Padroneggiare questi 35 concetti di inverter può elevare la tua esperienza a livelli impressionanti!
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Il termine VFD (azionamento a frequenza variabile) per un inverter riflette la sua funzione di controllo dei motori CA regolando la frequenza e l'ampiezza dell'alimentazione. In Asia, soprattutto in Cina e Corea del Sud, a causa dell'influenza giapponese è stato utilizzato il termine VVVF (Variable Frequency Variable Frequency Inverter). VVVF sta per Tensione Variabile e Frequenza Variabile, riferendosi alla regolazione sia della tensione che della frequenza, mentre CVCF (Tensione Costante e Frequenza Costante) indica tensione e frequenza fisse.
Le fonti di alimentazione sono classificate in CA e CC. La maggior parte dell'energia CC deriva dalla CA attraverso trasformazione, rettifica e filtraggio. L'alimentazione CA costituisce circa il 95% di tutto il consumo energetico, con l'alimentazione CA monofase e trifase che segue specifici standard di tensione e frequenza in diversi paesi. Ad esempio, nella Cina continentale, la CA monofase è 220 V e la CA trifase è 380 V, entrambe a 50 Hz. Un inverter converte l'alimentazione CA a tensione e frequenza fissa in alimentazione CA a tensione o frequenza variabile. Questo processo prevede la rettifica della corrente alternata in corrente continua e la successiva inversione della corrente continua in corrente alternata, con quest'ultimo processo specificamente chiamato "inversione". I dispositivi che convertono la corrente continua in frequenza fissa e tensione CA sono chiamati inverter, mentre quelli che consentono frequenza e tensione regolabili sono indicati come azionamenti a frequenza variabile.
Gli inverter emettono onde sinusoidali simulate, utilizzate principalmente per il controllo della velocità di motori asincroni trifase e sono anche noti come controller di velocità a frequenza variabile. Per le applicazioni che richiedono forme d'onda di alta qualità, come le apparecchiature di test nella strumentazione, la forma d'onda viene perfezionata per produrre un'onda sinusoidale standard e tali dispositivi sono chiamati alimentatori a frequenza variabile. Gli alimentatori a frequenza variabile sono in genere da 15 a 20 volte più costosi degli azionamenti a frequenza variabile. Il componente principale responsabile della generazione di tensione o frequenza variabile nelle apparecchiature inverter è l'"inverter", da qui il nome del prodotto "inverter". Gli inverter vengono utilizzati anche negli elettrodomestici, come i condizionatori d'aria e le luci fluorescenti. Nelle applicazioni di controllo motori, gli inverter possono regolare sia la tensione che la frequenza, mentre quelli utilizzati per le luci fluorescenti regolano principalmente la frequenza di alimentazione. Anche i dispositivi nelle auto che convertono l'energia della batteria (CC) in CA vengono venduti con il nome "inverter". Il principio di funzionamento degli inverter è ampiamente applicato in vari campi, come gli alimentatori di computer, dove gli inverter sopprimono la tensione inversa, le fluttuazioni di frequenza e le interruzioni di corrente istantanee.
Cos'è un inverter?
Un inverter è un dispositivo che converte la potenza della frequenza di rete in un'altra frequenza utilizzando l'azione di commutazione dei dispositivi a semiconduttore di potenza. È costituito da due circuiti principali: il circuito principale (modulo raddrizzatore, condensatore elettrolitico e modulo inverter) e il circuito di controllo (scheda di alimentazione a commutazione e scheda del circuito di controllo). La CPU è installata sulla scheda del circuito di controllo, con il software operativo dell'inverter programmato nella CPU. Il software per lo stesso modello di inverter è generalmente fisso, ad eccezione dell'inverter Sanjing, il cui software può essere adattato in base alle esigenze di utilizzo.
Quali sono le differenze tra PWM e PAM?
PWM (Modulazione della larghezza dell'impulso) regola la larghezza degli impulsi in un treno di impulsi secondo uno schema specifico per regolare l'uscita e la forma d'onda. PAM (Pulse Amplitude Modulation) regola l'ampiezza degli impulsi in un treno di impulsi per regolare l'uscita e la forma d'onda.
Quali sono le differenze tra gli inverter di tipo tensione e di tipo corrente?
Il circuito principale di un inverter può essere sostanzialmente suddiviso in due tipi: gli inverter di tipo tensione convertono la sorgente di tensione CC in CA utilizzando condensatori per il filtraggio del circuito CC, mentre gli inverter di tipo corrente convertono la sorgente di corrente CC in CA utilizzando induttori per il filtraggio del circuito CC.
