Come fornitore di unità a frequenza variabile a tre fasi (VFD), ho riscontrato numerose indagini su come questi dispositivi sofisticati operano in ambienti corrosivi. Questo argomento è di fondamentale importanza poiché molte applicazioni industriali, come impianti di lavorazione chimica, impianti di trattamento delle acque reflue e piattaforme petrolifere offshore, espongono le attrezzature a sostanze altamente corrosive. Comprendere i meccanismi operativi e le sfide dei VFD a tre fasi in condizioni così difficili è cruciale per garantire prestazioni e longevità affidabili.
Principi di base della operazione VFD a tre fasi
Prima di approfondire le specifiche del funzionamento in ambienti corrosivi, è essenziale cogliere i principi fondamentali di AVFD a tre fasi. Un VFD a tre fasi è un dispositivo elettronico che controlla la velocità di un motore AC trifase variando la frequenza e la tensione fornite al motore. È costituito da tre sezioni principali: il raddrizzatore, il bus DC e l'inverter.
La sezione del rettificatore converte la potenza CA trifase in arrivo in potenza CC. Questo è in genere ottenuto utilizzando una serie di diodi o tiristi disposti in una configurazione del ponte. La potenza DC viene quindi conservata nel bus CC, che consiste in condensatori che aiutano a appianare la tensione DC e fornire una fonte di alimentazione stabile per l'inverter.
La sezione Inverter è responsabile della conversione della potenza CC in potenza CA trifase con una frequenza e una tensione variabili. Ciò si ottiene utilizzando dispositivi a semiconduttore di potenza come transistor bipolari isolati-gate (IGBT) o transistor ad effetto di campo-semiconduttore (MOSFET). Controllando la commutazione di questi dispositivi, l'inverter può generare una tensione di uscita e una frequenza che corrisponde ai requisiti del motore.
Sfide in ambienti corrosivi
Gli ambienti corrosivi pongono diverse sfide per il funzionamento di VFD a tre fasi. La preoccupazione principale è la degradazione dei componenti elettronici a causa della presenza di sostanze corrosive come acidi, alcali, sali e umidità. Queste sostanze possono causare la corrosione dei circuiti stampati (PCB), connettori e altri componenti metallici, portando a guasti elettrici, cortometraggi e prestazioni ridotte.
Un'altra sfida è l'accumulo di polvere, sporcizia e altri contaminanti sulla superficie del VFD e all'interno del suo recinto. In ambienti corrosivi, questi contaminanti possono reagire con le sostanze corrosive per formare percorsi conduttivi, che possono causare interferenze elettriche e danni ai componenti elettronici. Inoltre, la presenza di umidità può promuovere la crescita di muffe e batteri, che può ulteriormente degradare le prestazioni del VFD.
Misure protettive
Per garantire il funzionamento affidabile dei VFD a tre fasi in ambienti corrosivi, è possibile implementare diverse misure di protezione. Queste misure possono essere ampiamente classificate in due tipi: protezione fisica e protezione elettrica.
Protezione fisica
- Design del recinto: Il VFD dovrebbe essere ospitato in un involucro adatto che fornisce protezione contro l'ingresso di sostanze corrosive, polvere e umidità. Il recinto dovrebbe essere realizzato con un materiale resistente alla corrosione come acciaio inossidabile o fibra di vetro e dovrebbe avere un alto grado di valutazione della protezione dell'ingresso (IP). Ad esempio, un involucro di classificazione IP66 fornisce una protezione completa contro l'ingresso di polvere e la protezione contro potenti getti d'acqua.
- Rivestimento e placcatura: I PCB e altri componenti metallici del VFD possono essere rivestiti o placcati con un materiale resistente alla corrosione come rivestimento conforme o nichel. Il rivestimento conforme è un sottile strato di materiale protettivo che viene applicato al PCB per impedire l'ingresso di umidità, polvere e sostanze corrosive. La placcatura del nichel è un processo di depositazione di uno strato di nichel sulla superficie del componente metallico per fornire una barriera contro la corrosione.
