Se hai mai lavorato con motori industriali, probabilmente hai sentito molte domande sull'abbinamento degli azionamenti a frequenza variabile (VFD) con diversi tipi di motore. Una domanda che viene posta regolarmente ai nostri clienti, molti dei quali sono piccoli produttori, costruttori di macchine e tecnici della manutenzione, è: "È possibile utilizzare un VFD trifase da 3 CV con un motore CC?" In qualità di fornitore specializzato in soluzioni VFD, ho passato anni a rispondere a questa domanda esatta e la risposta non è un semplice sì o no. Dipende da come funziona ciascun componente, dalle specifiche elettriche coinvolte e da cosa stai cercando di ottenere con la configurazione. Analizziamolo in modo chiaro, iniziando dalle nozioni di base sia del VFD trifase da 3 CV che del motore CC.
Per prima cosa, analizziamo cosa fa ciascuna parte. Un convertitore di frequenza, a volte chiamato convertitore di frequenza VFD, è progettato per controllare la velocità dei motori a corrente alternata (CA) regolando la frequenza e la tensione della potenza inviata al motore. La maggior parte dei VFD standard sul mercato sono costruiti per motori a induzione CA, motori sincroni CA o motori CA a magneti permanenti: questi sono i cavalli di battaglia di apparecchiature industriali come nastri trasportatori, pompe e macchine utensili. Il nostro VFD trifase da 3 CV è progettato specificamente per motori CA trifase da 3 cavalli, quindi i suoi circuiti interni sono sintonizzati per gestire le caratteristiche di alimentazione CA di tali motori. Converte l'energia CA in ingresso (monofase o trifase, a seconda del modello) in corrente continua (CC), quindi riconverte quella CC in CA a frequenza variabile per soddisfare le esigenze di velocità del motore. Quella catena di conversione è fondamentale qui.
Un motore CC, invece, funziona con corrente continua e non è necessaria alcuna conversione. La sua velocità è controllata regolando la tensione inviata alla sua armatura o, in alcuni casi, regolando la corrente di campo. I motori CC esistono da decenni e sono ancora utilizzati in applicazioni che richiedono un controllo preciso della velocità a basse velocità, una coppia elevata all'avvio o prestazioni costanti su un ampio intervallo di velocità, ad esempio gru, paranchi e alcuni macchinari per l'imballaggio. Il problema è che un VFD standard non è cablato per gestire direttamente l'alimentazione CC, almeno non nel modo in cui è cablato per gestire la corrente CA.
Quindi puoi effettivamente collegare un VFD trifase da 3 CV a un motore CC? Entriamo nel lato tecnico. La risposta breve è: generalmente no, non con un VFD standard disponibile in commercio. Ecco perché. Il design interno del VFD è progettato per l'uscita CA. Prende la corrente alternata in entrata, la rettifica in corrente continua, quindi la inverte in corrente alternata con frequenza variabile. Un motore CC non ha bisogno di CA invertita: ha bisogno di pura potenza CC. Se colleghi un motore CC ai terminali di uscita di un VFD standard, stai inviando alimentazione CA a un componente realizzato per CC, che non funzionerà correttamente. Il VFD è progettato per fornire corrente alternata che alterna la direzione ad una frequenza impostata; l'armatura di un motore CC si basa su un flusso di corrente costante (o su variazioni di corrente controllate nel caso di motori CC con spazzole) per generare coppia. L'invio di corrente alternata a un motore CC lo farebbe vibrare eccessivamente, produrrebbe una coppia utilizzabile minima o nulla e potrebbe persino danneggiare gli avvolgimenti del motore o il VFD stesso in caso di picchi di corrente.
Detto questo, esiste una stretta eccezione. Se il tuo motore CC è in realtà un "motore CC" che è stato riproposto o, più specificamente, un motore CC con avvolgimento in serie che a volte viene utilizzato in applicazioni di trazione, come i vecchi motori elettrici per carrelli elevatori, alcune persone hanno sperimentato la modifica dei VFD per funzionare con loro. Ma anche in questo caso non si tratta di una configurazione standard e non è consigliata per la maggior parte degli usi industriali. Tali modifiche richiedono il ricablaggio dell'uscita del VFD per fornire una CC costante anziché una CA a frequenza variabile, il che modifica l'intera funzione dell'azionamento. Non sarebbe più un VFD, poiché i VFD sono per definizione convertitori di frequenza. Per quella configurazione modificata, sarebbe meglio utilizzare un controller per motore CC progettato per tale scopo, piuttosto che un VFD trifase da 3 CV destinato alla CA.