Perché la tensione e la frequenza di un inverter cambiano proporzionalmente?
La coppia di un motore a induzione è prodotta dall'interazione tra il flusso magnetico e la corrente del rotore. Alla frequenza nominale, se la tensione è costante e la frequenza è ridotta, il flusso magnetico può diventare eccessivo, causando la saturazione del circuito magnetico e potenziali danni al motore. Pertanto, la tensione e la frequenza devono cambiare proporzionalmente. Questo metodo di controllo è comunemente utilizzato negli inverter a risparmio energetico per ventilatori e pompe.
Quando un motore a induzione è azionato dalla frequenza di rete e dalle cadute di tensione, la corrente aumenta. Per i motori azionati da inverter, se la tensione diminuisce al diminuire della frequenza, la corrente aumenta?
Quando la frequenza diminuisce (bassa velocità), la corrente aumenta per mantenere la stessa potenza erogata. Tuttavia, in condizioni di coppia costante, la corrente rimane relativamente stabile.
Quali sono la corrente e la coppia di avviamento quando si aziona un motore con un inverter?
Con un inverter, man mano che il motore accelera, la frequenza e la tensione vengono aumentate di conseguenza, limitando la corrente di avviamento al di sotto del 150% della corrente nominale (dal 125% al 200% a seconda del modello). L'avviamento diretto in linea con la frequenza di rete genera correnti di avviamento da sei a sette volte superiori alla corrente nominale, causando stress meccanici ed elettrici. I motori azionati da inverter si avviano in modo fluido (con tempo di avviamento prolungato), con corrente di avviamento compresa tra 1,2 e 1,5 volte la corrente nominale e coppia di avviamento compresa tra il 70% e il 120% della coppia nominale. Per gli inverter con boost di coppia automatico, la coppia di avviamento supera il 100%, consentendo avviamenti a pieno carico.
Cos'è la modalità V/f?
Al diminuire della frequenza anche la tensione V diminuisce proporzionalmente. La relazione proporzionale tra V e f è determinata in base alle caratteristiche del motore e viene generalmente archiviata nella memoria del controller (ROM). Diverse caratteristiche possono essere selezionate tramite interruttori o potenziometri.
Come cambia la coppia del motore quando V e f vengono regolati proporzionalmente?
Se la tensione viene ridotta proporzionalmente alla frequenza, la tendenza della coppia a diminuire alle basse velocità si verifica a causa della ridotta impedenza CA e della resistenza CC invariata. Per compensare e ottenere una coppia di spunto sufficiente alle basse frequenze, la tensione di uscita deve essere leggermente aumentata. Questa compensazione, nota come boost di coppia, può essere ottenuta tramite vari metodi, tra cui la regolazione automatica, la selezione della modalità V/f o le impostazioni del potenziometro.
Se il manuale specifica un intervallo di velocità di 60~6 Hz (10:1), significa che non c'è potenza in uscita al di sotto di 6 Hz?
La potenza può ancora essere emessa al di sotto di 6 Hz. Tuttavia, considerando l'aumento della temperatura del motore e la coppia di avviamento, la frequenza operativa minima è impostata intorno a 6 Hz per evitare un riscaldamento eccessivo mantenendo la coppia nominale. La frequenza di uscita effettiva (frequenza iniziale) dell'inverter varia in base al modello, in genere compresa tra 0,5 Hz e 3 Hz.
È possibile mantenere una coppia costante con una combinazione di motori standard superiore a 60 Hz?
Generalmente non è possibile. Al di sopra di 60 Hz (o 50 Hz in alcune modalità), la tensione rimane costante, con conseguenti caratteristiche di potenza pressoché costanti. Quando è richiesta una coppia costante a velocità elevate, è essenziale un'attenta selezione delle capacità del motore e dell'inverter.
Cos'è il controllo ad anello aperto?
Quando sul motore è installato un rilevatore di velocità (PG) e la velocità effettiva viene restituita al dispositivo di controllo per la regolazione, si parla di controllo ad "anello chiuso". Il funzionamento senza feedback PG è definito controllo "ad anello aperto". Gli inverter per uso generale utilizzano in genere il controllo ad anello aperto, sebbene alcuni modelli offrano il feedback PG come opzione. Il controllo ad anello chiuso senza sensore di velocità stima la velocità effettiva del motore sulla base di un modello matematico di flusso, formando di fatto un sistema di controllo ad anello chiuso con un sensore di velocità virtuale.
Cosa succede quando c'è una discrepanza tra la velocità effettiva e quella impostata?
