Perché la corrente continua viene utilizzata nei VFD?

Le moderne applicazioni industriali e commerciali necessitano di azionamenti a frequenza variabile (VFD) per gestire in modo preciso ed efficiente la velocità e la coppia dei motori elettrici. Un VFD svolge questa funzione regolando la frequenza e la tensione di alimentazione del motore a corrente alternata. È interessante notare che i VFD utilizzano la corrente continua (CC) per convertire l'elettricità e controllare i motori a corrente alternata.

Se i VFD sono progettati per alimentare motori a corrente alternata (AC), perché utilizzare la corrente continua (DC)? La struttura dei VFD e i meccanismi di conversione, controllo ed erogazione della potenza forniscono la soluzione. Ecco la spiegazione tecnica e i vantaggi di questo progetto.

Apprendimento delle basi del funzionamento VFD

Per capire perché la corrente continua viene utilizzata nei VFD, è necessario comprenderne il funzionamento fondamentale. I VFD in genere presentano tre stadi:

• Fase di correzione
• Circuito intermedio o collegamento CC
• Fase di inversione

La rettifica inizia quando la corrente alternata della sorgente principale entra in un VFD. Diodi o tiristori controllati vengono utilizzati come raddrizzatori per convertire la corrente alternata in tensione continua.

La tensione continua non è uniforme, quindi viene inviata tramite un collegamento in corrente continua (bus CC) utilizzando condensatori e induttori per filtrarla e stabilizzarla. La tensione continua uniforme viene quindi inviata a un componente inverter che utilizza transistor o IGBT per trasformarla nuovamente in corrente alternata a frequenza variabile per azionare il motore.

Ruolo della conversione di potenza CC

La corrente continua è necessaria per la conversione di potenza in un VFD. La corrente continua viene generalmente utilizzata nello stadio intermedio perché offre un'alimentazione di tensione stabile e regolata che consente allo stadio inverter di modellare correttamente l'uscita CA.

Convertendo la corrente alternata in continua e di nuovo in alternata, il VFD può gestire meglio tensione e frequenza. La conversione diretta da corrente alternata a corrente alternata a frequenza variabile sarebbe più complicata e imprecisa.

Miglior controllo e precisione

I vantaggi tecnici della corrente continua nei sistemi VFD aumentano il controllo del motore e le prestazioni del sistema.

Innanzitutto, controlla con precisione la velocità e la coppia del motore. L'inverter può generare diverse frequenze poiché ricostruisce la forma d'onda CA a partire dalla CC utilizzando la modulazione di larghezza di impulso (PWM). La velocità variabile del motore è necessaria per nastri trasportatori, ventilatori, pompe e ascensori.

In secondo luogo, lo stadio CC consente al VFD di reagire rapidamente alle variazioni di carico. Per garantire la stabilità, il VFD può modificare la frequenza e la tensione di uscita in tempo reale all'aumentare del carico del motore. Queste modifiche sarebbero più lente e meno precise senza la connessione CC.

In terzo luogo, i bus in corrente continua migliorano la frenata e la rigenerazione. In molte applicazioni industriali, i motori devono rallentare rapidamente. L'energia di decelerazione può essere trattenuta nel collegamento in corrente continua o dissipata tramite resistori di frenatura. La rete elettrica può ottenere questa energia tramite inverter rigenerativi.

Miglioramento della qualità e dell'efficienza energetica

L'efficienza e la qualità dell'alimentazione sono altri motivi per cui i VFD utilizzano la corrente continua. Il collegamento in corrente continua fornisce all'inverter un'alimentazione costante e priva di ondulazioni dopo la rettifica, garantendo una forma d'onda di uscita di alta qualità. Forme d'onda più pulite riducono al minimo la temperatura del motore, le perdite e l'usura del sistema.

I VFD avanzati utilizzano front-end attivi (AFE) per livellare e gestire la tensione continua e ridurre le armoniche. Ciò migliora il fattore di potenza e riduce il rumore del sistema.

Sicurezza e protezione

Gli stadi DC aumentano la sicurezza del VFD. Come buffer tra ingresso e uscita, il bus DC isola il motore e l'azionamento da sovratensioni e guasti. Il VFD è in grado di rilevare immediatamente sovraccarichi e cortocircuiti e di interrompere l'alimentazione prima che si verifichino danni.

Le diagnosi spesso includono il monitoraggio della tensione del bus CC. Anomalie della tensione CC possono segnalare problemi all'alimentazione in ingresso, al raddrizzatore o al condensatore, consentendo ai team di manutenzione di individuare e risolvere i problemi prima che peggiorino.

Conclusione

La corrente continua è essenziale per la capacità degli azionamenti a frequenza variabile di regolare i motori a corrente alternata. I VFD garantiscono prestazioni del motore precise, economiche e adattabili convertendo la corrente alternata in corrente continua e viceversa.