In che modo il VFD riduce il consumo energetico?

I sistemi elettrici industriali e commerciali necessitano di inverter per l'efficienza energetica. Con la crescente importanza della sostenibilità e della riduzione del consumo energetico a livello globale, gli inverter aiutano le aziende a risparmiare sui costi energetici e a migliorare il controllo dei processi e le prestazioni dei motori. Gli inverter consentono di risparmiare energia elettrica, ma come?

Per risolvere questo problema, dobbiamo comprendere i convertitori di frequenza (VFD), i loro carichi e l'ottimizzazione energetica. Questo articolo afferma che i VFD consentono un notevole risparmio energetico.

Impara le nozioni di base sui VFD

Un azionamento a corrente alternata, o inverter, o variatore di frequenza (VFD), controlla la velocità e la coppia di un motore elettrico modificando la frequenza e la tensione di alimentazione. Quando collegati direttamente alla rete elettrica, la maggior parte dei motori elettrici, soprattutto quelli industriali, funzionano a velocità costante. In determinate situazioni, tuttavia, potrebbe non essere necessario che un motore funzioni alla massima velocità.

Adattando la velocità del motore alle esigenze del processo, un variatore di frequenza (VFD) migliora l'efficienza del motore. Pompe, ventilatori, nastri trasportatori e sistemi HVAC ne traggono vantaggio, poiché le esigenze di carico fluttuano durante la giornata.

Adattare la velocità del motore alle esigenze del processo

Consentire ai motori di funzionare alla velocità necessaria è uno dei modi in cui un variatore di frequenza (VFD) consente di risparmiare energia elettrica. I sistemi di motori tradizionali, infatti, in genere funzionano a piena velocità anche quando non è necessario, sprecando energia tramite regolatori di velocità o smorzatori.

I variatori di frequenza (VFD) modificano elettronicamente velocità e coppia in base alle esigenze di processo in tempo reale. Grazie alle leggi di affinità, ridurre la velocità del motore di 20% in un'applicazione con pompa può far risparmiare circa 50% di energia:

I carichi a coppia variabile utilizzano una potenza proporzionale al cubo della velocità.

Pertanto, anche piccole diminuzioni di velocità consentono di risparmiare molta energia.

Questa ottimizzazione energetica funziona bene negli impianti HVAC e in altre applicazioni a carico variabile.

Corrente di spunto ridotta, avvio graduale

All'avvio di un motore, gli inverter consentono di risparmiare energia. Gli avviatori tradizionali, invece, partono alla tensione massima, assorbendo una corrente di spunto da sei a otto volte superiore alla corrente di esercizio. Questo aumento fa lievitare i costi energetici e usura i componenti elettrici.

Gli inverter a avviamento graduale aumentano progressivamente la frequenza e la tensione per incrementare la velocità del motore. Ciò si traduce in una minore richiesta di picco, una minore corrente di spunto e una maggiore durata del motore. Questo riduce il consumo energetico e l'usura delle apparecchiature nei sistemi con frequenti avviamenti e arresti del motore.

Fattore di potenza migliore

Il fattore di potenza misura l'efficienza dell'energia elettrica. Un basso fattore di potenza implica che è necessaria una maggiore potenza apparente per svolgere la stessa attività, con conseguente inefficienza e sanzioni da parte del fornitore di energia.

I convertitori di frequenza (VFD) presentano in genere un fattore di potenza prossimo a 1,0 a tutte le velocità e a tutti i carichi. Ciò riduce la potenza reattiva e aumenta l'efficienza del sistema. I motori controllati da VFD funzionano bene anche a basse velocità, a differenza dei motori a induzione, che hanno un basso fattore di potenza a bassi carichi.

Eliminazione delle perdite di controllo meccanico

I sistemi più datati gestiscono il flusso e la velocità tramite valvole, serrande e ingranaggi. Questi metodi bloccano o deviano il flusso per regolare la portata, non l'energia del motore. Il motore funziona alla massima potenza, dissipando l'energia in eccesso sotto forma di calore o sollecitazioni meccaniche.

Regolando direttamente la velocità del motore, un variatore di frequenza evita tali tecniche di controllo dispendiose. In questo modo, il motore assorbe solo la potenza necessaria, eliminando sprechi e usura dei componenti.

Ottimizzazione del sistema e riduzione dei tempi di inattività

La logica programmabile, i sensori e i sistemi di feedback presenti negli inverter consentono un controllo più intelligente e automatizzato delle apparecchiature azionate da motori. Questa funzionalità permette ai sistemi di rispondere dinamicamente alle variazioni di carico, di programmare gli orari di funzionamento ottimali e di spegnere le apparecchiature durante i periodi di bassa richiesta.

Un sistema HVAC dotato di variatore di frequenza (VFD) può ridurre il flusso d'aria quando un edificio è vuoto, oppure una pompa può modificare la portata in base al feedback di pressione in tempo reale. Questi sistemi di controllo intelligenti consentono di risparmiare energia e prolungare la durata delle apparecchiature, riducendo i costi operativi a lungo termine.

Risparmio energetico nella pratica

Il risparmio energetico ottenuto grazie agli inverter (VFD) è stato significativo in diversi settori. Negli impianti di trattamento delle acque reflue, gli inverter regolano la velocità delle pompe in base alle esigenze di flusso, consentendo un risparmio energetico compreso tra 301 T/t e 601 T/t. Nei sistemi di climatizzazione degli ambienti di lavoro, gli inverter funzionano solo in presenza di materiale, con un ulteriore risparmio energetico. Nei sistemi HVAC, gli inverter gestiscono il flusso d'aria e la temperatura in modo più efficiente, permettendo un risparmio di migliaia di dollari sui costi energetici.

Conclusione

Oltre a essere semplici regolatori di velocità per motori, gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) consentono di risparmiare energia e denaro. In molte applicazioni, i VFD minimizzano il consumo energetico adattando la velocità del motore alle esigenze del carico, offrendo avviamenti graduali, mantenendo un elevato fattore di potenza ed eliminando la necessità di inutili controlli meccanici.

La tecnologia VFD offre vantaggi immediati e a lungo termine, soprattutto in un contesto di aumento dei prezzi dell'energia e di crescente attenzione alla sostenibilità. Per la gestione energetica e il controllo dei motori in impianti industriali, edifici commerciali e servizi pubblici, i VFD rappresentano una soluzione intelligente, scalabile ed economicamente vantaggiosa.