Tipi di inverter: una panoramica dei tipi più comuni e delle loro applicazioni nell’industria

Gli inverter sono alcuni dei dispositivi chiave dell’automazione industriale e dell’ingegneria elettrica, responsabili della conversione della corrente continua (DC) in corrente alternata (AC) con una frequenza regolata. In questo modo è possibile controllare agevolmente la velocità, la coppia e la direzione di un motore elettrico. I moderni sistemi di azionamento non possono funzionare senza inverter, che aumentano l’efficienza energetica, riducono al minimo l’usura dei componenti meccanici e permettono di adattare con precisione i parametri operativi ai requisiti del processo produttivo.

Esistono molti tipi e varietà di inverter sul mercato: dai semplici design monofase agli avanzati inverter vettoriali e agli inverter ibridi che lavorano con l’accumulo di energia. Ognuno di essi ha un design, una modalità di funzionamento e un’applicazione specifica in diversi settori, dall’automazione alla produzione di energia e ai trasporti.

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Tipi fondamentali di inverter e loro applicazioni

La scelta del giusto tipo di inverter dipende da una serie di fattori: il tipo di motore, i parametri di alimentazione, le condizioni ambientali, le caratteristiche del carico e se il dispositivo deve essere utilizzato in un sistema aperto o chiuso (feedback). Qui di seguito troverai una descrizione dettagliata dei principali tipi di inverter e delle loro applicazioni pratiche nell’industria. Vale la pena ricordare che la scelta dei cuscinetti volventi deve essere preceduta da un’analisi delle condizioni operative dell’azionamento, in particolare la coppia, la direzione del carico e il livello di rumore richiesto.

Inverter monofase

L’inverter monofase viene utilizzato nelle applicazioni a 230 V in cui la potenza dell’utenza non supera solitamente qualche kilowatt. Questi dispositivi sono ideali per i piccoli motori che azionano ventole, pompe di circolazione, nastri trasportatori, miscelatori o compressori a bassa potenza. Gli inverter per motori monofase non sono utilizzati solo nell’industria leggera, ma anche nell’edilizia, nell’agricoltura e nei sistemi HVAC. Sono caratterizzati da un funzionamento semplice, da un design compatto e dalla capacità di essere installati rapidamente in un quadro elettrico. I design moderni incorporano funzioni di protezione termica, filtri antirumore e frenata dinamica.

Inverter trifase

L’inverter trifase è progettato per l’utilizzo con motori trifase alimentati a 400 V. Nell’industria si trovano praticamente ovunque: nelle catene di montaggio, nelle macchine utensili CNC, nei trasportatori, negli ascensori, nei compressori, nelle macchine per lo stampaggio a iniezione o nelle gru. Gli inverter per motori trifase consentono un avviamento regolare, la limitazione delle correnti di spunto e il pieno controllo della velocità e della coppia del motore. A seconda delle esigenze, possono funzionare con sensori di velocità, encoder o resolver, consentendo di integrarli in sistemi di controllo PLC e HMI.

I moderni inverter trifase hanno ampie funzioni di comunicazione: supportano protocolli industriali come PROFINET, EtherCAT, CANopen o Modbus. Di conseguenza, possono far parte di sistemi di automazione integrati e i parametri operativi possono essere monitorati dal pannello operatore o da remoto tramite una rete industriale.

Inverter scalari e inverter vettoriali

A seconda del metodo di controllo, gli inverter si dividono in inverter scalari e inverter vettoriali.

• Gli inverter scalari (V/f) funzionano secondo il semplice principio del controllo proporzionale di tensione e frequenza. Sono semplici da configurare, poco costosi e sufficienti per azionamenti con coppia di carico costante. Hanno trovato applicazione, tra l’altro, in pompe, ventilatori e semplici linee di trasporto, dove non è richiesto un controllo preciso della coppia.
• Gli inverter vettoriali analizzano la corrente e la tensione in tempo reale, ricalcolando il vettore del campo magnetico del motore. Questo permette un controllo della coppia molto preciso, anche a basse velocità. Vengono utilizzati nei sistemi che richiedono un’elevata dinamica, ad esempio nelle macchine utensili CNC, nei robot industriali, negli azionamenti delle gru o nei sistemi di posizionamento. Le versioni ad anello chiuso offrono la massima precisione di controllo, mentre quelle a controllo vettoriale senza sensori semplificano la progettazione senza sacrificare la qualità del controllo.

Inverter AC e DC: le principali differenze

Gli inverter si differenziano anche per il tipo di energia che convertono. Gli inverter di tensione (AC) e gli inverter di corrente (DC) funzionano secondo principi diversi e la loro scelta dipende dalle caratteristiche dell’applicazione.

