Convertitori di frequenza
Dalla fine degli anni '60, i convertitori di frequenza sono cambiati radicalmente, in gran parte come risultato dello sviluppo delle tecnologie dei microprocessori e dei semiconduttori e della loro riduzione dei costi.
Tuttavia, i principi fondamentali inerenti ai convertitori di frequenza rimangono gli stessi.
I convertitori di frequenza comprendono quattro elementi principali:
Riso. 1. Schema a blocchi del convertitore di frequenza
1. Il raddrizzatore genera una tensione CC pulsante quando è collegato a un'alimentazione CA monofase/trifase. Esistono due tipi principali di raddrizzatori: controllati e non controllati.
2.Un circuito intermedio di uno dei tre tipi:
a) convertire la tensione del raddrizzatore in DC.
b) stabilizzare o livellare la tensione continua pulsante e fornirla all'inverter.
c) convertire la tensione continua costante del raddrizzatore in una tensione alternata variabile.
3. Un inverter che genera la frequenza di tensione del motore elettrico. Alcuni inverter possono anche convertire la tensione CC costante in tensione CA variabile.
4. Circuito elettronico controllo, che invia segnali al raddrizzatore, al circuito intermedio e all'inverter e riceve segnali da questi elementi. La costruzione degli elementi controllati dipende dal design dello specifico convertitore di frequenza (vedere Fig. 2.02).
Comune a tutti i convertitori di frequenza è che tutti i circuiti di controllo controllano gli elementi semiconduttori dell'inverter. I convertitori di frequenza differiscono nella modalità di commutazione utilizzata per regolare la tensione di alimentazione del motore.
Nella fig. 2, che riporta i vari principi di costruzione/controllo del convertitore, vengono utilizzate le seguenti notazioni:
1- raddrizzatore controllato,
2- raddrizzatore non controllato,
3- circuito intermedio di corrente continua variabile,
4- circuito intermedio a tensione costante CC
5- circuito intermedio di corrente continua variabile,
6- inverter con modulazione di ampiezza degli impulsi (PAM)
7- inverter con modulazione di larghezza di impulso (PWM)
Invertitore di corrente (IT) (1+3+6)
Convertitore con modulazione di ampiezza degli impulsi (PAM) (1+4+7) (2+5+7)
Convertitore di modulazione di larghezza di impulso (PWM/VVCplus) (2+4+7)
Riso. 2. Vari principi costruzione/controllo di convertitori di frequenza
Per completezza vanno menzionati i convertitori diretti che non presentano un circuito intermedio. Tali convertitori vengono utilizzati nella gamma di potenza dei megawatt per generare una tensione di alimentazione a bassa frequenza direttamente da una rete a 50 Hz, con una frequenza di uscita massima di circa 30 Hz.
Raddrizzatore
La tensione di alimentazione di rete è una tensione alternata trifase o monofase con frequenza fissa (ad esempio 3x400 V/50 Hz o 1 x 240 V/50 Hz); Le caratteristiche di queste tensioni sono illustrate nella figura seguente.
Riso. 3. Tensione CA monofase e trifase
Nella figura, tutte e tre le fasi sono spostate nel tempo, la tensione di fase cambia costantemente direzione e la frequenza indica il numero di periodi al secondo. Una frequenza di 50 Hz significa che ci sono 50 periodi al secondo (50 x T), cioè un periodo dura 20 millisecondi.
Il raddrizzatore del convertitore di frequenza è costruito su diodi, tiristori o una combinazione di entrambi. Un raddrizzatore costruito su diodi non è controllato, mentre un raddrizzatore costruito su tiristori è controllato. Se vengono utilizzati sia diodi che tiristori, il raddrizzatore è semi-controllato.
Raddrizzatori non controllati
Riso. 4. Modalità operativa del diodo.
I diodi consentono alla corrente di fluire in una sola direzione: dall'anodo (A) al catodo (K). Come con altri dispositivi a semiconduttore, la corrente del diodo non può essere regolata. La tensione CA viene convertita dal diodo in una tensione CC pulsante. Se un raddrizzatore trifase non controllato è alimentato da una tensione CA trifase, in questo caso la tensione CC pulsa.
Riso. 5. Raddrizzatore non controllato
Nella fig. La Figura 5 mostra un raddrizzatore trifase non controllato contenente due gruppi di diodi. Un gruppo è costituito dai diodi D1, D3 e D5. L'altro gruppo è costituito dai diodi D2, D4 e D6. Ciascun diodo conduce corrente per un terzo del tempo del periodo (120°). In entrambi i gruppi, i diodi conducono la corrente in una determinata sequenza. I periodi durante i quali entrambi i gruppi lavorano sono spostati l'uno dall'altro di 1/6 del tempo del periodo T (60°).
I diodi D1,3,5 sono aperti (conduttori) quando viene applicata una tensione positiva. Se la tensione della fase L raggiunge un valore di picco positivo, il diodo D è aperto e il terminale A riceve la tensione della fase L1. Gli altri due diodi saranno interessati da tensioni inverse di grandezza U L1-2 e U L1-3
La stessa cosa accade nel gruppo di diodi D2,4,6. In questo caso, il terminale B riceve una tensione di fase negativa. Se in questo momento la fase L3 raggiunge il massimo valore negativo, il diodo D6 è aperto (conduttivo). Entrambi gli altri diodi sono influenzati da tensioni inverse di grandezza U L3-1 e U L3-2
La tensione di uscita del raddrizzatore non controllato è uguale alla differenza di tensione di questi due gruppi di diodi. Il valore medio dell'ondulazione della tensione CC è 1,35 x tensione di rete.
Riso. 6. Tensione di uscita del raddrizzatore trifase non controllato
Raddrizzatori controllati
Nei raddrizzatori controllati, i diodi vengono sostituiti dai tiristori. Come un diodo, un tiristore fa passare la corrente in una sola direzione: dall'anodo (A) al catodo (K). Tuttavia, a differenza del diodo, il tiristore ha un terzo elettrodo chiamato “gate” (G). Affinché il tiristore si apra, è necessario applicare un segnale al cancello. Se c'è corrente che scorre attraverso il tiristore, il tiristore lo farà passare finché la corrente non diventa zero.
La corrente non può essere interrotta applicando un segnale al cancello. I tiristori sono utilizzati sia nei raddrizzatori che negli inverter.
Al gate a tiristori viene fornito un segnale di controllo a, caratterizzato da un ritardo espresso in gradi. Questi gradi causano un ritardo tra il momento in cui la tensione attraversa lo zero e il momento in cui il tiristore è aperto.
Riso. 7. Modalità operativa del tiristore
Se l'angolo a è compreso tra 0° e 90°, il circuito a tiristori viene utilizzato come raddrizzatore e, se compreso tra 90° e 300°, come invertitore.
Riso. 8. Raddrizzatore trifase controllato
Un raddrizzatore controllato non è sostanzialmente diverso da un raddrizzatore non controllato, tranne per il fatto che il tiristore è controllato dal segnale a e inizia a condurre dal momento in cui un diodo convenzionale inizia a condurre fino al momento in cui è 30 ° dopo il punto in cui la tensione attraversa lo zero.
La regolazione del valore di a consente di modificare l'entità della tensione raddrizzata. Il raddrizzatore controllato genera una tensione costante, il cui valore medio è 1,35 x tensione di rete x cos α
Riso. 9. Tensione di uscita del raddrizzatore trifase controllato
Rispetto a un raddrizzatore non controllato, quello controllato presenta perdite più significative e introduce un rumore maggiore nella rete di alimentazione, poiché con un tempo di trasmissione dei tiristori più breve, il raddrizzatore preleva più corrente reattiva dalla rete.
Il vantaggio dei raddrizzatori controllati è la loro capacità di restituire energia alla rete di alimentazione.
Catena intermedia
Il circuito intermedio può essere pensato come un impianto di accumulo dal quale il motore elettrico può prelevare energia tramite un inverter. A seconda del raddrizzatore e dell'inverter sono possibili tre principi per la costruzione di un circuito intermedio.
Convertitori - fonti di corrente (1-convertitori)
Riso. 10. Circuito intermedio CC variabile
Nel caso degli inverter - generatori di corrente, il circuito intermedio contiene una grande bobina di induttanza ed è interfacciato solo con un raddrizzatore controllato. L'induttore converte la tensione variabile del raddrizzatore in una corrente continua variabile. La tensione del motore elettrico è determinata dal carico.
Convertitori - sorgenti di tensione (convertitori a U)
Riso. 11. Circuito intermedio tensione continua
Nel caso degli inverter - sorgenti di tensione, il circuito intermedio è un filtro contenente un condensatore e può essere interfacciato con un raddrizzatore di due tipi. Il filtro attenua la tensione CC pulsante (U21) del raddrizzatore.
In un raddrizzatore controllato, la tensione a una determinata frequenza è costante e viene fornita all'inverter come tensione continua effettiva (U22) con ampiezza variabile.
Nei raddrizzatori non controllati, la tensione all'ingresso dell'inverter è una tensione costante con un'ampiezza costante.
Circuito intermedio di tensione continua variabile
Riso. 12. Circuito intermedio a tensione variabile
Nei circuiti intermedi con tensione continua variabile, è possibile accendere un interruttore davanti al filtro, come mostrato in Fig. 12.