- Filtraggio e ventilazione: La custodia VFD deve essere dotata di filtri e sistemi di ventilazione per prevenire l'accumulo di polvere, sporco e altri contaminanti. I filtri devono essere progettati per rimuovere il particolato e i gas corrosivi dall'aria che entrano nel recinto. Il sistema di ventilazione dovrebbe essere progettato per mantenere una pressione positiva all'interno del contenitore per prevenire l'ingresso di sostanze corrosive.
Protezione elettrica
- Protezione da sovratensione: Gli ambienti corrosivi sono spesso soggetti a ondate elettriche a causa di fulmini, disturbi della rete elettrica e altri fattori. Il VFD deve essere dotato di dispositivi di protezione da sovratensione come varisti di ossido di metallo (MUSS) o tubi di scarico del gas (GDT) per proteggere i componenti elettronici dai danni causati da ondate elettriche.
- Terra e legame: La messa a terra e il legame adeguate sono essenziali per garantire la sicurezza e l'affidabilità del VFD in ambienti corrosivi. Il VFD deve essere messo a terra a un sistema di terra a bassa impedenza per impedire l'accumulo di elettricità statica e per fornire un percorso per i guasti elettrici. Il recinto e altri componenti metallici del VFD devono essere uniti per garantire la continuità elettrica e per prevenire la formazione di differenze potenziali elettriche.
- Sistemi di monitoraggio e diagnostica: Il VFD dovrebbe essere dotato di sistemi di monitoraggio e diagnostica per rilevare e diagnosticare eventuali problemi prima che causino danni significativi. Questi sistemi possono monitorare i parametri come temperatura, tensione, corrente e frequenza e possono fornire avvisi e avvertimenti quando vengono rilevate condizioni anormali.
Casi studio
Per illustrare l'importanza delle misure protettive in ambienti corrosivi, consideriamo alcuni casi studio.
Impianto di lavorazione chimica
Un impianto di lavorazione chimica stava vivendo frequenti fallimenti dei suoi VFD a tre fasi a causa della natura corrosiva delle sostanze chimiche utilizzate nel processo di produzione. I VFD sono stati alloggiati in recinti standard che hanno fornito una protezione limitata contro l'ingresso di sostanze corrosive. Di conseguenza, i PCB e altri componenti metallici dei VFD sono stati corrosi, portando a guasti elettrici e prestazioni ridotte.
Per risolvere questo problema, l'impianto ha sostituito le custodie standard con recinti in acciaio inossidabile con classifica IP66 e ha rivestito i PCB con un rivestimento conforme. Inoltre, l'impianto ha installato un sistema di filtraggio e ventilazione per impedire l'accumulo di polvere e contaminanti all'interno dei recinti. Queste misure hanno migliorato significativamente l'affidabilità dei VFD e hanno ridotto la frequenza dei guasti.
Struttura per il trattamento delle acque reflue
Una struttura di trattamento delle acque reflue stava utilizzando VFD a tre fasi per controllare la velocità delle pompe e dei soffiatori nel processo di trattamento. I VFD erano situati in un ambiente umido e umido, che era favorevole alla crescita di muffe e batteri. La presenza di umidità e stampo ha causato la corrosione dei PCB e altri componenti metallici dei VFD, portando a guasti elettrici e prestazioni ridotte.
Per risolvere questo problema, la struttura ha installato un sistema di deumidificazione per ridurre l'umidità all'interno delle custodie VFD. Inoltre, la struttura ha rivestito i PCB con un rivestimento conforme fungicida per prevenire la crescita di muffe e batteri. Queste misure hanno eliminato efficacemente i problemi di corrosione e migliorato l'affidabilità dei VFD.
Conclusione
In conclusione, il funzionamento di un VFD a tre fasi in un ambiente corrosivo richiede un'attenta considerazione delle sfide e l'implementazione di misure protettive adeguate. Comprendendo i principi di base dell'operazione VFD, identificando le potenziali sfide in ambienti corrosivi e implementando misure di protezione fisica ed elettrica, è possibile garantire le prestazioni e la longevità affidabili del VFD.
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Riferimenti
- Dorf, RC e Bishop, RH (2016). Sistemi di controllo moderni. Pearson.
- Mohan, N., Underland, TM e Robbins, WP (2012). Elettronica di potenza: convertitori, applicazioni e design. Wiley.
- Sen, PC (2010). Principi di macchine elettriche ed elettronica di alimentazione. Wiley.