Sì e no! Anche se non c’è una risposta semplice a questa domanda.
Come per molte domande, quando si confrontano gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) con quelli a velocità variabile (VSD), c’è una risposta breve e una lunga. Ci sono diversi tipi di azionamenti a velocità variabile. Gli azionamenti a frequenza variabile sono un tipo di azionamenti a velocità variabile. Il tipo più comune di variatore di velocità è a corrente parassita.
Ci sono due differenze significative, tuttavia, e questa è la risposta breve: Gli azionamenti a correnti parassite cambiano la velocità dell’accoppiamento lasciando la velocità del motore a funzionare alla massima velocità. I VFD cambiano la frequenza d’ingresso al motore cambiando la velocità del motore.
Ovviamente, le differenze possono essere dettagliate in una descrizione molto più lunga – una che richiede un po’ più di ricerca per dirvi come, dove e quando sono meglio usati. In questo blog, cercheremo di chiarire qualsiasi malinteso tra i due e di chiarirne le definizioni.
È vero. Sia i VSD che i VFD raggiungono lo stesso obiettivo: variano la velocità dell’apparecchiatura azionata. Ma come lo fanno è la differenza determinante.
VSD – Corrente parassita
I VSD cambiano la velocità dell’apparecchiatura azionata lasciando il motore funzionare alla sua velocità massima di progetto. In un motore a corrente alternata, una corrente elettrica alternata viene fatta passare attraverso un avvolgimento statorico distribuito per creare un campo magnetico rotante che viene utilizzato per guidare un albero. I motori a corrente alternata azionano macchine rotanti come ventilatori, pompe e compressori a una sola velocità e si trovano spesso nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC). La velocità di rotazione e la coppia di un motore a corrente alternata sono determinate dalla frequenza e dalla tensione dell’alimentazione. Poiché la fornitura di elettricità è costante, allora la velocità del motore rimane fissa. Se la velocità deve variare, allora un VSD sarebbe efficace. Aggiungendo un VSD a un motore a corrente alternata, la velocità può essere variata con precisione.
Come esempio, consideriamo un ventilatore HVAC in un edificio. Quando la richiesta di velocità del ventilatore diminuisce, allora il ventilatore può essere controllato per rallentare la velocità, ridurre il flusso di energia e quindi, ridurre il consumo di energia e i costi complessivi di utilizzo.
I motori CC convertono l’energia elettrica in corrente continua in energia meccanica. I motori a corrente continua si basano sulla tensione di armatura e sulla corrente di campo per controllare la velocità del motore. Poiché non c’è frequenza in un motore DC, i VFD non sono fattibili per questa applicazione. È necessario un regolatore di velocità DC separato. I motori CC non sono spesso scelti per questa applicazione.
Spesso, i motori CC sono adattati con un motore CA e un variatore di velocità CA per realizzare la variazione di velocità necessaria per la sua applicazione. Gli azionamenti a correnti parassite sono VSD, tuttavia, utilizzano un campo magnetico DC per collegare due membri – uno sull’albero di entrata e uno sull’albero di uscita. Aumentando la corrente DC alla bobina si aumenta l’accoppiamento dei due membri, fornendo così più coppia al carico. Un tachimetro è usato per controllare la velocità e la coppia.
Le perdite di efficienza della corrente di Eddy sono le seguenti:
- Motore a corrente alternata – Uguale al valore nominale di targa quando il motore funziona sulla linea. Questo è vero sia per il fattore di potenza che per l’efficienza.
- Controllo DC – Tipicamente 2% o meno.
- Slittamento – La riduzione della velocità è dissipata nel tamburo e nel rotore (i membri accoppiati). Riduce l’efficienza in proporzione alla riduzione della velocità.
La linea di fondo è che è meglio far funzionare un dispositivo a corrente parassita a velocità nominale o vicino. Tipicamente, 80 – 100% è raccomandato per ottimizzare l’efficienza.
VFDs
VFDs controllare la velocità del motore variando la tensione e la frequenza applicata allo statore di un motore AC standard. I VFD possono variare il controllo della velocità all’avvio, durante il funzionamento e all’arresto del motore. Un motore AC standard ha un’efficienza e un fattore di potenza pubblicati. Sono abbastanza alti, in genere ben al di sopra del 90%, ma solo per un’eccitazione sinusoidale a frequenza nominale. Quando funziona con un VFD, la potenza fornita al motore include un contenuto armonico significativo che non funziona, ma si aggiunge alle perdite del motore, che diminuisce l’efficienza del motore. Questa condizione peggiora con la riduzione della velocità.
I VFD sono spesso dotati di schemi di avviamento di bypass per abilitare una pompa quando il VFD può fallire. Molti sono dotati di aria condizionata per mantenere una temperatura di funzionamento sicura. Alcuni progetti richiedono filtri armonici progettati su misura per soddisfare i limiti normativi di distorsione armonica. Ognuna di queste soluzioni ha un costo per l’hardware aggiuntivo. Inoltre, c’è spesso un costo sostanziale per fare spazio e installare tutta questa attrezzatura, anche al punto di aggiungere una nuova costruzione alle strutture esistenti o progettare uno spazio aggiunto alle nuove strutture. La potenza aggiuntiva necessaria per far funzionare questo hardware aggiuntivo è spesso ignorata quando si calcola l’efficienza presunta del sistema.
Le perdite di efficienza del VFD sono le seguenti:
- Perdite I²R – Il riscaldamento è la perdita maggiore causata dalla resistenza al flusso di corrente nell’avvolgimento del motore e nelle barre del rotore. È proporzionale al quadrato del flusso di corrente.
- Perdite per correnti parassite – Perdite causate dal flusso di corrente involontario nel rotore e nello statore. Queste sono limitate dalle laminazioni nello statore e nel rotore. Sono proporzionali al flusso di corrente e aumentano con lo scorrimento.
- Perdite per isteresi – Riscaldamento creato dall’inversione della polarità magnetica del ferro nel rotore e nello statore. Questo aumenta con lo scorrimento.
Tutte le perdite di cui sopra diventano una percentuale maggiore della potenza in uscita man mano che si riduce la velocità.
Un fatto poco conosciuto è che un motore a induzione AC è una frizione magnetica che opera con uno scorrimento (contro un campo rotante). Lo slittamento aumenta con l’aumento del carico, molto di più alle basse velocità. Ad una velocità di base equivalente a 100 RPM con Pulse Width Modification (PWM), il motore funzionerebbe a 50 RPM se il suo scorrimento nominale fosse di 50 RPM (un motore da 1750 RPM). Così, la spinta di coppia (aumento di tensione) è usata per partire sotto carico. Questo slittamento è una perdita che diventa una percentuale più alta della potenza man mano che la velocità si riduce. Se viene usata la spinta di coppia, le perdite sono ancora più alte.
Infine, sopra circa l’82% della velocità di base, la corrente parassita ha effettivamente un’efficienza di sistema migliore del VFD a causa delle minori perdite del controller e dell’eccitazione sinusoidale.
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