Nel controllo ad anello aperto, anche se l'inverter emette la frequenza impostata, la velocità del motore può variare entro l'intervallo di scorrimento nominale (dall'1% al 5%) sotto carico. Per le applicazioni che richiedono un'elevata precisione di regolazione della velocità e un funzionamento vicino alla velocità impostata nonostante le variazioni di carico, è possibile utilizzare inverter con feedback PG (disponibile come opzione).
È possibile migliorare la precisione della velocità utilizzando un motore con feedback PG?
Gli inverter con feedback PG offrono una migliore precisione della velocità. Tuttavia, la precisione effettiva della velocità dipende dalla precisione del PG e dalla risoluzione della frequenza di uscita dell'inverter.
Cos'è la funzione anti-stallo?
Se il tempo di accelerazione impostato è troppo breve, la frequenza di uscita dell'inverter potrebbe cambiare molto più velocemente della velocità del motore (frequenza angolare elettrica), causando sovracorrente e facendo scattare l'inverter, arrestando il funzionamento. Questo si chiama stallo. Per prevenire lo stallo e mantenere il funzionamento del motore, l'inverter monitora la corrente e regola la frequenza. Durante l'accelerazione, se la corrente diventa eccessiva, la velocità di accelerazione viene ridotta. Lo stesso vale per la decelerazione. Insieme, questi meccanismi costituiscono la funzione antistallo.
Qual è il significato degli inverter che consentono impostazioni separate per i tempi di accelerazione e decelerazione rispetto aquelli che utilizzano un'impostazione comune?
Gli inverter che consentono impostazioni separate dei tempi di accelerazione e decelerazione sono adatti per applicazioni che richiedono una breve accelerazione e una decelerazione graduale o per piccole macchine utensili con severi requisiti di ritmo di produzione. Al contrario, per applicazioni come gli azionamenti di ventilatori in cui i tempi di accelerazione e decelerazione sono entrambi lunghi, è appropriata un'impostazione comune per i tempi di accelerazione e decelerazione.
Cos'è la frenata rigenerativa?
Quando la frequenza di comando viene ridotta durante il funzionamento del motore, il motore passa alla modalità generatore asincrono e funziona come un freno. Questo processo è noto come frenata rigenerativa (elettrica).
È possibile ottenere una maggiore forza frenante?
L'energia rigenerata dal motore viene immagazzinata nel condensatore di filtro dell'inverter. A causa della capacità del condensatore e dei limiti di tensione nominale, la forza di frenatura rigenerativa negli inverter per uso generale è pari a circa il 10% - 20% della coppia nominale. Con le unità di frenatura opzionali, questo può essere aumentato dal 50% al 100%.
Quali sono le funzioni di protezione di un inverter?
Le funzioni di protezione possono essere classificate come segue:
(1) Correzione automatica delle condizioni anomale, come la prevenzione dello stallo da sovracorrente e la prevenzione dello stallo da sovratensione rigenerativa.
(2) Blocco dei segnali di controllo PWM per alimentare i semiconduttori al rilevamento di anomalie, provocando l'arresto automatico del motore. Gli esempi includono l'arresto per sovracorrente, l'arresto rigenerativo per sovratensione, la protezione dal surriscaldamento della ventola di raffreddamento dei semiconduttori e la protezione dall'interruzione istantanea dell'alimentazione.
Perché la funzione protettiva dell'inverter si attiva quando si utilizza una frizione per carico continuo?
Quando una frizione collega il carico, il motore passa rapidamente da una zona senza carico a una regione ad alto scorrimento. La corrente elevata risultante provoca lo scatto dell'inverter a causa della sovracorrente, con conseguente arresto del funzionamento.
Perché l'inverter si ferma durante il funzionamento quando nello stesso impianto si avviano motori di grandi dimensioni?
Durante l'avviamento del motore, la corrente di spunto corrisponde alla capacità del motore, provocando una caduta di tensione sul lato statore del trasformatore. Per i motori di grandi dimensioni, questa caduta di tensione può influenzare in modo significativo altre apparecchiature collegate allo stesso trasformatore. L'inverter potrebbe interpretarlo erroneamente come sottotensione o perdita di potenza istantanea, attivando la sua funzione protettiva (IPE) e provocandone l'arresto.
Cos'è la risoluzione dell'inverter e perché è importante?