Il chopper contiene un transistor che funge da interruttore, accendendo e spegnendo la tensione del raddrizzatore. Il sistema di controllo controlla il chopper confrontando la variazione di tensione dopo il filtro (U v) con il segnale di ingresso. Se c'è una differenza, il rapporto viene regolato modificando il tempo in cui il transistor è acceso e il tempo in cui è spento. Ciò modifica il valore effettivo e l'entità della tensione costante, che può essere espressa dalla formula
U v = U x t acceso / (t acceso + t spento)
Quando il transistor chopper apre il circuito di corrente, l'induttore del filtro rende la tensione ai capi del transistor infinitamente grande. Per evitare ciò, l'interruttore è protetto da un diodo a commutazione rapida. Quando il transistor si apre e si chiude come mostrato in Fig. 13, la tensione sarà più alta nella modalità 2.
Riso. 13. Il transistor chopper controlla la tensione del circuito intermedio
Il filtro del circuito intermedio attenua la tensione ad onda quadra dopo il chopper. Il condensatore e l'induttore del filtro mantengono una tensione costante ad una determinata frequenza.
A seconda del progetto, il circuito intermedio può anche svolgere funzioni aggiuntive, che includono:
Isolamento del raddrizzatore dall'inverter
Riduzione armonica
Accumulo di energia per limitare i picchi di carico intermittenti.
Invertitore
L'inverter è l'ultimo collegamento del convertitore di frequenza prima del motore elettrico e il luogo in cui avviene l'adattamento finale della tensione di uscita.
Il convertitore di frequenza fornisce condizioni operative normali nell'intero intervallo di controllo adattando la tensione di uscita alle condizioni di carico. Ciò consente di mantenere una magnetizzazione ottimale del motore.
Dal circuito intermedio l'inverter riceve
Corrente continua variabile,
Variazione della tensione CC o
Tensione continua costante.
Grazie all'inverter, in ognuno di questi casi viene fornita al motore elettrico una quantità variabile. In altre parole, l'inverter crea sempre la frequenza desiderata della tensione fornita al motore elettrico. Se la corrente o la tensione sono variabili, l'inverter produce solo la frequenza desiderata. Se la tensione è costante, l'inverter crea sia la frequenza desiderata che la tensione desiderata per il motore.
Anche se gli inverter funzionano in modi diversi, la loro struttura di base è sempre la stessa. Gli elementi principali degli inverter sono dispositivi a semiconduttore controllati, collegati a coppie in tre rami.
Attualmente, nella maggior parte dei casi, i tiristori vengono sostituiti da transistor ad alta frequenza, che sono in grado di aprirsi e chiudersi molto rapidamente. La frequenza di commutazione varia solitamente da 300 Hz a 20 kHz e dipende dai dispositivi a semiconduttore utilizzati.
I dispositivi a semiconduttore nell'inverter vengono aperti e chiusi da segnali generati dal circuito di controllo. I segnali possono essere generati in diversi modi.
Riso. 14. Invertitore di corrente del circuito intermedio a tensione variabile convenzionale.
Gli inverter convenzionali, che commutano principalmente la corrente del circuito intermedio a tensione variabile, contengono sei tiristori e sei condensatori.
I condensatori consentono ai tiristori di aprirsi e chiudersi in modo tale che la corrente negli avvolgimenti di fase venga spostata di 120 gradi e debba essere adattata alle dimensioni del motore elettrico. Quando la corrente viene periodicamente applicata ai terminali del motore Sequenze U-V, V-W, W-U, U-V..., appare un campo magnetico rotante intermittente della frequenza richiesta. Anche se la corrente del motore è quasi forma rettangolare, la tensione del motore sarà quasi sinusoidale. Tuttavia, quando la corrente viene attivata o disattivata, si verificano sempre picchi di tensione.
I condensatori sono separati dalla corrente di carico del motore elettrico mediante diodi.
Riso. 15. Inverter per tensione variabile o costante del circuito intermedio e dipendenza della corrente di uscita dalla frequenza di commutazione dell'inverter
Gli inverter con tensione del circuito intermedio variabile o costante contengono sei elementi di commutazione e, indipendentemente dal tipo di dispositivi a semiconduttore utilizzati, funzionano in modo quasi identico. Il circuito di controllo apre e chiude dispositivi a semiconduttore utilizzandone diversi in vari modi modulazione, modificando così la frequenza di uscita del convertitore di frequenza.
Il primo metodo consiste nel variare la tensione o la corrente nel circuito intermedio.
Gli intervalli durante i quali i singoli dispositivi a semiconduttore sono aperti sono disposti in una sequenza utilizzata per ottenere la frequenza di uscita richiesta.
Questa sequenza di commutazione del semiconduttore è controllata dall'entità della variazione della tensione o della corrente del circuito intermedio. Utilizzando un oscillatore controllato in tensione, la frequenza segue sempre l'ampiezza della tensione. Questo tipo di controllo dell'inverter è chiamato modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM).
Per una tensione del circuito intermedio fissa viene utilizzato un metodo di base diverso. La tensione del motore diventa variabile applicando la tensione del circuito intermedio agli avvolgimenti del motore per periodi di tempo più o meno lunghi.
Riso. 16 Modulazione dell'ampiezza e della durata dell'impulso
La frequenza viene modificata modificando gli impulsi di tensione lungo l'asse del tempo: positivamente durante un semiciclo e negativamente durante l'altro.
Poiché questo metodo modifica la durata (larghezza) degli impulsi di tensione, viene chiamato modulazione di larghezza di impulso (PWM). La modulazione PWM (e metodi correlati come il PWM controllato con onda sinusoidale) è il metodo più comune di controllo dell'inverter.
Nella modulazione PWM il circuito di controllo determina quando i dispositivi a semiconduttore commutano all'intersezione di una tensione di rampa e di una tensione di riferimento sinusoidale sovrapposta (PWM a controllo sinusoidale). Altri metodi promettenti di modulazione PWM sono i metodi di modulazione dell'ampiezza dell'impulso modificata come WC e WC plus, sviluppati da Danfoss Corporation.
Transistor
Poiché i transistor possono commutare a velocità elevate, l'interferenza elettromagnetica che si verifica quando il motore viene "impulsato" (magnetizzato) viene ridotta.
Un altro vantaggio dell'elevata frequenza di commutazione è la flessibilità di modulazione della tensione di uscita del convertitore di frequenza, che consente la generazione di corrente sinusoidale del motore, mentre il circuito di controllo deve semplicemente accendere e spegnere i transistor dell'inverter.
La frequenza di commutazione dell'inverter è un'arma a doppio taglio, poiché le alte frequenze possono causare il riscaldamento del motore e generare grandi picchi di tensione. Maggiore è la frequenza di commutazione, maggiori saranno le perdite.
D'altro canto, una bassa frequenza di commutazione può provocare un elevato rumore acustico.
I transistor ad alta frequenza possono essere suddivisi in tre gruppi principali:
Transistor bipolari (LTR)
MOSFET unipolari (MOS-FET)
Transistor bipolari a gate isolato (IGBT)
Attualmente, gli IGBT sono i transistor più utilizzati perché combinano le proprietà di controllo dei transistor MOS-FET con le proprietà di uscita dei transistor LTR; Inoltre, dispongono dell'intervallo di potenza, della conduttività e della frequenza di commutazione adeguati, il che rende molto più semplice il controllo dei moderni convertitori di frequenza.
Con gli IGBT, sia gli elementi dell'inverter che i controlli dell'inverter sono collocati in un modulo stampato chiamato "modulo di potenza intelligente" (IPM).
Modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM)
La modulazione dell'ampiezza degli impulsi viene utilizzata per i convertitori di frequenza con tensione del circuito intermedio variabile.
Nei convertitori di frequenza con raddrizzatori non controllati, l'ampiezza della tensione di uscita è generata dall'interruttore intermedio e, se il raddrizzatore è controllato, l'ampiezza viene ottenuta direttamente.
Riso. 20. Formazione di tensione nei convertitori di frequenza con un interruttore nel circuito intermedio
Transistor (chopper) in Fig. 20 viene sbloccato o bloccato da un circuito di controllo e regolazione. I tempi di commutazione dipendono dal valore nominale (segnale di ingresso) e dal segnale di tensione misurata (valore effettivo). Il valore effettivo viene misurato sul condensatore.
L'induttore e il condensatore agiscono come un filtro che attenua l'ondulazione di tensione. Il picco di tensione dipende dal tempo di apertura del transistor e se nominale e valore attuale diversi tra loro, l'interruttore funziona fino al raggiungimento del livello di tensione richiesto.
Regolazione della frequenza
La frequenza della tensione di uscita viene variata dall'inverter durante un periodo e i dispositivi di commutazione a semiconduttore vengono azionati più volte durante un periodo.
La durata del periodo può essere modificata in due modi:
1.direttamente tramite segnale di ingresso o
2.utilizzando una tensione CC variabile proporzionale al segnale di ingresso.
Riso. 21a. Controllo della frequenza utilizzando la tensione del circuito intermedio
La modulazione dell'ampiezza dell'impulso è il metodo più comune per generare tensione trifase con la frequenza appropriata.
Nella modulazione di larghezza di impulso la formazione della tensione totale del circuito intermedio (≈ √2 x U rete) è determinata dalla durata e dalla frequenza di commutazione degli elementi di potenza. La frequenza di ripetizione degli impulsi PWM tra i momenti di accensione e spegnimento è variabile e consente la regolazione della tensione.
Esistono tre opzioni principali per impostare le modalità di commutazione in un inverter controllato mediante modulazione di larghezza di impulso.
1.PWM controllato sinusoidale
2.PWM sincrono
3.PWM asincrono
Ciascun ramo di un inverter PWM trifase può avere due stati diversi (acceso e spento).
