Tipi di convertitori di frequenza e loro applicazione nelle moderne installazioni industriali

I tipi di inverter e il loro utilizzo nelle installazioni moderne sono un problema che gli ingegneri dell’automazione, gli elettricisti industriali e i manutentori incontrano quotidianamente. Gli inverter, o convertitori di frequenza, sono responsabili della regolazione della velocità, della coppia e delle caratteristiche operative dei motori elettrici nelle macchine e negli impianti tecnici.

Nella pratica industriale, si incontrano sia inverter monofase che inverter trifase che operano in applicazioni di varia complessità. La corretta differenziazione tra i tipi di inverter e le loro effettive capacità ha un impatto diretto sulla stabilità di funzionamento dell’azionamento, sulla durata del motore e sulla sicurezza dell’impianto.

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Tipi di convertitori di frequenza – suddivisione per alimentazione e design

Gli inverter (convertitori di frequenza) possono essere suddivisi in base a due criteri fondamentali: il tipo di alimentazione e la progettazione del sistema di alimentazione. Questa suddivisione è il punto di partenza per una corretta selezione del dispositivo.

Inverter monofase e trifase

• inverter monofase
• inverter trifase

Gli inverter monofase funzionano con la rete elettrica a 230 V CA e generano una tensione trifase di 3×230 V in uscita. Questo tipo di inverter monofase viene utilizzato soprattutto nei casi in cui non è possibile accedere a una rete trifase ed è necessario controllare un motore trifase.

Questi sistemi sono dominati dagli inverter per i motori trifase, che consentono il controllo della velocità in continuo, limitano la corrente di spunto e riducono i carichi meccanici sul sistema di azionamento.

Gli inverter trifase sono collegati a una rete CA 3×400 V e forniscono una tensione trifase 3×400 V in uscita. Ogni inverter trifase è una soluzione standard per le applicazioni industriali con potenze e carichi continui più elevati.

In questo gruppo, gli inverter per motori trifase sono comunemente utilizzati in pompe, compressori, miscelatori, trasportatori e macchinari di produzione.

Gli inverter per motori monofase sono una categoria a parte. Si tratta di dispositivi alimentati dalla rete a 230 V CA che forniscono una tensione di controllo monofase in uscita. Non generano tensione trifase e sono progettati esclusivamente per motori monofase di concezione adeguata.

Inverter senza trasformatore

Gli inverter senza trasformatore sono sempre più utilizzati nelle installazioni moderne. Il loro design senza trasformatore riduce le perdite di energia, riduce le dimensioni e aumenta l’efficienza dell’intero sistema.

Tuttavia, gli inverter senza trasformatore richiedono una corretta messa a terra e un filtro EMC. Nella pratica, un’implementazione non corretta di questi componenti è talvolta causa di interferenze, errori di comunicazione e funzionamento instabile dell’inverter.

Metodi di controllo degli inverter e applicazioni pratiche

Il secondo criterio chiave per la suddivisione degli inverter è il metodo di controllo del motore. La scelta del metodo di controllo influisce sulla precisione del funzionamento, sulla stabilità della coppia e sul comportamento del motore alle basse velocità.

Controllo scalare (U/f)

Il controllo scalare U/f prevede il mantenimento di un rapporto tensione/frequenza costante. Viene utilizzato nelle applicazioni in cui gli inverter per i motori trifase funzionano senza la necessità di un controllo preciso della coppia.

• pompe e ventilatori
• trasportatori semplici
• azionamenti ausiliari

Il controllo U/f è caratterizzato da una configurazione semplice e da un’elevata resistenza agli errori di parametrizzazione.

Controllo dei vettori

Il controllo vettoriale consente di controllare la coppia e il flusso magnetico del motore. Questa soluzione è utilizzata nelle applicazioni che richiedono un funzionamento stabile a basse velocità e variazioni dinamiche del carico.

L’attivazione del controllo vettoriale richiede l’inserimento di tutti i parametri nominali del motore. Dati del motore non corretti possono causare surriscaldamento, instabilità e interventi di protezione dell’inverter.

Inverter ibridi e inverter ibridi

Gli inverter ibridi combinano le funzioni di un classico convertitore di frequenza con la capacità di funzionare con più fonti di energia. Vengono utilizzati nei sistemi di accumulo di energia, negli impianti fotovoltaici e nei sistemi di alimentazione di riserva.

Gli inverter ibridi permettono di gestire il flusso di energia, di stabilizzare i parametri di alimentazione e di interagire con la rete e le fonti locali.

Consigli pratici

• controlla sempre che la tensione di uscita dell’inverter corrisponda alla tensione nominale del motore
• quando scegli un convertitore di frequenza monofase, tieni conto delle limitazioni di corrente dell’impianto
• per le applicazioni industriali, anticipare la riserva di potenza dell ‘inverter trifase
• Con gli inverter senza trasformatore, presta particolare attenzione alla messa a terra e alla compatibilità elettromagnetica.

Indipendentemente dal fatto che si utilizzino inverter per motori monofase, inverter per motori trifase o inverter ibridi, la corretta selezione e configurazione dell’inverter determina l’affidabilità e la durata dell’intero sistema di azionamento.

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