Un azionamento a frequenza variabile (VFD), noto anche come azionamento a frequenza regolabile, azionamento a velocità regolabile, inverter o azionamento CA, è un tipo di controller del motore che aziona un motore elettrico variando la frequenza e la tensione fornita al motore elettrico. In qualità di fornitore di VFD, mi viene spesso chiesto in che modo un VFD influisce sulla coppia del motore. In questo post del blog approfondirò la relazione tra VFD e coppia del motore, esplorandone i principi, i fattori e le implicazioni pratiche.
Comprendere la coppia del motore
Prima di discutere in che modo un VFD influisce sulla coppia del motore, è essenziale capire cos'è la coppia del motore. La coppia è la forza di rotazione prodotta dal motore, che è responsabile della guida del carico. Si misura in Newton - metri (N·m) o piedi - libbre (ft - lb). La quantità di coppia che un motore può produrre dipende da diversi fattori, tra cui la progettazione del motore, la tensione applicata e la frequenza dell'alimentazione.
In un motore CA standard, la caratteristica coppia-velocità è relativamente fissa. A basse velocità, il motore può produrre una coppia elevata, utile per avviare carichi pesanti. All'aumentare della velocità, la coppia in genere diminuisce. Questa caratteristica è determinata dal campo magnetico del motore e dall'interazione tra statore e rotore.
Come funzionano i VFD
Un VFD funziona convertendo l'alimentazione CA in ingresso in alimentazione CC attraverso un raddrizzatore. Quindi, una sezione inverter converte la potenza CC in potenza CA con frequenza e tensione variabili. Regolando la frequenza e la tensione, il VFD può controllare la velocità e la coppia del motore.
Il principio di base alla base di un VFD è il rapporto V/f (tensione-frequenza). In un motore CA, il flusso magnetico nel motore è proporzionale al rapporto V/f. Per mantenere un flusso magnetico costante (e quindi una capacità di produzione di coppia costante), la tensione deve essere regolata in proporzione alla frequenza. Ad esempio, se la frequenza viene ridotta alla metà della frequenza nominale, anche la tensione dovrebbe essere ridotta alla metà per mantenere costante il rapporto V/f.
Effetti dei VFD sulla coppia del motore
Funzionamento a coppia costante
In molte applicazioni, come trasportatori, pompe volumetriche e paranchi, è richiesta una coppia costante su un ampio intervallo di velocità. Un VFD può ottenere un funzionamento a coppia costante mantenendo un rapporto V/f costante. Quando si diminuisce la frequenza, anche la tensione diminuisce proporzionalmente, garantendo che il flusso magnetico nel motore rimanga costante. Di conseguenza, il motore può produrre la stessa quantità di coppia a velocità inferiori rispetto alla velocità nominale.
Ad esempio, se un motore ha una coppia nominale di 100 N·m a 1500 giri/min e 50 Hz, quando il VFD riduce la frequenza a 25 Hz, anche la tensione viene dimezzata. Il motore può ancora produrre 100 N·m di coppia a 750 giri/min, consentendogli di azionare efficacemente il carico a una velocità inferiore. Questo funzionamento a coppia costante è fondamentale per le applicazioni in cui il carico richiede una quantità costante di forza indipendentemente dalla velocità.
Funzionamento a coppia variabile
Alcune applicazioni, come le pompe centrifughe e i ventilatori, hanno requisiti di coppia variabili. La coppia richiesta da questi carichi è proporzionale al quadrato della velocità. Un VFD può ottimizzare il consumo energetico in queste applicazioni regolando la tensione e la frequenza in base ai requisiti di coppia del carico.
Quando la velocità di una pompa centrifuga o di un ventilatore diminuisce, la coppia richiesta dal carico diminuisce in modo significativo. Un VFD può ridurre la tensione e la frequenza in modo più aggressivo rispetto alle applicazioni a coppia costante, risparmiando energia. Ad esempio, se la velocità di un ventilatore viene ridotta alla metà della velocità nominale, la coppia richiesta dal ventilatore viene ridotta a un quarto della coppia nominale. Il VFD può regolare di conseguenza la tensione e la frequenza, con conseguente notevole risparmio energetico.
Alta - Coppia di avviamento
Uno dei vantaggi significativi dell'utilizzo di un VFD è la sua capacità di fornire un avviamento a coppia elevata. Nell'avviamento diretto in linea (DOL) di un motore CA, il motore assorbe una grande corrente di spunto, che può causare cali di tensione nell'alimentazione e stress meccanico sul motore e sul carico. Un VFD, invece, può aumentare gradualmente la frequenza e la tensione, consentendo al motore di avviarsi senza intoppi con una coppia elevata.
Il VFD può controllare la velocità di accelerazione, garantendo che il motore raggiunga la velocità desiderata senza sovraccaricare il sistema. Ciò è particolarmente utile per applicazioni con carichi iniziali pesanti, come frantoi e miscelatori. Fornendo un avviamento a coppia elevata, il VFD può prolungare la durata del motore e ridurre i costi di manutenzione.