I tre interruttori formano otto possibili combinazioni di commutazione (2 3) e quindi otto vettori di tensione digitali all'uscita dell'inverter o all'avvolgimento dello statore del motore elettrico collegato. Come mostrato nella Fig. 21b, questi vettori 100, 110, 010, 011, 001, 101 si trovano agli angoli dell'esagono circoscritto, utilizzando i vettori 000 e 111 come vettori zero.
Nelle combinazioni di commutazione 000 e 111 su tutti e tre i terminali di uscita dell'inverter viene creato lo stesso potenziale - positivo o negativo rispetto al circuito intermedio (vedere Fig. 21c). Per un motore elettrico ciò significa un effetto prossimo al cortocircuito dei terminali; la tensione O V è applicata anche agli avvolgimenti del motore elettrico.
PWM controllato da onda sinusoidale
Il PWM controllato a onda sinusoidale utilizza una tensione di riferimento sinusoidale (Us) per controllare ciascuna uscita dell'inverter. La durata del periodo di tensione sinusoidale corrisponde alla frequenza fondamentale desiderata della tensione di uscita. Alle tre tensioni di riferimento viene applicata una tensione a dente di sega (U D), vedere fig. 22.
Riso. 22. Principio di funzionamento del PWM a controllo sinusoidale (con due tensioni di riferimento)
Quando la tensione di rampa e le tensioni di riferimento sinusoidali si intersecano, i semiconduttori dell'inverter si aprono o si chiudono.
Le intersezioni sono determinate dagli elementi elettronici della scheda di controllo. Se la tensione di rampa è maggiore della tensione sinusoidale, quando la tensione di rampa diminuisce, gli impulsi di uscita cambiano da positivo a negativo (o da negativo a positivo), in modo che la tensione di uscita del convertitore di frequenza sia determinata dalla tensione del circuito intermedio .
La tensione di uscita varia in base al rapporto tra la durata degli stati aperto e chiuso e questo rapporto può essere modificato per ottenere la tensione richiesta. Pertanto, l'ampiezza degli impulsi di tensione negativa e positiva corrisponde sempre alla metà della tensione del circuito intermedio.
Riso. 23. Tensione di uscita del PWM controllato sinusoidalmente
A frequenze statoriche basse, il tempo nello stato chiuso aumenta e può essere così lungo da rendere impossibile mantenere la frequenza della tensione di rampa.
Ciò aumenta il periodo di assenza di tensione e il motore funzionerà in modo non uniforme. Per evitare ciò, alle basse frequenze è possibile raddoppiare la frequenza della rampa di tensione.
La tensione di fase sui terminali di uscita del convertitore di frequenza corrisponde alla metà della tensione del circuito intermedio divisa per √ 2, ovvero pari alla metà della tensione di alimentazione. La tensione di linea sui terminali di uscita è √ 3 volte la tensione di fase, ovvero pari alla tensione di alimentazione moltiplicata per 0,866.
Un inverter controllato PWM che funziona modulando esclusivamente la tensione di riferimento dell'onda sinusoidale può fornire una tensione pari all'86,6% della tensione nominale (vedi Figura 23).
Quando si utilizza la modulazione dell'onda sinusoidale pura, la tensione di uscita del convertitore di frequenza non può raggiungere la tensione del motore poiché anche la tensione di uscita sarà inferiore del 13%.
Tuttavia, la tensione aggiuntiva richiesta può essere ottenuta riducendo il numero di impulsi quando la frequenza supera circa 45 Hz, ma questo metodo presenta alcuni inconvenienti. In particolare, provoca una variazione graduale della tensione, che porta a un funzionamento instabile del motore elettrico. Se il numero degli impulsi diminuisce, aumentano le armoniche superiori all'uscita del convertitore di frequenza, il che aumenta le perdite nel motore elettrico.
Un altro modo per risolvere questo problema prevede l'utilizzo di altre tensioni di riferimento invece di tre sinusoidali. Queste sollecitazioni possono avere qualsiasi forma (ad esempio trapezoidale oa gradini).
Ad esempio, un riferimento di tensione comune utilizza la terza armonica di una tensione di riferimento sinusoidale. È possibile ottenere una tale modalità di commutazione per i dispositivi a semiconduttore dell'inverter, che aumenterà la tensione di uscita del convertitore di frequenza, aumentando l'ampiezza della tensione di riferimento sinusoidale del 15,5% e aggiungendovi una terza armonica.
PWM sincrono
La principale difficoltà nell'utilizzo del metodo PWM controllato sinusoidalmente è la necessità di determinare valori ottimali tempo di commutazione e angolo della tensione durante un dato periodo. Questi tempi di commutazione devono essere impostati in modo tale da consentire solo un minimo di armoniche superiori. Questa modalità di commutazione viene mantenuta solo per un determinato intervallo di frequenza (limitato). Il funzionamento al di fuori di questo intervallo richiede l'uso di un metodo di commutazione diverso.
PWM asincrono
La necessità di orientamento sul campo e di reattività del sistema in termini di controllo di coppia e velocità degli azionamenti CA trifase (compresi i servomotori) richiede cambiamenti graduali nell'ampiezza e nell'angolo della tensione dell'inverter. L'utilizzo della modalità di commutazione PWM “normale” o sincrona non consente modifiche graduali nell'ampiezza e nell'angolo della tensione dell'inverter.
Un modo per soddisfare questo requisito è il PWM asincrono, che invece di sincronizzare la modulazione della tensione di uscita con la frequenza di uscita, come di solito si fa per ridurre le armoniche in un motore elettrico, modula il circuito di controllo della tensione vettoriale, risultando in un accoppiamento sincrono con la frequenza di uscita.
Esistono due opzioni principali per il PWM asincrono:
SFAVM (Modulazione vettoriale asincrona orientata al flusso statorico = (modulazione vettoriale sincrona orientata al flusso magnetico dello statore)
60° AVM (Asynchronous Vector Modulation = modulazione vettoriale asincrona).
SFAVM è un metodo di modulazione vettoriale spaziale che consente modifiche casuali ma graduali della tensione, dell'ampiezza e dell'angolo dell'inverter durante il tempo di commutazione. Ciò consente di ottenere proprietà dinamiche migliorate.
Lo scopo principale dell'utilizzo di tale modulazione è ottimizzare il flusso magnetico dello statore utilizzando la tensione dello statore riducendo al contempo l'ondulazione di coppia, poiché la deviazione angolare dipende dalla sequenza di commutazione e può causare un aumento dell'ondulazione di coppia. Pertanto, la sequenza di commutazione deve essere calcolata in modo tale da ridurre al minimo la deviazione dell'angolo vettoriale. La commutazione tra i vettori di tensione si basa sul calcolo del percorso del flusso magnetico desiderato nello statore del motore, che a sua volta determina la coppia.
Lo svantaggio dei precedenti sistemi di alimentazione PWM convenzionali erano le deviazioni nell'ampiezza del vettore del flusso magnetico dello statore e nell'angolo del flusso magnetico. Queste deviazioni hanno influito negativamente sul campo rotante (coppia) nel traferro del motore elettrico e hanno causato pulsazioni di coppia. L'influenza della deviazione dell'ampiezza U è trascurabile e può essere ulteriormente ridotta aumentando la frequenza di commutazione.
Generazione della tensione del motore
Il funzionamento stabile corrisponde alla regolazione del vettore di tensione della macchina U wt in modo che descriva un cerchio (vedi Fig. 24).
Il vettore di tensione è caratterizzato dall'entità della tensione del motore elettrico e dalla velocità di rotazione, che corrisponde alla frequenza operativa nel momento considerato. La tensione del motore viene generata creando valori medi utilizzando brevi impulsi provenienti da vettori adiacenti.
Il metodo SFAVM, sviluppato da Danfoss Corporation, ha, tra le altre, le seguenti proprietà:
Il vettore di tensione può essere regolato in ampiezza e fase senza discostarsi dall'impostazione impostata.
La sequenza di commutazione inizia sempre con 000 o 111. Ciò consente al vettore di tensione di avere tre modalità di commutazione.
Il valore medio del vettore di tensione si ottiene utilizzando brevi impulsi di vettori vicini, nonché vettori zero 000 e 111.
Circuito di controllo
Il circuito di controllo, o scheda di controllo, è il quarto elemento principale del convertitore di frequenza, progettato per risolvere quattro compiti importanti:
Controllo degli elementi semiconduttori di un convertitore di frequenza.
Scambio di dati tra convertitori di frequenza e dispositivi periferici.
Raccolta dati e generazione di messaggi di guasto.
Esecuzione di funzioni di protezione per convertitore di frequenza e motore elettrico.
I microprocessori hanno aumentato la velocità del circuito di controllo, ampliato significativamente la gamma di applicazioni degli azionamenti e ridotto il numero di calcoli necessari.
Il microprocessore è integrato nel convertitore di frequenza ed è sempre in grado di determinare la combinazione ottimale di impulsi per ogni condizione operativa.
Circuito di controllo per convertitore di frequenza AIM
Riso. 25 Principio di funzionamento di un circuito di controllo per un circuito intermedio controllato da un interruttore.
Nella fig. La Figura 25 mostra un convertitore di frequenza con controllo AIM e un interruttore automatico intermedio. Il circuito di controllo controlla il convertitore (2) e l'inverter (3).
Il controllo viene effettuato in base al valore istantaneo della tensione del circuito intermedio.
La tensione del circuito intermedio aziona un circuito che funge da contatore di indirizzi nella memoria di archiviazione dei dati. La memoria memorizza le sequenze di uscita per il modello di impulsi dell'inverter. Quando la tensione del circuito intermedio aumenta, il conteggio avviene più velocemente, la sequenza termina prima e la frequenza di uscita aumenta.
