraverso l'intero spettro di applicazioni motorizzate.