• Inverter di tensione (AC) – regolano la tensione e la frequenza di uscita. Sono il tipo più comune negli azionamenti industriali perché consentono un controllo preciso della velocità mantenendo un’elevata efficienza. Sono utilizzati in ventilatori, pompe, nastri trasportatori e azionamenti di macchine di produzione.
• Inverter di corrente (DC) – controllano la corrente, fornendo una coppia molto stabile. Vengono utilizzati in azionamenti con inerzia e coppia elevate, ad esempio nelle acciaierie, nei sistemi di gru e nei nastri trasportatori delle miniere. Sono caratterizzati da una struttura robusta e da un’elevata resistenza al sovraccarico.

Tipi speciali di inverter utilizzati nell’automazione industriale

Inverter a stato solido

Gli inverter a stato solido sono ormai lo standard nell’automazione industriale. Sono costruiti con IGBT, MOSFET o tiristori, che agiscono come elementi di commutazione ad alta velocità. Di conseguenza, gli inverter di questo tipo raggiungono un’efficienza molto elevata (superiore al 95%), riducono al minimo le perdite termiche e consentono di operare ad alte frequenze di commutazione. Sono utilizzati nella maggior parte delle macchine industriali moderne, nei robot, nei servoazionamenti e nei sistemi di energia rinnovabile.

Inverter senza trasformatore

Gli inverter senza trasformatore sono soluzioni all’avanguardia che rinunciano al classico trasformatore di isolamento. Di conseguenza, sono più leggeri, più compatti e hanno una maggiore efficienza energetica. Sono utilizzati principalmente nel settore fotovoltaico e nei sistemi di continuità (UPS). Consentono il funzionamento con tensioni di ingresso elevate e garantiscono perdite di conversione minime, con conseguenti minori costi operativi.

Contatto inverter

L‘inverter a contatto è un design storico in cui il cambio di direzione della corrente era realizzato da interruttori meccanici o contatti elettromagnetici. Sebbene oggi siano stati quasi completamente sostituiti dagli inverter a stato solido, si possono ancora trovare in sistemi di azionamento semplici, in linee di produzione datate o in apparecchiature con requisiti di bassa precisione.

Inverter ibridi

Gli inverter ibridi sono dispositivi tecnologicamente avanzati che combinano le funzioni dei classici convertitori AC/DC con le capacità di accumulo di energia. Permettono di interagire con i pannelli fotovoltaici, la rete elettrica e i banchi di batterie. In questo modo, garantiscono un’alimentazione ininterrotta e un uso efficiente delle energie rinnovabili. Sono utilizzati sia nell’industria che negli edifici intelligenti e nelle infrastrutture critiche.

Inverter specifici del produttore

• L’inverter Siemens – serie Sinamics è una soluzione completa per l’industria. Permette l’integrazione con i sistemi di controllo Simatic, supporta la comunicazione PROFINET e la diagnostica online. Si distingue per l’affidabilità e l’ampia gamma di potenze, da pochi watt a centinaia di kilowatt.
• Inverter Schneider – I famosi modelli della serie Altivar offrono un’interfaccia intuitiva, ampie funzioni di sicurezza e la capacità di operare in ambienti difficili. Sono ideali per applicazioni HVAC, ascensori, pompe e nastri trasportatori.
• Inverter Lenze – dispositivi compatti ad alta efficienza, utilizzati in macchine per l’imballaggio, il trasporto e l’assemblaggio. Facili da programmare e da integrare nelle reti industriali.
• Inverter Indramat (Bosch Rexroth) – utilizzato principalmente negli azionamenti CNC e nei sistemi robotici. Offre una precisione di controllo e una resistenza al sovraccarico molto elevate.
• Inverter Yaskawa – precisione e affidabilità giapponese. Le serie A1000 e V1000 sono inverter altamente dinamici utilizzati nei servoazionamenti e nell’automazione di precisione.

Consigli pratici sugli inverter per ingegneri e tecnici

• Abbina sempre l’inverter alla corrente nominale del motore, non solo alla potenza. Un abbinamento errato può causare un surriscaldamento.
• In ambienti con forti interferenze elettriche, utilizza cavi schermati e induttanze in ferrite per evitare interferenze di comunicazione.
• Scegli gli inverter scalari per le applicazioni con coppia di carico variabile (ad esempio, pompe, ventilatori) e gli inverter vettoriali per gli azionamenti che richiedono un’elevata dinamica.
• Per i sistemi con FER, considera l’utilizzo di inverter ibridi con buffering di energia per aumentare la stabilità dell’alimentazione.
• Pulisci regolarmente il dissipatore di calore dell’inverter e controlla le condizioni dei filtri per evitare il surriscaldamento e il malfunzionamento dei sistemi di alimentazione.

Gli inverter sono il cuore dei moderni sistemi di azionamento. La loro corretta selezione e il loro corretto funzionamento determinano le prestazioni, la sicurezza e l’efficienza energetica dell’intero sistema. RGB Electronics offre inverter monofase e trifase, oltre a soluzioni specializzate come inverter vettoriali, inverter a stato solido o ibridi di produttori rinomati: Siemens, Schneider, Lenze, Indramat e Yaskawa. Offriamo una diagnostica completa, la riparazione e il ricondizionamento degli inverter industriali con un supporto tecnico completo da parte dei nostri ingegneri dell’assistenza.

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