Fattori che influenzano la relazione coppia-VFD
Progettazione del motore
Il design del motore gioca un ruolo cruciale nel modo in cui risponde a un VFD. Diversi tipi di motori, come i motori a induzione e i motori sincroni a magneti permanenti, hanno caratteristiche di coppia e velocità diverse. I motori a induzione sono ampiamente utilizzati con i VFD grazie alla loro robustezza e al costo relativamente basso. Tuttavia, potrebbero presentare alcune limitazioni in termini di funzionamento ad alta velocità ed efficienza rispetto ai motori sincroni a magneti permanenti.
Anche la configurazione dell'avvolgimento del motore, il numero di poli e il design del rotore possono influenzare la produzione di coppia quando si utilizza un VFD. Ad esempio, un motore con un numero maggiore di poli avrà una velocità sincrona inferiore e potrebbe richiedere impostazioni V/f diverse per ottenere prestazioni di coppia ottimali.
Impostazioni VFD
Le impostazioni del VFD, come i tempi di accelerazione e decelerazione, il limite di coppia e la curva V/f, possono avere un impatto significativo sulla coppia del motore. I tempi di accelerazione e decelerazione determinano la velocità con cui il motore raggiunge la velocità desiderata. Se il tempo di accelerazione è troppo breve, il motore potrebbe non essere in grado di produrre una coppia sufficiente per accelerare il carico, con conseguenti interventi per sovracorrente.
L'impostazione del limite di coppia consente all'utente di limitare la coppia massima che il motore può produrre. Ciò è utile per proteggere il motore e il carico da eventuali danni. L'impostazione della curva V/f può essere regolata per ottimizzare la caratteristica coppia-velocità per diverse applicazioni. Alcuni VFD offrono più curve V/f, come curve lineari, quadratiche e personalizzate, per soddisfare i requisiti specifici del carico.
Caratteristiche del carico
Anche le caratteristiche del carico, come l'inerzia, l'attrito e il tipo di carico (coppia costante o coppia variabile), influiscono sulla relazione coppia - VFD. Un carico con inerzia elevata richiede più coppia per accelerare e decelerare. Il VFD deve essere adeguatamente dimensionato e configurato per gestire i requisiti di coppia elevata durante questi periodi transitori.
L'attrito nel carico può anche influire sulla coppia necessaria per azionare il carico. Se l'attrito è eccessivo, il motore potrebbe richiedere più coppia per superarlo. Comprendere le caratteristiche del carico è essenziale per selezionare il VFD giusto e impostare i parametri appropriati per garantire prestazioni di coppia ottimali.
Implicazioni pratiche per la selezione e l'applicazione del VFD
Quando si seleziona un VFD per un'applicazione specifica, è fondamentale considerare i requisiti di coppia del carico. Per le applicazioni a coppia costante, è necessario un VFD in grado di mantenere un rapporto V/f costante su un ampio intervallo di velocità.VFD da 22KWè un'ottima opzione per molte applicazioni a coppia costante con un fabbisogno di potenza di circa 22 KW.
Per le applicazioni a coppia variabile, è preferibile un VFD con funzionalità avanzate di risparmio energetico e la capacità di regolare il rapporto V/f in base ai requisiti di coppia del carico.VFD per motorioffre una gamma di VFD adatti a varie applicazioni di motori, compresi quelli con carichi di coppia variabile.
Inoltre, il VFD deve essere adeguatamente dimensionato per gestire la corrente nominale del motore e i requisiti di coppia di picco durante i periodi di avviamento e transitori. Il sovradimensionamento o il sottodimensionamento del VFD può portare a scarse prestazioni, aumento del consumo di energia e potenziali danni al motore e al VFD.
Conclusione
In qualità di fornitore di VFD, comprendo l'importanza del modo in cui un VFD influisce sulla coppia del motore. Un VFD può fornire un funzionamento a coppia costante per applicazioni che richiedono una quantità costante di forza, un funzionamento a coppia variabile per un funzionamento efficiente dal punto di vista energetico in applicazioni con carichi a coppia variabile e un avviamento a coppia elevata per applicazioni con carichi pesanti.
Comprendendo i principi di funzionamento del VFD, i fattori che influenzano la relazione coppia-VFD e le implicazioni pratiche per la selezione e l'applicazione del VFD, gli utenti possono prendere decisioni informate quando scelgono un VFD per i loro sistemi motore. Se stai cercando una soluzione VFD affidabile per la tua applicazione motore, che si tratti di aVFD da 22KW, UNVFD per motorio unAzionamento dell'invertitore, non esitate a contattarci per ulteriori informazioni e per discutere le vostre esigenze specifiche. Siamo pronti ad assistervi nella ricerca del VFD perfetto per le vostre esigenze.
Riferimenti
- Boldea, I., & Nasar, SA (1999). Azionamenti elettrici: un'introduzione. Stampa CRC.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. e Umans, SD (2003). Macchinari elettrici. McGraw-Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Analisi di macchine elettriche e sistemi di azionamento. Wiley – Interscienza.