Parliamo anche dell'adattamento della potenza, che è un dettaglio fondamentale per qualsiasi abbinamento motore-azionamento. Il nostro VFD trifase da 3 CV è progettato per gestire un motore CA da 3 CV, che assorbe una quantità specifica di corrente (circa 7,5 A a 230 V trifase, per riferimento). Un motore CC della stessa potenza assorbirà corrente diversa a seconda della sua tensione nominale. Ad esempio, un motore da 3 CV e 24 V CC assorbe circa 100 A a pieno carico, mentre un motore da 3 CV e 48 V CC assorbe circa 50 A. Si tratta di un assorbimento di corrente molto diverso da quello che il VFD è progettato per fornire. Anche se si potesse modificare un VFD per produrre CC, i suoi componenti interni (come i transistor utilizzati nello stadio inverter) sarebbero dimensionati per la corrente inferiore di un motore CA da 3 CV, non per la corrente molto più elevata di cui ha bisogno un motore CC della stessa potenza. Ciò potrebbe causare surriscaldamento, guasto prematuro dei componenti o rischi per la sicurezza dovuti al sovraccarico elettrico.
Forse stai pensando: "E se utilizzassi un'unità diversa?" Questa è una bella domanda. Se hai bisogno del controllo della velocità per un motore CC, un VFD non è lo strumento giusto. Avresti invece bisogno di un controller per motore CC, costruito appositamente per regolare la tensione CC per controllare la velocità. Ma se lavori con motori CA, un VFD è la soluzione perfetta. Il nostro sito Web offre una gamma di opzioni per diverse configurazioni, incluso l'ingresso monofase VFD da 5 CV per fonti di alimentazione monofase più piccole o un convertitore di frequenza trifase per sistemi trifase industriali più grandi. Se disponi solo di alimentazione monofase per il tuo motore trifase, il nostro convertitore di frequenza monofase è progettato per convertire l'ingresso monofase in uscita trifase, quindi non devi ricablare la tua struttura per l'alimentazione trifase. Queste sono tutte soluzioni per il controllo di motori CA, adattate alle diverse esigenze di potenza e dimensioni del motore.
Un altro malinteso comune che sento dai clienti è che tutti i dispositivi di controllo del motore siano intercambiabili. Non è vero. I VFD sono specializzati per i motori CA a causa del modo in cui viene controllata la velocità del motore CA: per i motori a induzione CA, la velocità è determinata dal numero di poli nello statore e dalla frequenza dell'alimentazione. Regolando la frequenza, è possibile regolare la velocità e la regolazione della tensione insieme alla frequenza (chiamato controllo V/Hz) mantiene il campo magnetico del motore bilanciato in modo che non si surriscaldi. Un motore CC non ha quel design dello statore: il suo campo magnetico proviene da un magnete permanente o da un avvolgimento di campo separato, quindi il controllo della velocità funziona in modo completamente diverso. Provare a utilizzare un VFD per un motore CC è come usare una chiave inglese come cacciavite: potrebbe adattarsi, ma non funzionerà come dovrebbe e probabilmente danneggerai entrambi gli strumenti.
Affrontiamo anche cosa succede se qualcuno tenta di farlo comunque. Nei miei anni come fornitore, ho sentito storie di clienti che lo hanno testato e si sono ritrovati con motori fritti o azionamenti rotti. Ad esempio, una piccola officina meccanica ha provato una volta a collegare il proprio VFD trifase da 3 CV a un motore CC per un trasportatore personalizzato. Quando l'hanno acceso, il motore ha emesso un forte ronzio, ha tremato violentemente e ha bruciato l'avvolgimento dell'armatura in 10 minuti. Anche il VFD ha dovuto essere inviato per la riparazione, poiché il segnale di uscita CA confondeva i suoi circuiti di controllo interni. Questo è un risultato comune perché il VFD non è progettato per regolare l'alimentazione CC su un motore CC e il motore CC non è costruito per gestire l'alimentazione CA. Non vale il rischio, anche se sembra una scorciatoia economica.