Per il controllo chopper, la tensione del circuito intermedio viene prima confrontata con il valore nominale del segnale di tensione di riferimento. Si prevede che questo segnale di tensione venga fornito valori corretti tensione e frequenza di uscita. Se il segnale di riferimento e il segnale del circuito intermedio vengono modificati, il controller PI informa il circuito che è necessario modificare il tempo di ciclo. Ciò fa sì che la tensione del circuito intermedio venga regolata in base al segnale di riferimento.
Un metodo di modulazione comune per il controllo di un convertitore di potenza è la modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM). La modulazione della larghezza dell'impulso (PWM) è maggiore metodo moderno.
Controllo del campo (controllo vettoriale)
Il controllo vettoriale può essere organizzato in diversi modi. La principale differenza tra i metodi risiede nei criteri utilizzati nel calcolo dei valori di corrente attiva, corrente magnetizzante (flusso magnetico) e coppia.
Quando si confrontano i motori CC e i motori asincroni trifase (Fig. 26), vengono rilevati alcuni problemi. Nella corrente continua, i parametri importanti per la produzione della coppia - flusso magnetico (F) e corrente di armatura - sono fissi rispetto alla dimensione e alla posizione della fase e sono determinati dall'orientamento degli avvolgimenti di campo e dalla posizione del carbonio spazzole (Fig. 26a).
In un motore CC, la corrente di armatura e la corrente che crea il flusso magnetico si trovano ad angolo retto tra loro e i loro valori non sono molto grandi. In un motore elettrico asincrono, la posizione del flusso magnetico (F) e della corrente del rotore (I,) dipende dal carico. Inoltre, a differenza di un motore CC, gli angoli di fase e la corrente non possono essere determinati direttamente dalla dimensione dello statore.
Riso. 26. Confronto tra macchina DC e macchina asincrona AC
Tuttavia, utilizzando un modello matematico, è possibile calcolare la coppia dal rapporto tra il flusso magnetico e la corrente dello statore.
Dalla corrente statorica misurata (ls) viene estratta una componente (l w) che crea una coppia con flusso magnetico (Ф) ad angolo retto tra queste due variabili (l in). Questo crea il flusso magnetico del motore elettrico (Fig. 27).
Riso. 27. Calcolo delle componenti di corrente per la regolazione del campo
Con queste due componenti di corrente è possibile influenzare in modo indipendente la coppia e il flusso magnetico. Tuttavia, a causa della complessità dei calcoli basati sul modello dinamico di un motore elettrico, tali calcoli sono economicamente vantaggiosi solo negli azionamenti digitali.
Poiché in questo metodo il controllo dell'eccitazione, indipendente dal carico, è separato dal controllo della coppia, è possibile controllare dinamicamente un motore a induzione allo stesso modo di un motore DC, a condizione che il segnale sia disponibile feedback. Questo metodo di controllo di un motore CA trifase presenta i seguenti vantaggi:
Buona risposta ai cambiamenti di carico
Controllo preciso della potenza
Coppia massima a velocità zero
Le caratteristiche prestazionali sono paragonabili a quelle degli azionamenti DC.
Regolazione delle caratteristiche V/f e del vettore di flusso magnetico
Negli ultimi anni, i sistemi di controllo della velocità per motori CA trifase sono stati sviluppati sulla base di due principi diversi controlli:
controllo V/f normale, o controllo SCALARE e controllo vettoriale del flusso magnetico.
Entrambi i metodi presentano i propri vantaggi, a seconda dei requisiti specifici di prestazioni di guida (dinamica) e precisione.
Il controllo V/f ha un intervallo di controllo della velocità limitato (circa 1:20) e a bassa velocità è richiesto un principio di controllo diverso (compensazione). Utilizzando questo metodo è relativamente semplice adattare il convertitore di frequenza al motore e il controllo è immune alle variazioni istantanee del carico nell'intero intervallo di velocità.
Negli azionamenti con controllo di flusso, il convertitore di frequenza deve essere configurato con precisione per il motore, il che richiede una conoscenza dettagliata dei suoi parametri. Sono inoltre necessari componenti aggiuntivi per ricevere il segnale di feedback.
Alcuni vantaggi di questo tipo di controllo:
Risposta rapida ai cambi di velocità e ampio intervallo di velocità
Migliore risposta dinamica ai cambi di direzione
Un principio di controllo uniforme è garantito in tutta la gamma di velocità.
Per l'utente soluzione ottimale ci sarebbe una combinazione migliori proprietà entrambi i principi. Ovviamente, sono necessarie sia la proprietà di resistenza alle variazioni di carico/scarico sull'intero intervallo di velocità, che di solito è un punto di forza del controllo V/f, sia una risposta rapida alle variazioni del riferimento di velocità (come nel controllo di campo).
Secondo le ultime statistiche, circa il 70% di tutta l’elettricità generata nel mondo viene consumata da azionamenti elettrici. E ogni anno questa percentuale cresce.
Con un metodo correttamente selezionato per controllare un motore elettrico, è possibile ottenere la massima efficienza, la coppia massima sull'albero della macchina elettrica e allo stesso tempo aumenteranno le prestazioni complessive del meccanismo. I motori elettrici che funzionano in modo efficiente consumano un minimo di elettricità e forniscono la massima efficienza.
Per i motori elettrici alimentati da inverter, l'efficienza dipenderà in gran parte dal metodo di controllo scelto macchina elettrica. Solo comprendendo i meriti di ciascun metodo gli ingegneri e i progettisti dei sistemi di azionamento possono ottenere le massime prestazioni da ciascun metodo di controllo.
Contenuto:
Metodi di controllo
Molte persone che lavorano nel campo dell'automazione, ma non sono strettamente coinvolte nello sviluppo e nell'implementazione dei sistemi di azionamento elettrico, credono che il controllo del motore elettrico consista in una sequenza di comandi immessi tramite un'interfaccia da un pannello di controllo o da un PC. Sì, dal punto di vista della gerarchia gestionale complessiva sistema automatizzato questo è corretto, ma ci sono ancora modi per controllare il motore elettrico stesso. Sono questi metodi che avranno il massimo impatto sulle prestazioni dell'intero sistema.
Per i motori asincroni collegati a un convertitore di frequenza, esistono quattro metodi di controllo principali:
- U/f – volt per hertz;
- U/f con encoder;
- Controllo vettoriale ad anello aperto;
- Controllo vettoriale ad anello chiuso;
Tutti e quattro i metodi utilizzano la modulazione della larghezza degli impulsi PWM, che modifica la larghezza di un segnale fisso variando la larghezza degli impulsi per creare un segnale analogico.
La modulazione della larghezza di impulso viene applicata al convertitore di frequenza utilizzando una tensione del bus CC fissa. aprendo e chiudendo rapidamente (più correttamente, commutando) generano impulsi in uscita. Variando l'ampiezza di questi impulsi in uscita si ottiene una “sinusoide” della frequenza desiderata. Anche se la forma della tensione di uscita dei transistor è pulsata, la corrente viene comunque ottenuta sotto forma di sinusoide, poiché il motore elettrico ha un'induttanza che influenza la forma della corrente. Tutti i metodi di controllo sono basati sulla modulazione PWM. La differenza tra i metodi di controllo risiede solo nel metodo di calcolo della tensione fornita al motore elettrico.
In questo caso, la frequenza portante (mostrata in rosso) rappresenta la massima frequenza di commutazione dei transistor. La frequenza portante per gli inverter è solitamente compresa tra 2 kHz e 15 kHz. Il riferimento di frequenza (mostrato in blu) è il segnale di comando della frequenza di uscita. Per gli inverter utilizzati nei sistemi di azionamento elettrici convenzionali, di norma, varia da 0 Hz a 60 Hz. Quando i segnali di due frequenze si sovrappongono, verrà emesso un segnale per aprire il transistor (indicato in nero), che fornisce la tensione di alimentazione al motore elettrico.
Metodo di controllo U/F
Il controllo volt per Hz, più comunemente indicato come U/F, è forse il metodo di controllo più semplice. Viene spesso utilizzato in semplici sistemi di azionamento elettrico per la sua semplicità e il numero minimo di parametri richiesti per il funzionamento. Questo metodo di controllo non richiede l'installazione obbligatoria di un encoder e impostazioni obbligatorie per un azionamento elettrico a frequenza variabile (ma è consigliato). Ciò porta a costi inferiori per equipaggiamento ausiliario(sensori, cavi di feedback, relè, ecc.). Il controllo U/F è spesso utilizzato nelle apparecchiature ad alta frequenza, ad esempio nelle macchine CNC per azionare la rotazione del mandrino.
Il modello a coppia costante ha una coppia costante sull'intero intervallo di velocità con lo stesso rapporto U/F. Il modello con rapporto di coppia variabile ha una tensione di alimentazione inferiore a basse velocità. Ciò è necessario per evitare la saturazione della macchina elettrica.
U/F è l'unico modo per regolare la velocità di un motore elettrico asincrono, che consente il controllo di più azionamenti elettrici da un convertitore di frequenza. Di conseguenza, tutte le macchine si avviano e si fermano simultaneamente e funzionano alla stessa frequenza.
