Perché i convertitori di frequenza sono più facili da applicare rispetto agli avviatori graduali?

Perché i convertitori di frequenza sono più facili da applicare rispetto agli avviatori graduali?

Una recente ricerca di mercato dimostra che il mercato mondiale dei convertitori di frequenza a bassa tensione continua a essere circa 20 volte più grande rispetto al mercato mondiale degli avviatori graduali a bassa tensione. Si tratta di un fenomeno molto interessante poiché è possibile realizzare notevoli risparmi energetici, sui costi e sulle dimensioni quando si sceglie di utilizzare un avviatore graduale anziché un convertitore di frequenza per alcune applicazioni.

Perché quindi i convertitori di frequenza vengono applicati in situazioni in cui gli avviatori graduali sono sufficienti allo scopo?

La risposta è abbastanza semplice: I convertitori di frequenza funzionano in quasi tutte le applicazioni, mentre gli avviatori graduali non funzionano in tutte le applicazioni. Secondo l'interpretazione di molte persone, quindi, i convertitori di frequenza sono più facili da adottare, installare e mettere in servizio degli avviatori graduali. Questo non è vero. Sono molti di più gli aspetti da considerare quando si applica un convertitore di frequenza rispetto a quando si applica un avviatore graduale. Un modo migliore per spiegare il concetto è che i convertitori di frequenza funzionano in una più ampia varietà di applicazioni rispetto agli avviatori graduali.

Tutti noi abbiamo probabilmente sentito il vecchio detto “La posizione è tutto!” durante l'acquisto di immobili. Analogamente, nella scelta tra un avviatore graduale e un convertitore di frequenza per un'applicazione specifica, il detto potrebbe essere trasformato in: “L'applicazione è tutto!”

Al momento di decidere se utilizzare un avviatore graduale o un convertitore di frequenza, è consigliabile porsi le seguenti domande sulle applicazioni comuni:

  • Quali sono i requisiti della coppia di carico?
  • Il controllo della velocità è necessario durante la modalità di esecuzione? Il funzionamento inverso alla massima velocità è necessario?
  • Vi sono considerazioni sulla distribuzione elettrica o limitazioni?

I requisiti della coppia di carico di un'applicazione sono molto importanti nella scelta di un avviatore graduale o di un convertitore di frequenza. L'applicazione necessita di coppia di avviamento elevata? Piena coppia a velocità zero? Coppia di tenuta? Gli avviatori graduali sono, per definizione, avviatori a tensione ridotta. Ciò significa che la coppia massima non è disponibile a velocità zero o a velocità molto basse.

Per questo motivo, i seguenti tipi di carico non sono in genere consigliati per gli avviatori graduali: estrusori, pompe volumetriche, trasportatori inclinati (carico rigenerativo), ascensori e montacarichi (eccetto idraulici). Un convertitore di frequenza è invece in grado di produrre una coppia nominale da 0 alla velocità nominale e in genere può gestire tutti i tipi di carico.

La capacità di controllare la velocità è un'altra considerazione fondamentale sull'applicazione ed è dettata dalla struttura fisica dell'avviatore graduale e del convertitore di frequenza. Un avviatore graduale dispone di raddrizzatori controllati al silicio (SCR) che collegano la linea di ingresso CA al motore. Le proprietà fisiche consentono di modificare il punto nella forma d'onda dell'ingresso CA in cui il tiristore si attiva, ma non il punto in cui si disattiva. I tiristori si attivano e disattivano autonomamente. Ciò consente l'aumento della tensione del motore da 0 alla piena tensione di linea (controllo di tensione). Ciò significa che la frequenza di linea viene sempre applicata al motore e che una volta raggiunta la velocità stabilita, il motore funzionerà al valore di giri motore equivalente di 60 Hz (o 50 Hz). La direzione a massima velocità è determinata dall'ordine di connessione della linea di alimentazione.

Al contrario, i convertitori di frequenza dispongono di molti più componenti elettronici attivi, in genere costituiti da un diodo front-end, sbarra CC e transistori bipolari a gate isolato. I transistori bipolari a gate isolato possono essere “attivati” e “disattivati” in qualsiasi momento, per tutto il tempo necessario e tutte le volte che lo si desidera. È possibile applicare al motore tensioni e frequenze diverse (controllo di tensione e frequenza), con conseguente controllo continuo della velocità in entrambe le direzioni.

I convertitori di frequenza possono essere utilizzati sulla maggior parte dei sistemi di alimentazione più funzionali, compresi quelli strettamente abbinati al carico del motore. In genere, quando si utilizza un avviatore graduale, la sorgente di alimentazione deve avere la capacità di consentire correnti di avviamento comprese tra il 150% e il 450% degli ampere a pieno carico del motore. Alcuni convertitori di frequenza possono azionare anche carichi motore trifase mediante alimentazione di ingresso monofase. Gli avviatori graduali possono essere utilizzati solo su alimentazione di ingresso trifase.

Al momento di decidere se scegliere un avviatore graduale o un convertitore di frequenza per una particolare installazione, le caratteristiche dell'applicazione sono la preoccupazione principale. Fattori come i requisiti di coppia, le considerazioni su distribuzione elettrica e controllo della velocità devono essere considerati attentamente.

Per le applicazioni con avviatori graduali, alcune regole generali sono:

  • Riduce l'usura meccanica e i danni al sistema
  • La limitazione di corrente è il motivo principale per la scelta del metodo di avviamento
  • Applicazioni con coppia di avviamento più bassa
  • Applicazioni con carichi leggeri o moderati
  • Funzionamento a massima velocità

Per le applicazioni con convertitori di frequenza, le regole generali includono:

  • Controllo della velocità durante la modalità di esecuzione
  • Coppia di avviamento elevata
  • Controllo posizione
  • Rotore di tenuta a velocità zero

Indipendentemente dal metodo di controllo motori selezionato, sono necessarie ulteriori considerazioni per l'installazione, la messa in servizio e i filtri aggiuntivi o la protezione del circuito quando si adotta un avviatore graduale o un convertitore di frequenza.

Visitate il nostro sito Web per ulteriori informazioni sulla famiglia di avviatori graduali a bassa tensione e convertitori di frequenza a bassa tensione.

Richard Anderson
Pubblicato 6 Luglio 2015 Da Richard Anderson, Product Manager, Rockwell Automation
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