Inverters per motori industriali

Un inverter, o Variable Speed Drive (VSD, variatore di velocità), in linea di principio è un dispositivo elettronico che, alimentato direttamente dalla rete elettrica, mediante un sofisticato controllo é capace di variare la frequenza e l’ampiezza della tensione di alimentazione di un motore elettrico asincrono trifase (o monofase) e, di conseguenza, è capace di variare la sua velocità di rotazione.

La gamma di Inverters Electroil specifici per motori industriali e’ presentata in potenza da 1.5 kW fino a 22 kW. 

I principali vantaggi derivanti dall’impiego dell’inverter:

• Ottimizzazione processi industriali: i componenti che possono meglio sfruttare i vantaggi energetici dei variatori di frequenza sono quelli che hanno una coppia resistente che varia con legge quadratica al variare della velocità e, tra questi, ricordiamo i ventilatori, i compressori e le pompe centrifughe. La riduzione dei consumi energetici dovuta all’adozione di un VSD in questi casi può essere notevole, fino al 50%.

• Sostituzione dei sistemi meccanici di parzializzazione: per quando riguarda i sistemi di pompaggio e di ventilazione, in genere la prevalenza fornita dalla pompa, o dal ventilatore, è ben superiore a quella richiesta dal circuito a valle, il cui carico inoltre può essere variabile nel tempo. È necessario quindi adeguare il carico del circuito, e questo è in genere eseguito attraverso la parziale chiusura della valvola sulla mandata (bocchetta, serranda o di valvola di strozzatura). Dal punto di vista energetico, comporta uno spreco proporzionale al carico aggiuntivo generato dalla valvola, poiché il motore continua a girare a velocità costante. L’installazione di un variatore di velocità sul motore di azionamento della pompa o del ventilatore consente di adeguare il numero di giri del motore (e quindi della girante), riducendo la potenza assorbita quando i carichi sono bassi.

• Riduzione del rumore: il rumore generato da un motore elettrico connesso al proprio carico (ventilatore, pompa, nastro trasportatore, ecc..) è principalmente legato alla forma aerodinamica del carico ed alla sua velocità di rotazione.

• Avviamento graduale + significativa riduzione dell’usura dei componenti: l’avviamento mediante inverter è l’unico tipo di avviamento che consente di contenere la corrente di avviamento del motore. Ciò consente di evitare correnti di spunto elevate e coppie di spunto elevate e quindi i conseguenti stress meccanici. Inoltre picchi di prelievo dalla rete elettrica possono comportare in genere degli aggravi sui costi della fornitura di elettricità.

Un moto-inverter integrato consiste nell’unione di un inverter con il relativo motore asincrono trifase, e la sua peculiarità è quella di eliminare i tempi ed i costi per l’installazione, il cablaggio, la programmazione ed il collaudo del sistema motore + inverter, nonché i rischi dovuti ad eventuali errori connessi con tali operazioni.

Il principio di funzionamento dell’Inverter per motori industriali:

La velocità di sincronismo (n1 in giri/min) di un motore elettrico asincrono trifase dipende dalla frequenza della tensione di alimentazione (f1 in Hz) e dal numero delle coppie di poli (p) secondo la relazione:

n1=60*f1/p

Il rotore, con velocità n2, insegue la velocità di sincronismo n1, senza mai raggiungerla; lo scorrimento (s), che definisce sostanzialmente la differenza tra la velocità del rotore e quella del campo magnetico rotante (velocità di sincronismo) dipende dal carico applicato:

s=(n1-n2)/n1

Essendo la velocità di sincronismo direttamente proporzionale alla frequenza della tensione di alimentazione, basterà variare quest’ultima per poter modificare la velocità di rotazione del motore.

La potenza utile Pu erogata da un motore elettrico è data dal prodotto della coppia motrice (Cm misurata in Nm) moltiplicata per la velocità di rotazione (n2 in giri/min), ovvero dovendo essere la coppia motrice pari alla coppia resistente applicata (Cr misurata in Nm):

Pu=Cr*2*pi*n2/60 [Watt]

Quindi, sia la potenza utile che la potenza assorbita dal motore (Passorbita = Pu / rendimento), dipendono dalla coppia resistente applicata e dalla velocità di rotazione: riducendo la velocità di rotazione, la potenza diminuisce in dipendenza di come varia la coppia applicata.

La coppia resistente dipende del tipo di macchina che si considera e, al variare della velocità di rotazione, può presentare andamento costante o quadratico.

Nel caso di coppia costante, la potenza è proporzionale alla velocità di rotazione e pertanto decresce linearmente al diminuire del numero di giri: un andamento di coppia costante è presente in applicazioni quali nastri trasportatori, compressori a vite, compressori alternativi, agitatori.

All’estremo opposto il caso di coppia quadratica: al diminuire del numero di giri la potenza decresce con il cubo della velocità. La coppia quadratica è presente in applicazioni quali pompe centrifughe e ventilatori.

L’inserimento di un inverter in processi produttivi azionati da sistemi elettromeccanici può dipendere da specifiche esigenze di produzione o di ottimizzazione impiantistica o energetica, quest’ultima specie in presenza di carichi fortemente variabili.

Principali applicazioni:

• Sostituzione di motori monofasi con motore trifase con Inverter alimentato a 230V monofase;

• Regolazione velocità con rampe di avvio e arresto su motoriduttori, in sostituzione del variatore meccanico a manopola;

• Regolazione velocità tramite pulsanti, potenziometro, segnale in tensione o in corrente e controllo remoto su motori asincroni per nastri trasportatori;

• Regolazione velocità su macchine industriali in genere con possibilità di comunicazione seriale tra più inverters;

• Regolazione velocità e controllo di coppia su troncatrici con resistenze di frenatura in presenza di carichi inerziali;

• Regolazione di velocità su Pompe enologiche con controllo dei giri compiuti tramite encoder o proximity;

• Controllo di altri motori in genere, garantendo un significativo risparmio energetico.