Ma questo metodo di controllo presenta diverse limitazioni. Ad esempio, quando si utilizza il metodo di controllo U/F senza encoder, non vi è assolutamente alcuna certezza che l'albero di una macchina asincrona ruoti. Inoltre, la coppia di avviamento di una macchina elettrica ad una frequenza di 3 Hz è limitata al 150%. Sì, la coppia limitata è più che sufficiente per ospitare la maggior parte delle apparecchiature esistenti. Ad esempio, quasi tutti i ventilatori e le pompe utilizzano il metodo di controllo U/F.
Questo metodo è relativamente semplice a causa delle sue specifiche più flessibili. La regolazione della velocità è generalmente compresa tra il 2% e il 3% della frequenza di uscita massima. La risposta in velocità è calcolata per frequenze superiori a 3 Hz. La velocità di risposta del convertitore di frequenza è determinata dalla velocità della sua risposta alle variazioni della frequenza di riferimento. Maggiore è la velocità di risposta, più velocemente la trazione elettrica risponderà ai cambiamenti nell'impostazione della velocità.
L'intervallo di controllo della velocità quando si utilizza il metodo U/F è 1:40. Moltiplicando questo rapporto per la frequenza massima di funzionamento dell'azionamento elettrico, otteniamo il valore della frequenza minima alla quale la macchina elettrica può funzionare. Ad esempio, se il valore di frequenza massimo è 60 Hz e l'intervallo è 1:40, il valore di frequenza minimo sarà 1,5 Hz.
La curva U/F determina la relazione tra frequenza e tensione durante il funzionamento di un convertitore di frequenza. In base ad essa la curva di impostazione della velocità di rotazione (frequenza del motore) determinerà, oltre al valore della frequenza, anche il valore della tensione fornita ai terminali della macchina elettrica.
Operatori e tecnici possono selezionare il modello di controllo U/F desiderato con un parametro in un moderno convertitore di frequenza. I modelli preinstallati sono già ottimizzati per applicazioni specifiche. Ci sono anche opportunità per creare i propri modelli che saranno ottimizzati per uno specifico sistema di azionamento a frequenza variabile o motore elettrico.
Dispositivi come ventilatori o pompe hanno una coppia di carico che dipende dalla loro velocità di rotazione. La coppia variabile (immagine sopra) del modello U/F previene errori di controllo e migliora l'efficienza. Questo modello di controllo riduce le correnti magnetizzanti alle basse frequenze riducendo la tensione sulla macchina elettrica.
I meccanismi a coppia costante come trasportatori, estrusori e altre apparecchiature utilizzano un metodo di controllo della coppia costante. Con carico costante, è necessaria la piena corrente di magnetizzazione a tutte le velocità. Di conseguenza la caratteristica presenta una pendenza rettilinea nell'intero intervallo di velocità.
Metodo di controllo U/F con encoder
Se è necessario aumentare la precisione del controllo della velocità di rotazione, al sistema di controllo viene aggiunto un encoder. L'introduzione del feedback di velocità tramite encoder consente di aumentare la precisione del controllo allo 0,03%. La tensione di uscita sarà comunque determinata dal modello U/F specificato.
Questo metodo di controllo non è molto utilizzato poiché i vantaggi che offre rispetto alle funzioni U/F standard sono minimi. La coppia di avviamento, la velocità di risposta e l'intervallo di controllo della velocità sono tutti identici all'U/F standard. Inoltre, all'aumentare delle frequenze operative, possono sorgere problemi con il funzionamento dell'encoder, poiché ha un numero di giri limitato.
Controllo vettoriale ad anello aperto
Il controllo vettoriale ad anello aperto (VC) viene utilizzato per un controllo della velocità più ampio e dinamico di una macchina elettrica. Avviandosi da un convertitore di frequenza, i motori elettrici possono sviluppare una coppia di spunto pari al 200% della coppia nominale ad una frequenza di soli 0,3 Hz. Ciò amplia significativamente l'elenco dei meccanismi in cui è possibile utilizzare un azionamento elettrico asincrono con controllo vettoriale. Questo metodo consente inoltre di controllare la coppia della macchina in tutti e quattro i quadranti.
La coppia è limitata dal motore. Ciò è necessario per prevenire danni ad attrezzature, macchinari o prodotti. Il valore delle coppie è suddiviso in quattro diversi quadranti, a seconda del senso di rotazione della macchina elettrica (avanti o indietro) e a seconda se il motore elettrico attua . I limiti possono essere impostati singolarmente per ciascun quadrante oppure l'utente può impostare la coppia complessiva nel convertitore di frequenza.
La modalità motore di una macchina asincrona sarà fornita in modo che il campo magnetico del rotore sia in ritardo campo magnetico statore. Se il campo magnetico del rotore inizia a superare il campo magnetico dello statore, la macchina entrerà in modalità di frenata rigenerativa con rilascio di energia; in altre parole, il motore asincrono passerà alla modalità generatore.
Ad esempio, una macchina tappatrice per bottiglie può utilizzare la limitazione della coppia nel quadrante 1 (direzione in avanti con coppia positiva) per impedire un serraggio eccessivo del tappo di una bottiglia. Il meccanismo si sposta in avanti e utilizza la coppia positiva per serrare il tappo della bottiglia. Ma un dispositivo come un ascensore con un contrappeso più pesante della cabina vuota utilizzerà il quadrante 2 (rotazione inversa e coppia positiva). Se la cabina sale all'ultimo piano, la coppia sarà opposta alla velocità. Ciò è necessario per limitare la velocità di sollevamento ed evitare la caduta libera del contrappeso, poiché è più pesante della cabina.
Il feedback di corrente in questi convertitori di frequenza consente di impostare limiti sulla coppia e sulla corrente del motore elettrico, poiché all'aumentare della corrente aumenta anche la coppia. La tensione di uscita dell'inverter può aumentare se il meccanismo richiede più coppia o diminuire se viene raggiunto il valore massimo consentito. Ciò rende il principio di controllo vettoriale di una macchina asincrona più flessibile e dinamico rispetto al principio U/F.
Inoltre, i convertitori di frequenza con controllo vettoriale e anello aperto hanno una risposta di velocità più rapida di 10 Hz, che ne consente l'utilizzo in meccanismi con carichi d'urto. Ad esempio, nei frantoi da roccia, il carico cambia costantemente e dipende dal volume e dalle dimensioni della roccia da lavorare.
A differenza del modello di controllo U/F, il controllo vettoriale utilizza un algoritmo vettoriale per determinare la tensione operativa massima effettiva del motore elettrico.
Il controllo vettoriale della VU risolve questo problema grazie alla presenza di feedback sulla corrente del motore. Di norma, il feedback di corrente viene generato dai trasformatori di corrente interni del convertitore di frequenza stesso. Utilizzando il valore di corrente ottenuto, il convertitore di frequenza calcola la coppia e il flusso della macchina elettrica. Il vettore base della corrente del motore è matematicamente suddiviso in un vettore di corrente magnetizzante (I d) e coppia (I q).
Utilizzando i dati e i parametri della macchina elettrica, l'inverter calcola i vettori della corrente magnetizzante (I d) e della coppia (I q). Per ottenere le massime prestazioni, il convertitore di frequenza deve mantenere I d e I q separati da un angolo di 90 0. Ciò è significativo perché sin 90 0 = 1 e un valore pari a 1 rappresenta il valore di coppia massimo.
Controllo globale del vettore motore elettrico asincrono esercita un controllo più stretto. La regolazione della velocità è pari a circa ±0,2% della frequenza massima e l'intervallo di regolazione raggiunge 1:200, consentendo di mantenere la coppia durante il funzionamento a basse velocità.
Controllo del feedback vettoriale
Il controllo vettoriale di feedback utilizza lo stesso algoritmo di controllo del VAC ad anello aperto. La differenza principale è la presenza di un encoder, che consente al convertitore di frequenza di sviluppare una coppia di spunto del 200% a 0 giri/min. Questo punto è semplicemente necessario per creare un momento iniziale durante lo spostamento da ascensori, gru e altri mezzi di sollevamento, al fine di evitare cedimenti del carico.
La presenza di un sensore di feedback della velocità consente di aumentare il tempo di risposta del sistema a oltre 50 Hz, nonché di espandere l'intervallo di controllo della velocità a 1:1500. Inoltre, la presenza di feedback consente di controllare non la velocità della macchina elettrica, ma la coppia. In alcuni meccanismi, è il valore della coppia ad essere di grande importanza. Ad esempio, avvolgitrice, meccanismi di intasamento e altri. In tali dispositivi è necessario regolare la coppia della macchina.
Descrizione:
Un convertitore di frequenza combinato con un motore elettrico asincrono consente di sostituire un azionamento elettrico CC. I sistemi di controllo della velocità del motore DC sono abbastanza semplici, ma il punto debole di tale azionamento elettrico è il motore elettrico. È costoso e inaffidabile. Durante il funzionamento, le spazzole scintillano e il commutatore si consuma sotto l'influenza dell'erosione elettrica. Tale motore elettrico non può essere utilizzato in ambienti polverosi ed esplosivi.
I motori elettrici asincroni sono superiori ai motori CC sotto molti aspetti: sono semplici nel design e affidabili, poiché non hanno contatti mobili. Hanno dimensioni, peso e costo inferiori rispetto ai motori DC a parità di potenza. I motori asincroni sono facili da produrre e da utilizzare.
Lo svantaggio principale dei motori elettrici asincroni è la difficoltà di regolarne la velocità metodi tradizionali(modificando la tensione di alimentazione, introducendo ulteriori resistenze nel circuito di avvolgimento).
