Gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) trifase sono componenti indispensabili nei moderni ambienti industriali e commerciali, poiché offrono un controllo preciso sulla velocità del motore, sulla coppia e sulle prestazioni complessive. In qualità di fornitore affidabile di VFD trifase, conosco bene le complessità tecniche e le applicazioni pratiche di questi straordinari dispositivi. Questo blog mira a demistificare il funzionamento dei VFD trifase e spiegare come controllano efficacemente la velocità del motore.
Comprendere le nozioni di base sui motori trifase e sui VFD
Prima di approfondire il modo in cui un VFD trifase controlla la velocità del motore, è essenziale comprendere i principi rudimentali dei motori trifase. I motori trifase sono un punto fermo nelle applicazioni industriali grazie alla loro elevata efficienza, affidabilità e funzionamento regolare. Si basano su un campo magnetico rotante generato da tre correnti alternate sfasate di 120 gradi tra loro. La velocità di un motore trifase è governata dalla frequenza di alimentazione e dal numero di poli del motore, come descritto dalla formula:
[n=\frac{120f}{p}]
Dove (n) è la velocità sincrona del motore in giri al minuto (RPM), (f) è la frequenza dell'alimentazione in Hertz (Hz) e (p) è il numero di poli del motore.
Un VFD trifase, invece, è un dispositivo elettronico in grado di variare la frequenza e la tensione fornita a un motore trifase. Regolando questi parametri, il VFD può controllare la velocità del motore in un ampio intervallo, fornendo un elevato livello di flessibilità ed efficienza.
Componenti di un VFD trifase
Un tipico VFD trifase è costituito da tre sezioni principali: il raddrizzatore, il bus CC e l'inverter.
1. Raddrizzatore
Il raddrizzatore è la sezione front-end del VFD. La sua funzione principale è convertire l'energia CA trifase in ingresso in energia CC. Ciò si ottiene attraverso una serie di diodi o tiristori. Nella maggior parte dei VFD moderni, viene comunemente utilizzato un raddrizzatore a ponte a diodi. Il raddrizzatore prende la corrente alternata, che ha una tensione e una direzione in costante cambiamento, e la converte in una tensione continua pulsante.
2. Bus CC
Il bus DC è una sezione di accumulo e filtraggio dell'energia. Uniforma la tensione CC pulsante prodotta dal raddrizzatore in una tensione CC relativamente stabile. I condensatori vengono generalmente utilizzati nel bus CC per immagazzinare energia elettrica e ridurre l'ondulazione di tensione. Questa tensione continua stabile funge da ingresso per la fase successiva, l'inverter.
3. Invertitore
L'inverter è il cuore del VFD quando si tratta di controllo della velocità. Prende la tensione CC dal bus CC e la riconverte in tensione CA trifase. La chiave qui è che la frequenza e la tensione dell'uscita CA possono essere regolate con precisione. L'inverter utilizza transistor bipolari a gate isolato (IGBT) o altri dispositivi di commutazione ad alta potenza per attivare e disattivare rapidamente la tensione CC, creando una forma d'onda CA equivalente con la frequenza e la tensione desiderate.
Come un VFD trifase controlla la velocità del motore
Il controllo della velocità di un motore trifase tramite VFD si basa principalmente sul principio della variazione della frequenza di alimentazione. Come accennato in precedenza, la velocità sincrona di un motore trifase è direttamente proporzionale alla frequenza di alimentazione. Quindi, alterando la frequenza di uscita del VFD, possiamo cambiare la velocità del motore.
Oltre alla frequenza, il VFD regola anche la tensione di uscita in base alla frequenza per mantenere un rapporto volt per hertz (V/Hz) costante. Questo è fondamentale perché il campo magnetico nel motore è determinato dal rapporto V/Hz. Se la tensione è troppo elevata rispetto alla frequenza, il motore potrebbe surriscaldarsi a causa dell'eccessivo flusso magnetico. Al contrario, se la tensione è troppo bassa, il motore potrebbe non avere una coppia sufficiente per funzionare correttamente.
Ad esempio, quando vogliamo ridurre la velocità del motore, il VFD diminuisce la frequenza di uscita. Allo stesso tempo, riduce proporzionalmente la tensione di uscita per mantenere costante il rapporto V/Hz. In questo modo, il motore può funzionare in modo efficiente a una velocità inferiore con la coppia appropriata. Allo stesso modo, quando si aumenta la velocità del motore, il VFD aumenta la frequenza e la tensione in modo coordinato.
Funzionalità avanzate di controllo della velocità
Oltre al controllo di velocità di base basato sulla frequenza, i moderni VFD trifase offrono una vasta gamma di funzionalità avanzate per migliorare le prestazioni e l'efficienza del motore.
Sensore: meno controllo vettoriale
Il controllo vettoriale senza sensore è un sofisticato algoritmo di controllo utilizzato in molti VFD. Consente al VFD di controllare la coppia e la velocità del motore in modo indipendente, anche senza l'uso di sensori di velocità esterni. Analizzando la corrente e la tensione del motore, il VFD può stimare la posizione del rotore del motore e regolare di conseguenza l'uscita. Ciò si traduce in un controllo della velocità più preciso, una migliore risposta dinamica e una migliore efficienza energetica.
Chiuso - Controllo del circuito
In alcune applicazioni in cui è richiesta una precisione estremamente elevata, è possibile utilizzare il controllo ad anello chiuso. Ciò comporta l'utilizzo di un sensore di velocità, come un encoder, per fornire feedback al VFD. Il VFD confronta la velocità effettiva del motore con la velocità impostata ed effettua regolazioni in tempo reale alla frequenza e alla tensione di uscita per ridurre al minimo l'errore di velocità. Il controllo a circuito chiuso è comunemente utilizzato in applicazioni quali macchine utensili, robotica e sistemi di trasporto.
Applicazioni dei VFD trifase
I VFD trifase trovano applicazioni in un'ampia gamma di settori, dalla produzione ai sistemi HVAC.
Produzione industriale
Negli impianti di produzione, i VFD vengono utilizzati per controllare la velocità di nastri trasportatori, pompe, ventilatori e macchine utensili. Regolando la velocità del motore in base alle esigenze di produzione, questi sistemi possono funzionare in modo più efficiente, ridurre il consumo energetico e migliorare la qualità del prodotto. Ad esempio, un nastro trasportatore può essere rallentato durante il processo di carico e scarico e poi accelerato durante la fase di trasporto.
Sistemi HVAC
I sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) utilizzano spesso VFD trifase per controllare la velocità di ventilatori e pompe. Ciò consente al sistema di regolare il flusso d'aria e il flusso d'acqua in base alla domanda effettiva, con conseguente notevole risparmio energetico. Ad esempio, in un grande edificio per uffici, il VFD può rallentare i ventilatori durante le ore non di punta, quando l'edificio è meno occupato.
Consigli sui prodotti
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Conclusione
I VFD trifase sono strumenti potenti per il controllo della velocità del motore, offrendo numerosi vantaggi come risparmio energetico, migliore efficienza e controllo preciso. Comprendendo come funzionano e le loro funzionalità avanzate, puoi prendere decisioni informate quando selezioni un VFD per la tua applicazione specifica. Che tu operi nel settore della produzione industriale, dell'HVAC o di qualsiasi altro settore che richieda il controllo della velocità del motore, la nostra azienda può fornire VFD trifase di alta qualità per soddisfare le tue esigenze.
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Riferimenti
- Chapman, SJ (2012). Fondamenti di macchine elettriche. McGraw-Hill.
- Bolton, W. (2016). Elettronica industriale. Routledge.