Quindi, quando mai un VFD e un motore CC lavoreranno insieme? L'unico scenario a cui riesco a pensare è se si dispone di un sistema ibrido in cui un motore CC viene utilizzato come parte di una configurazione di frenata rigenerativa e il VFD gestisce il feedback di potenza. Anche in questo caso, si tratta di un'applicazione altamente specializzata, non di un caso d'uso standard. Le unità rigenerative (un tipo di VFD avanzato) possono catturare energia da un motore che funge da generatore, come quando un trasportatore sta rallentando, e rimandare quell'energia alla rete elettrica. Ma questo vale per i motori CA, non per i motori CC. Per un motore CC in un sistema rigenerativo, sarebbe comunque necessario un controller specifico per CC per gestire il feedback di energia, non un VFD.
Se il tuo obiettivo è controllare la velocità di un motore CC, la mossa giusta è cercare un controller di velocità del motore CC, non un VFD. Questi controller sono progettati per regolare la tensione di armatura o la corrente di campo dei motori CC, quindi funzionano perfettamente con il design del motore. Sono inoltre dimensionati correttamente per l'assorbimento di corrente dei motori CC che, come ho detto prima, può essere molto superiore a quello di un motore CA della stessa potenza. Ad esempio, un motore CC da 3 CV necessita di un controller valutato per almeno 100 A se è a 24 V, mentre un VFD da 3 CV ha una potenza nominale solo di circa 7,5 A a 230 V. Provare a utilizzare un VFD in questo caso significherebbe sottodimensionare il controller con un margine enorme, con conseguenti surriscaldamenti e guasti.
Ora, se lavori con un motore CA e ti chiedi se un VFD da 3 CV è adatto a te, è qui che i nostri prodotti brillano. Il nostro VFD trifase da 3 hp è costruito per funzionare con un'ampia gamma di motori CA trifase, da 1/2 hp fino a 3 hp, a seconda dell'efficienza e dell'applicazione del motore. Supporta sia il controllo V/Hz che il controllo vettoriale, che offre un controllo della velocità più preciso e una coppia più elevata a basse velocità, perfetto per applicazioni come piccoli trasportatori, macchine utensili e attrezzature agricole. Offriamo anche altri VFD per soddisfare esigenze diverse: se disponi di un motore da 5 CV, il nostro ingresso monofase VFD da 5 CV ti consente di utilizzarlo con alimentazione monofase, che è comune in molti ambienti commerciali senza collegamenti trifase. Per carichi più grandi, la nostra linea di azionamenti a frequenza trifase include modelli con potenze fino a potenze più elevate, così potrai trovare la soluzione giusta per la tua attrezzatura.
Concludiamo la questione. Il punto fondamentale è che un VFD trifase da 3 CV non può essere utilizzato con un motore CC standard. I loro progetti interni sono personalizzati per diversi tipi di potenza e funzioni del motore e il tentativo di accoppiarli porterà a scarse prestazioni, possibili danni alle apparecchiature e rischi per la sicurezza. Se hai bisogno del controllo della velocità per un motore DC, scegli un controller per motore DC appositamente realizzato. Se lavori con un motore CA e cerchi un VFD, la nostra linea di convertitori di frequenza e VFD, inclusi VFD trifase da 3 HP, VFD monofase in ingresso da 5 HP e convertitore di frequenza monofase per configurazioni a basso consumo, sono progettati per soddisfare in modo affidabile le esigenze industriali.
Se hai domande sul VFD giusto per il tuo motore CA, hai bisogno di aiuto per dimensionare un convertitore o desideri saperne di più sui nostri prodotti, non esitare a contattarci. Siamo qui per aiutarti a trovare la soluzione giusta per le tue apparecchiature industriali, indipendentemente dall'applicazione.
Riferimenti
- Controllo del motore elettrico: principi e applicazioni, McGraw-Hill, 2019
- Progettazione e funzionamento di azionamenti a frequenza variabile, IEEE Press, 2021
- Manuale sul controllo dei motori industriali, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), 2020