Il controllo di un motore elettrico asincrono in modalità frequenza è stato fino a poco tempo fa un grosso problema, sebbene la teoria del controllo della frequenza sia stata sviluppata negli anni '30. Lo sviluppo degli azionamenti a frequenza variabile è stato ostacolato dal costo elevato dei convertitori di frequenza. L'emergere di circuiti di alimentazione con transistor IGBT e lo sviluppo di sistemi di controllo a microprocessore ad alte prestazioni hanno consentito a diverse aziende in Europa, Stati Uniti e Giappone di creare moderni convertitori di frequenza a un prezzo accessibile.
È noto che il controllo della velocità attuatori può essere effettuato utilizzando vari dispositivi: variatori meccanici, giunti idraulici, resistori inseriti ulteriormente nello statore o nel rotore, convertitori di frequenza elettromeccanici, convertitori di frequenza statici.
L'uso dei primi quattro dispositivi non prevede Alta qualità controllo della velocità, antieconomico, costoso da installare e da utilizzare.
I convertitori di frequenza statici sono attualmente i dispositivi di controllo dell'azionamento asincrono più avanzati.
Il principio del metodo di frequenza del controllo della velocità di un motore asincrono è quello modificando la frequenza f1 tensione di alimentazione, è possibile secondo l'espressione
senza modificare il numero di coppie polari p, modificare la velocità angolare del campo magnetico dello statore.
Questo metodo fornisce un controllo uniforme della velocità su un ampio intervallo e le caratteristiche meccaniche sono altamente rigide.
La regolazione della velocità non è accompagnata da un aumento dello scorrimento del motore asincrono, quindi le perdite di potenza durante la regolazione sono ridotte.
Per ottenere elevate prestazioni energetiche di un motore asincrono: fattori di potenza, azione utile, capacità di sovraccarico: è necessario modificare la tensione fornita contemporaneamente alla frequenza.
La legge della variazione di tensione dipende dalla natura della coppia di carico SM. A coppia di carico costante Mc=cost La tensione dello statore deve essere regolata proporzionalmente alla frequenza :
Per la natura della coppia di carico del ventilatore, questo stato ha la forma:
Con una coppia di carico inversamente proporzionale alla velocità:
Pertanto, per una regolazione continua e regolare della velocità dell'albero di un motore elettrico asincrono, il convertitore di frequenza deve fornire una regolazione simultanea della frequenza e della tensione sullo statore del motore asincrono.
Vantaggi dell'utilizzo dell'azionamento elettrico regolabile nei processi tecnologici
L'utilizzo di un azionamento elettrico controllato garantisce il risparmio energetico e consente di ottenere nuove qualità di sistemi e oggetti. Significativi risparmi energetici si ottengono regolando qualsiasi parametro tecnologico. Se si tratta di un trasportatore o di un trasportatore, puoi regolare la velocità del suo movimento. Se si tratta di una pompa o di un ventilatore, è possibile mantenere la pressione o regolare le prestazioni. Se si tratta di una macchina utensile, è possibile regolare agevolmente la velocità di avanzamento o il movimento principale.
Uno speciale effetto economico derivante dall'uso dei convertitori di frequenza deriva dall'uso della regolazione della frequenza negli impianti che trasportano liquidi. Fino ad ora, il modo più comune per regolare le prestazioni di tali oggetti era l'uso di valvole a saracinesca o valvole di controllo, ma oggi sta diventando disponibile il controllo della frequenza di un motore asincrono che aziona, ad esempio, la girante di un'unità di pompaggio o di un ventilatore.
La promessa della regolazione della frequenza è chiaramente visibile dalla Figura 1
Pertanto, durante la strozzatura, il flusso di una sostanza trattenuto da una saracinesca o da una valvola non viene interrotto lavoro utile. L'uso di un azionamento elettrico regolabile di una pompa o di un ventilatore consente di impostare la pressione o la portata richiesta, il che non solo farà risparmiare energia, ma ridurrà anche le perdite della sostanza trasportata.
Struttura del convertitore di frequenza
La maggior parte dei moderni convertitori di frequenza sono costruiti utilizzando uno schema a doppia conversione. Sono costituiti dalle seguenti parti principali: un collegamento CC (raddrizzatore non controllato), un inverter di impulsi di potenza e un sistema di controllo.
Il collegamento CC è costituito da un raddrizzatore non controllato e da un filtro. La tensione alternata della rete di alimentazione viene convertita in tensione continua.
L'inverter a impulsi trifase di potenza è costituito da sei interruttori a transistor. Ciascun avvolgimento del motore elettrico è collegato tramite un corrispondente interruttore ai terminali positivo e negativo del raddrizzatore. L'inverter converte la tensione raddrizzata in una tensione alternata trifase della frequenza e ampiezza richieste, che viene applicata agli avvolgimenti dello statore del motore elettrico.
Negli stadi di uscita dell'inverter, i transistor di potenza IGBT vengono utilizzati come interruttori. Rispetto ai tiristori hanno una frequenza di commutazione più elevata, che consente loro di produrre un segnale di uscita sinusoidale con una distorsione minima.
Principio di funzionamento del convertitore di frequenza
Il convertitore di frequenza è costituito da un raddrizzatore di potenza a diodi non controllato B, un inverter autonomo, un sistema di controllo PWM, a regolazione automatica, induttore Lв e condensatore di filtro Cв (Fig. 2). Regolazione della frequenza di uscita fout. e la tensione Uout viene effettuata nell'inverter grazie al controllo della larghezza di impulso ad alta frequenza.
Il controllo dell'ampiezza dell'impulso è caratterizzato da un periodo di modulazione, all'interno del quale l'avvolgimento dello statore del motore elettrico è collegato alternativamente ai poli positivo e negativo del raddrizzatore.
La durata di questi stati all'interno del periodo PWM è modulata secondo una legge sinusoidale. A frequenze di clock PWM elevate (solitamente 2...15 kHz), le correnti sinusoidali fluiscono negli avvolgimenti del motore a causa delle loro proprietà di filtraggio.
La regolazione della velocità non è accompagnata da un aumento dello scorrimento del motore asincrono, quindi le perdite di potenza durante la regolazione sono ridotte. Per ottenere elevate prestazioni energetiche di un motore asincrono - fattori di potenza, rendimento, capacità di sovraccarico - è necessario modificare la tensione di ingresso contemporaneamente alla frequenza.
Struttura del convertitore di frequenza
Il più moderno convertitori di frequenza costruito utilizzando uno schema di doppia conversione. La tensione sinusoidale in ingresso con ampiezza e frequenza costanti viene raddrizzata nel circuito intermedio B, livellata da un filtro costituito da un'induttanza Lв e il condensatore di filtro Cv, e poi riconvertiti dall'inverter AIN in tensione alternata di frequenza e ampiezza variabili. Regolazione della frequenza di uscita fout. e la tensione Uout viene effettuata nell'inverter grazie al controllo della larghezza di impulso ad alta frequenza. Il controllo dell'ampiezza dell'impulso è caratterizzato da un periodo di modulazione, all'interno del quale l'avvolgimento dello statore del motore elettrico è collegato alternativamente ai poli positivo e negativo del raddrizzatore.
La durata di connessione di ciascun avvolgimento all'interno del periodo di ripetizione dell'impulso è modulata secondo una legge sinusoidale. La massima ampiezza dell'impulso viene fornita a metà del semiciclo e diminuisce verso l'inizio e la fine del semiciclo. Pertanto, il sistema di controllo del sistema di controllo fornisce la modulazione della larghezza di impulso (PWM) della tensione applicata agli avvolgimenti del motore. L'ampiezza e la frequenza della tensione sono determinate dai parametri della funzione sinusoidale modulante. Pertanto, all'uscita del convertitore di frequenza si forma una tensione alternata trifase di frequenza e ampiezza variabili.
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Contenuto:Nei motori elettrici asincroni è necessario regolare la velocità del rotore. A tale scopo viene utilizzato un convertitore di frequenza, il cui elemento principale è un convertitore di frequenza. Il suo design include un ponte a corrente continua, che è anche un raddrizzatore che converte la corrente alternata industriale in corrente continua. Un'altra parte importante è l'inverter, che converte inversamente la corrente continua in corrente alternata con la frequenza e l'ampiezza richieste.
Principio di funzionamento del convertitore di frequenza
I motori asincroni sono ampiamente utilizzati nell'industria e nei trasporti, essendo la principale forza motrice di componenti, macchine e meccanismi. Sono altamente affidabili e relativamente facili da riparare.
Tuttavia, questi dispositivi possono ruotare solo a una frequenza, ovvero l'alimentazione CA. Per operare in gamme diverse, vengono utilizzati dispositivi speciali: convertitori di frequenza che adattano le frequenze ai parametri richiesti.
Il funzionamento dei convertitori è strettamente correlato al principio di funzionamento di un motore asincrono. Il suo statore è costituito da tre avvolgimenti, ciascuno dei quali è collegato elettricità, creando un campo magnetico alternato. Sotto l'influenza di questo campo, nel rotore viene indotta una corrente che porta anche alla comparsa di un campo magnetico. Come risultato dell'interazione dei campi dello statore e del rotore, il rotore inizia a ruotare.
Quando un motore a induzione si avvia, vi è un notevole assorbimento di corrente dalla rete di alimentazione. Per questo motivo, l'azionamento del meccanismo subisce un sovraccarico significativo. C'è un desiderio spasmodico del motore di raggiungere la velocità nominale. Di conseguenza, la durata non solo dell'unità stessa, ma anche dei dispositivi da essa alimentati si riduce.
Questo problema viene risolto con successo utilizzando un convertitore di frequenza, che consente di modificare la frequenza della tensione che fornisce il motore. L'uso di moderni componenti elettronici rende questi dispositivi di piccole dimensioni e altamente efficienti.
Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza è abbastanza semplice. Innanzitutto la tensione di rete viene fornita al raddrizzatore, dove viene trasformata in corrente continua. Viene quindi livellato dai condensatori e inviato a un convertitore a transistor. I suoi transistor allo stato aperto hanno una resistenza estremamente bassa. Si aprono e chiudono in determinati orari tramite controllo elettronico. Una tensione simile a quella trifase si forma quando le fasi sono spostate l'una rispetto all'altra. Gli impulsi sono di forma rettangolare, ma ciò non influisce affatto sul funzionamento del motore.
I convertitori di frequenza sono di grande importanza durante il funzionamento. Con questo schema di connessione, è necessario utilizzare un condensatore di sfasamento per creare una coppia. L'efficienza dell'unità diminuisce notevolmente, ma il convertitore di frequenza aumenta le sue prestazioni.
Pertanto, l'uso di un convertitore di frequenza rende più efficiente il controllo dei motori CA trifase. Di conseguenza, la produzione migliora processi tecnologici e le risorse energetiche vengono utilizzate in modo più razionale.
Vantaggi e svantaggi dei dispositivi di controllo della frequenza
Questi dispositivi di regolazione presentano indubbi vantaggi e garantiscono un elevato effetto economico. Si distinguono per l'elevata precisione delle regolazioni e forniscono una coppia di spunto pari al massimo. Se necessario, il motore elettrico può funzionare a carico parziale, consentendo un notevole risparmio energetico. I regolatori di frequenza prolungano significativamente la vita delle apparecchiature. Quando il motore si avvia senza intoppi, la sua usura diventa molto inferiore.
Il convertitore di frequenza può essere diagnosticato a distanza tramite una rete industriale. Ciò consente di tenere traccia delle ore lavorate dal motore, riconoscere i guasti di fase nei circuiti di ingresso e uscita e identificare anche altri difetti e malfunzionamenti.
Al dispositivo di controllo possono essere collegati diversi sensori che consentono di regolare determinate quantità, ad esempio la pressione. Se la tensione di rete scompare improvvisamente, viene attivato un sistema di frenata controllata e riavvio automatico. La velocità di rotazione viene stabilizzata al variare del carico. Il convertitore di frequenza sta diventando un sostituto alternativo dell'interruttore automatico.
Lo svantaggio principale è l'interferenza causata dalla maggior parte dei modelli di tali dispositivi. Per garantire il normale funzionamento, è necessario installare filtri anti-interferenza ad alta frequenza. Inoltre, la maggiore potenza degli azionamenti a frequenza variabile ne aumenta significativamente i costi, quindi il periodo minimo di recupero dell'investimento è di 1-2 anni.
Applicazione di dispositivi di regolazione
I dispositivi di controllo della frequenza vengono utilizzati in molti settori: nell'industria e nella vita di tutti i giorni. Sono dotati di laminatoi, trasportatori, macchine da taglio, ventilatori, compressori, miscelatori, elettrodomestici lavatrici e condizionatori d'aria. Le trasmissioni si sono dimostrate efficaci nel trasporto urbano con filobus. Utilizzo di azionamenti a frequenza variabile in macchine utensili CNC controllato dal programma consente di sincronizzare i movimenti nella direzione di più assi contemporaneamente.
Questi sistemi forniscono il massimo effetto economico se utilizzati in varie apparecchiature di pompaggio. Lo standard di qualsiasi tipo è regolare le strozzature installate nelle linee di pressione e determinare il numero di unità operative. Per questo motivo è possibile ottenerne alcuni specifiche tecniche, come la pressione della conduttura e altri.
Le pompe hanno una velocità costante e non tengono conto della variazione della portata derivante dal consumo d'acqua variabile. Anche in caso di flusso minimo, le pompe manterranno una velocità costante, portando alla creazione di un eccesso di pressione nella rete e causando situazioni di emergenza. Tutto ciò è accompagnato da un notevole dispendio energetico. Ciò avviene soprattutto di notte, quando si registra un forte calo del consumo di acqua.
Con l'avvento degli azionamenti a frequenza variabile è diventato possibile mantenere una pressione costante direttamente sui consumatori. Questi sistemi si sono dimostrati efficaci insieme a motori asincroni scopo generale. Il controllo della frequenza consente di modificare la velocità di rotazione dell'albero, rendendola superiore o inferiore alla velocità nominale. Un sensore di pressione installato presso il consumatore trasmette informazioni a un azionamento a frequenza variabile, che, a sua volta, modifica la frequenza fornita al motore.
I moderni dispositivi di controllo sono di dimensioni compatte. Sono alloggiati in un alloggiamento protetto da polvere e umidità. Grazie all'interfaccia intuitiva, i dispositivi possono essere utilizzati anche nelle condizioni più difficili, con un ampio intervallo di potenza - da 0,18 a 630 kilowatt e una tensione di 220/380 volt.
Le modalità operative delle pompe centrifughe sono regolate dal punto di vista energetico in modo più efficiente modificando la velocità di rotazione delle loro giranti. La velocità di rotazione delle giranti può essere modificata se come motore di azionamento viene utilizzato un azionamento elettrico regolabile.
Progettazione e caratteristiche di turbine e motori a gas combustione interna sono tali da poter fornire una variazione della velocità di rotazione nell'intervallo richiesto.
È conveniente analizzare il processo di regolazione della velocità di rotazione di qualsiasi meccanismo utilizzando le caratteristiche meccaniche dell'unità.
Consideriamo le caratteristiche meccaniche di un gruppo pompante costituito da una pompa e un motore elettrico. Nella fig. 1 presenta le caratteristiche meccaniche pompa centrifuga, dotato di valvola di ritegno (curva 1) e di motore elettrico con rotore a gabbia di scoiattolo (curva 2).
Riso. 1. Caratteristiche meccaniche del gruppo pompa
La differenza tra la coppia del motore elettrico e la coppia resistente della pompa si chiama coppia dinamica. Se la coppia del motore è maggiore della coppia resistente della pompa la coppia dinamica è considerata positiva, se inferiore è considerata negativa.
Sotto l'influenza di una coppia dinamica positiva, l'unità di pompaggio inizia a funzionare con accelerazione, ad es. accelera. Se la coppia dinamica è negativa il gruppo pompante funziona con un rallentamento, cioè rallenta.
Quando questi momenti sono uguali, si verifica uno stato di funzionamento stazionario, cioè l'unità pompa funziona a velocità costante. Questa velocità di rotazione e la coppia corrispondente sono determinate dall'intersezione delle caratteristiche meccaniche del motore elettrico e della pompa (punto a in Fig. 1).
Se durante il processo di regolazione la caratteristica meccanica viene modificata in un modo o nell'altro, ad esempio per renderla più morbida introducendo un resistore aggiuntivo nel circuito del rotore del motore elettrico (curva 3 in Fig. 1), la coppia di rotazione del motore elettrico diventerà inferiore alla coppia resistente.
Sotto l'influenza di una coppia dinamica negativa, l'unità di pompaggio inizia a funzionare più lentamente, ad es. rallenta fino a quando la coppia e il momento resistente non tornano in equilibrio (punto b in Fig. 1). Questo punto corrisponde alla propria frequenza di rotazione e al proprio valore di coppia.
Pertanto, il processo di regolazione della velocità di rotazione dell'unità pompa è continuamente accompagnato da variazioni nella coppia del motore elettrico e nel momento di resistenza della pompa.
La velocità di rotazione della pompa può essere controllata variando la velocità di rotazione di un motore elettrico collegato rigidamente alla pompa, oppure modificando il rapporto di trasmissione della trasmissione che collega la pompa al motore elettrico, che funziona a velocità costante.
Regolazione della velocità dei motori elettrici
Le unità di pompaggio utilizzano principalmente motori AC. La velocità di rotazione di un motore CA dipende dalla frequenza della corrente di alimentazione f, dal numero di coppie polari p e dallo scorrimento s. Modificando uno o più di questi parametri è possibile modificare la velocità di rotazione del motore elettrico e della pompa ad esso associata.
L'elemento principale azionamento elettrico a frequenzaÈ . Nel convertitore, la frequenza costante della rete di alimentazione f1 viene convertita in una frequenza variabile f 2. La velocità di rotazione del motore elettrico collegato all'uscita del convertitore cambia in proporzione alla frequenza f 2.
Utilizzando un convertitore di frequenza, i parametri di rete praticamente invariati tensione U1 e frequenza f1 vengono convertiti nei parametri variabili U2 e f 2 necessari per il sistema di controllo. Per garantire un funzionamento stabile del motore elettrico, limitare il sovraccarico di corrente e flusso magnetico e mantenere elevate prestazioni energetiche, è necessario mantenere un certo rapporto tra i parametri di ingresso e di uscita nel convertitore di frequenza, a seconda del tipo di caratteristiche meccaniche del motore elettrico. pompa. Questi rapporti si ottengono dall'equazione della legge di regolazione della frequenza.
Per le pompe è necessario rispettare il seguente rapporto:U1/f1 = U2/f2 = cost
Nella fig. La figura 2 mostra le caratteristiche meccaniche di un motore elettrico asincrono con regolazione di frequenza. Al diminuire della frequenza f2, la caratteristica meccanica non solo cambia la sua posizione nelle coordinate n - M, ma cambia anche leggermente la sua forma. In particolare viene ridotta la coppia massima del motore elettrico. Ciò è dovuto al fatto che se si osserva la relazione U1/f1 = U2/f2 = cost e la frequenza f1 cambia, l'influenza della resistenza statorica attiva sull'entità della coppia del motore non viene presa in considerazione.