Per gli inverter a controllo digitale, anche se il comando di frequenza è un segnale analogico, la frequenza di uscita viene fornita in passi discreti. L'unità più piccola di questi passaggi è chiamata risoluzione dell'inverter. In genere, la risoluzione dell'inverter varia da 0,015 Hz a 0,5 Hz. Ad esempio, con una risoluzione di 0,5 Hz, le frequenze superiori a 23 Hz possono essere regolate su 23,5 Hz o 24,0 Hz, con conseguente funzionamento del motore a passi. Ciò può essere problematico per applicazioni come il controllo continuo dell'avvolgimento. In questi casi, una risoluzione di circa 0,015 Hz garantisce che per un motore a quattro poli ogni passo corrisponda a meno di 1 giro/min, fornendo un'adattabilità sufficiente. Alcuni modelli di inverter differenziano tra risoluzione di comando e risoluzione di uscita.
Esistono restrizioni sulla direzione di installazione di un inverter?
La progettazione dell'inverter considera l'efficacia del raffreddamento dei componenti interni e della parte posteriore. L'orientamento dell'unità è fondamentale per la ventilazione. Per gli inverter del tipo a pannello o a parete si consiglia l'installazione verticale in posizione longitudinale.
È possibile collegare direttamente un motore a un inverter a frequenza fissa senza utilizzare un soft starter?
A frequenze molto basse, questo è possibile. Tuttavia, se la frequenza impostata è elevata, le condizioni assomigliano a quelle dirette online a partire dalla potenza della frequenza di rete. Ciò può provocare correnti di avviamento eccessive (da sei a sette volte la corrente nominale) e poiché l'inverter scatterà per proteggersi dalla sovracorrente, il motore non riuscirà ad avviarsi.
Quali precauzioni dovrebbero essere prese quando si utilizza un motore sopra i 60 Hz?
Quando si opera sopra i 60 Hz, considerare quanto segue:
(1) Garantire che le apparecchiature meccaniche e correlate possano resistere al funzionamento a tali velocità (resistenza meccanica, rumore, vibrazioni, ecc.).
(2) Il motore entra nell'intervallo di potenza in uscita costante e la sua coppia in uscita deve sostenere il carico di lavoro (per ventilatori e pompe, la potenza in uscita dell'albero aumenta con il cubo della velocità, quindi anche lievi aumenti di velocità richiedono attenzione).
(3) La durata dei cuscinetti potrebbe essere compromessa e dovrebbe essere attentamente considerata.
(4) Per motori di capacità medio-grande, in particolare motori bipolari, consultare il produttore prima di operare a frequenze superiori a 60 Hz.
Gli inverter possono azionare motoriduttori?
A seconda della struttura del riduttore e del metodo di lubrificazione, si applicano diverse considerazioni. Tipicamente, le strutture degli ingranaggi possono tollerare un massimo di 70~80Hz. Con la lubrificazione ad olio, il funzionamento continuo a bassa velocità può danneggiare gli ingranaggi.
Gli inverter possono pilotare motori monofase? Possono funzionare con alimentazione monofase?
In generale, non è fattibile. Per i motori monofase con regolatori di velocità o meccanismi di avviamento a commutazione, la riduzione della velocità al di sotto del punto operativo può surriscaldare l'avvolgimento ausiliario. Per i tipi con avviamento o funzionamento con condensatore, potrebbe verificarsi un'esplosione del condensatore. Gli inverter richiedono in genere un'alimentazione trifase, sebbene alcuni modelli di piccola capacità possano funzionare con alimentazione monofase.
Quanta energia consuma un inverter da solo?
Il consumo energetico dipende dal modello dell'inverter, dallo stato operativo e dalla frequenza di utilizzo. È difficile specificare valori esatti. Tuttavia, l'efficienza dell'inverter al di sotto di 60 Hz è compresa tra circa il 94% e il 96%, che può essere utilizzata per stimare le perdite. Per gli inverter con frenatura rigenerativa integrata (ad esempio, serie FR-K), considerare le perdite di frenatura aumenta il consumo energetico, un fattore da tenere in considerazione nella progettazione del pannello di controllo.
Perché non è possibile il funzionamento continuo nell'intera gamma 6~60Hz?
La maggior parte dei motori utilizza ventole esterne sull'albero o pale sull'anello terminale del rotore per il raffreddamento. La velocità ridotta diminuisce l'efficacia del raffreddamento, impedendo al motore di sopportare la stessa generazione di calore delle alte velocità. Per risolvere questo problema, ridurre la coppia di carico a bassa velocità, utilizzare una combinazione di inverter e motore di capacità maggiore o impiegare un motore specializzato.
Quali precauzioni devono essere prese quando si utilizza un motore con freno?
Il circuito di eccitazione del freno deve essere alimentato dal lato di ingresso dell'inverter. Se il freno si attiva mentre l'inverter sta erogando potenza, la sovracorrente potrebbe causare uno spegnimento. Pertanto, assicurarsi che il freno si attivi solo dopo che l'inverter ha smesso di erogare potenza.
Perché il motore non si avvia quando si utilizza un inverter per azionare un motore con condensatori per il miglioramento del fattore di potenza?
La corrente dell'inverter fluisce nei condensatori di miglioramento del fattore di potenza. La corrente di carica potrebbe innescare una sovracorrente (OCT) nell'inverter, impedendone l'avvio. Per risolvere questo problema, rimuovere i condensatori e azionare il motore. Per migliorare il fattore di potenza, è efficace l'installazione di un reattore CA sul lato di ingresso dell'inverter.
Qual è la durata di vita di un inverter?
Sebbene gli inverter siano dispositivi statici, contengono componenti di consumo come condensatori di filtro e ventole di raffreddamento. Con una manutenzione regolare di queste parti, un inverter può durare più di dieci anni.
Come è orientata la ventola di raffreddamento in un inverter e cosa succede se si guasta?
Alcuni inverter di piccola capacità non dispongono di ventole di raffreddamento. Per i modelli dotati di ventole, il flusso d'aria avviene generalmente dal basso verso l'alto. Quando si installa un inverter, evitare di posizionare apparecchiature che ostruiscano l'aspirazione e lo scarico dell'aria sopra e sotto l'unità. Non posizionare componenti sensibili al calore sopra l'inverter. La protezione contro i guasti della ventola viene rilevata rilevando l'arresto della ventola o il surriscaldamento della ventola di raffreddamento.
Come si determina la durata dei condensatori di filtro?
I condensatori di filtro, utilizzati come condensatori, perdono gradualmente la loro capacità elettrostatica nel tempo. Misurare regolarmente la capacità elettrostatica e considerare scaduta la durata di vita del condensatore quando raggiunge l'85% della capacità nominale.
Esistono restrizioni sulla direzione di installazione di un inverter?
Gli inverter sono generalmente alloggiati all'interno di pannelli. Tuttavia, i pannelli completamente chiusi sono ingombranti, richiedono spazio e sono costosi. Le misure di mitigazione includono:
(1) Progettazione di pannelli per il raffreddamento richiesto delle apparecchiature reali.
(2) Aumento dell'area di raffreddamento utilizzando dissipatori di calore, alette e agenti di raffreddamento in alluminio.
(3) Utilizzo di tubi di calore.
Inoltre, sono stati sviluppati modelli di inverter con lati posteriori esposti.
Come dovrebbe essere selezionata la capacità dell'inverter per aumentare la velocità del nastro trasportatore a 80 Hz?
Il consumo energetico dei nastri trasportatori è proporzionale alla velocità. Per funzionare a 80 Hz, sia la potenza dell'inverter che quella del motore devono essere aumentate proporzionalmente a 80 Hz/50 Hz, ovvero con un aumento della capacità del 60%.
Precauzioni durante la manutenzione e l'ispezione:
(1) Dopo aver spento l'alimentazione in ingresso, attendere almeno 5 minuti prima di iniziare l'ispezione (assicurarsi che il LED dell'indicatore di carica sia spento) per evitare scosse elettriche.
(2) La manutenzione, l'ispezione e la sostituzione dei componenti devono essere eseguite da personale qualificato. Rimuovere tutti gli oggetti metallici (orologi, braccialetti, ecc.) prima di iniziare il lavoro e utilizzare strumenti isolati.
(3) Non modificare arbitrariamente l'inverter per evitare scosse elettriche e danni al prodotto.
(4) Prima di effettuare interventi di manutenzione sull'inverter, verificare la tensione di ingresso. Il collegamento di un'alimentazione da 380 V a un inverter di classe 220 V può causare danni (condensatore, varistore, esplosione del modulo, ecc.).
Gli inverter, composti principalmente da elementi semiconduttori, richiedono un'ispezione quotidiana per proteggersi da ambienti di lavoro avversi, come temperatura, umidità, polvere e vibrazioni, e per prevenire guasti derivanti dalle limitazioni della durata di vita dei componenti.
Elementi di ispezione:
(1) Ispezione giornaliera: verificare che l'inverter funzioni come richiesto. Utilizzare un voltmetro per controllare le tensioni di ingresso e di uscita mentre l'inverter è in funzione.
(2) Ispezione periodica: esaminare tutte le aree accessibili solo quando l'inverter è spento.
(3) Sostituzione dei componenti: la durata dei componenti è fortemente influenzata dalle condizioni di installazione.