Riso. 2. Caratteristiche meccaniche di un convertitore di frequenza alle frequenze massime (1) e basse (2).
Quando la regolazione della frequenza tiene conto di questa influenza, la coppia massima rimane invariata, la forma della caratteristica meccanica viene preservata, cambia solo la sua posizione.
Convertitori di frequenza con alta caratteristiche energetiche dovuto al fatto che l'uscita del convertitore fornisce una forma delle curve di corrente e tensione che si avvicina a quella sinusoidale. Recentemente, i convertitori di frequenza basati su moduli IGBT (transistor bipolari a gate isolato) sono diventati più diffusi.
Il modulo IGBT è un elemento chiave altamente efficiente. Ha una bassa caduta di tensione, ad alta velocità e bassa potenza di commutazione. Un convertitore di frequenza basato su moduli IGBT con PWM e un algoritmo vettoriale per il controllo di un motore elettrico asincrono presenta vantaggi rispetto ad altri tipi di convertitori. È caratterizzato da un elevato fattore di potenza su tutta la gamma di frequenze di uscita.
Lo schema schematico del convertitore è mostrato in Fig. 3.
Riso. 3. Schema di un convertitore di frequenza su moduli IGBT: 1 - gruppo ventola; 2 - alimentazione; 3 - raddrizzatore non controllato; 4 - pannello di controllo; 5 - scheda del pannello di controllo; 6-PWM; 7 - blocco di conversione della tensione; 8 - scheda del sistema di controllo; 9 - autisti; 10 - fusibili dell'unità inverter; 11 - sensori di corrente; 12 - motore asincrono a gabbia di scoiattolo; Q1, Q2, Q3 - interruttori del circuito di alimentazione, del circuito di controllo e dell'unità ventilatore; K1, K2 - contattori per caricare condensatori e circuito di alimentazione; C - blocco condensatore; Rl, R2, R3 - resistori per limitare la corrente di carica dei condensatori, scarica dei condensatori e unità di drenaggio; VT - interruttori di potenza inverter (moduli IGBT)
All'uscita del convertitore di frequenza si forma una curva di tensione (corrente), leggermente diversa da una sinusoide, contenente componenti armoniche più elevate. La loro presenza comporta un aumento delle perdite del motore elettrico. Per questo motivo, quando l'azionamento elettrico funziona a velocità di rotazione prossime alla velocità nominale, il motore elettrico viene sovraccaricato.
Quando si opera a velocità inferiori, le condizioni di raffreddamento dei motori elettrici autoventilati utilizzati per azionare le pompe peggiorano. Nel normale intervallo di controllo delle unità di pompaggio (1:2 o 1:3), questo peggioramento delle condizioni di ventilazione è compensato da una significativa riduzione del carico dovuta alla diminuzione della portata e della pressione della pompa.
Quando si opera a frequenze vicine al valore nominale (50 Hz), il deterioramento delle condizioni di raffreddamento in combinazione con la comparsa di armoniche di ordine superiore richiede una riduzione della potenza meccanica consentita dell'8 - 15%. Per questo motivo, la coppia massima del motore elettrico è ridotta dell'1 - 2%, la sua efficienza - dell'1 - 4%, cosφ - del 5 - 7%.
Per evitare di sovraccaricare il motore elettrico, è necessario limitare il valore massimo della sua velocità di rotazione oppure dotare l'azionamento di un motore elettrico più potente. Quest'ultimo accorgimento è obbligatorio quando l'unità di pompaggio è destinata a funzionare con una frequenza f 2 > 50 Hz. Il valore superiore del numero di giri del motore viene limitato limitando la frequenza f 2 a 48 Hz. L'aumento della potenza nominale del motore di azionamento viene effettuato arrotondando al valore standard più vicino.
Controllo di gruppo di azionamenti elettrici regolabili di unità
Molti impianti di pompaggio sono costituiti da più unità. Generalmente, azionamento elettrico regolabile Non tutte le unità sono attrezzate. Delle due o tre unità installate, è sufficiente dotarne una con azionamento elettrico regolabile. Se un convertitore è costantemente collegato a una delle unità, si verifica un consumo non uniforme delle risorse motorie, poiché l'unità è dotata azionamento regolabile, viene utilizzato nel lavoro per un tempo molto più lungo.
Per distribuire uniformemente il carico tra tutte le unità installate nella stazione, sono state sviluppate stazioni di controllo di gruppo, con l'aiuto delle quali le unità possono essere collegate alternativamente al convertitore. Le stazioni di controllo sono generalmente prodotte per unità a bassa tensione (380 V).
In genere, le stazioni di controllo a bassa tensione sono progettate per controllare due o tre unità. Le stazioni di controllo a bassa tensione includono interruttori automatici che forniscono protezione contro i guasti fase-fase. corto circuiti e guasti a terra, relè termici per proteggere le unità dal sovraccarico, nonché apparecchiature di controllo (chiavi, ecc.).
Il circuito di commutazione della stazione di controllo contiene gli interblocchi necessari che consentono di collegare il convertitore di frequenza a qualsiasi unità selezionata e sostituire le unità operative senza interrompere la modalità operativa tecnologica dell'unità di pompaggio o soffiaggio.
Le stazioni di controllo, di regola, insieme agli elementi di potere ( interruttori automatici, contattori, ecc.) contengono dispositivi di controllo e regolazione (controllori a microprocessore, ecc.).
Su richiesta del cliente, le stazioni sono dotate di dispositivi per l'accensione automatica dell'alimentazione di backup (ABP), la misurazione commerciale dell'elettricità consumata e il controllo delle apparecchiature di spegnimento.
Se necessario, vengono introdotti dispositivi aggiuntivi nella stazione di controllo, garantendo l'utilizzo del dispositivo insieme a un convertitore di frequenza inizio morbido unità.
Le stazioni di controllo automatizzato forniscono:
mantenimento di un determinato valore di un parametro di processo (pressione, livello, temperatura, ecc.);
controllo delle modalità operative dei motori elettrici di unità regolate e non regolate (controllo del consumo di corrente, potenza) e loro protezione;
accensione automatica messa in funzione dell'unità di backup in caso di guasto di quella principale;
commutazione delle unità direttamente sulla rete in caso di guasto del convertitore di frequenza;
accensione automatica dell'ingresso elettrico di backup (AVR);
riavvio automatico (AR) della stazione dopo perdite e cadute profonde di tensione nell'alimentazione rete elettrica;
cambio automatico della modalità operativa della stazione con arresto e avvio delle unità in un determinato momento;
attivazione automatica di un'unità aggiuntiva non regolata se l'unità regolata, raggiunta la velocità nominale, non ha fornito l'alimentazione idrica richiesta;
alternanza automatica delle unità operative a intervalli specificati per garantire un consumo uniforme delle risorse motorie;
controllo operativo della modalità operativa dell'unità di pompaggio (soffiaggio) dal pannello di controllo o dalla console di spedizione.
Riso. 4. Stazione di controllo del gruppo per azionamenti elettrici a frequenza variabile di pompe
Efficienza nell'uso di azionamenti elettrici a frequenza variabile nelle unità di pompaggio
L'uso di un azionamento a frequenza variabile consente un notevole risparmio energetico, poiché consente di utilizzare unità di pompaggio di grandi dimensioni in modalità a bassa portata. Grazie a ciò è possibile, aumentando la potenza unitaria delle unità, ridurne il numero complessivo e, di conseguenza, ridurre le dimensioni complessive degli edifici, semplificare schema idraulico stazione, ridurre il numero di raccordi della tubazione.
Pertanto, l'uso di un azionamento elettrico controllato nelle unità di pompaggio consente, oltre al risparmio di elettricità e acqua, di ridurre il numero di unità di pompaggio, semplificare il circuito idraulico della stazione e ridurre il volume di costruzione dell'edificio stazione di pompaggio. A questo proposito si creano effetti economici secondari: i costi per il riscaldamento, l'illuminazione e la riparazione degli edifici vengono ridotti; i costi indicati, a seconda dello scopo delle stazioni e di altre condizioni specifiche, possono essere ridotti del 20 - 50%.
IN documentazione tecnica sui convertitori di frequenza è indicato che l'uso di un azionamento elettrico regolabile nelle unità di pompaggio consente di risparmiare fino al 50% dell'energia spesa per il pompaggio pulito e Acque reflue e il periodo di rimborso è compreso tra tre e nove mesi.
Allo stesso tempo, i calcoli e l’analisi dell’efficienza di un azionamento elettrico regolabile nelle unità di pompaggio esistenti mostrano che nelle piccole unità di pompaggio con unità con una potenza fino a 75 kW, soprattutto quando funzionano con una grande componente statica di pressione, il l'uso di azionamenti elettrici regolabili risulta inappropriato. In questi casi, puoi usarne di più sistemi semplici regolazione mediante strozzatura, modificando il numero di gruppi pompanti funzionanti.
Applicazione dell'azionamento elettrico regolabile nei sistemi di automazione unità di pompaggio, da un lato, riduce il consumo di energia, dall'altro richiede costi di capitale aggiuntivi, pertanto la fattibilità dell'utilizzo di un azionamento elettrico regolabile nelle unità di pompaggio viene determinata confrontando i costi indicati di due opzioni: base e nuova. Dietro nuova opzione viene presa un'unità di pompaggio dotata di azionamento elettrico regolabile e l'unità base è un'unità le cui unità funzionano a velocità costante.
