Protezione dei VFD dal surriscaldamento

(Per gentile concessione di Jon LaPorta)

Rapporto del produttore per gentile concessione di Pfannenberg Inc.

Gli azionamenti a frequenza variabile sono un tema caldo. I progressi nella tecnologia VFD e la riduzione dei prezzi stanno determinando una rapida adozione sul mercato. I notevoli risparmi energetici possono garantire un periodo di ammortamento misurato in mesi, e i VFD consentono un controllo preciso del motore in molte applicazioni di processi industriali.

Ma i VFD sono interessanti anche in senso letterale: l’elettronica avanzata racchiude più componenti semiconduttori in un fattore di forma più piccolo con conseguente generazione di calore più intensa. Le temperature elevate riducono le prestazioni, compromettono l'affidabilità operativa e riducono la durata.

Numerosi metodi di raffreddamento si sono dimostrati efficaci, compreso il raffreddamento passivo ad aria con ventilatori e scambiatori di calore e il raffreddamento attivo con aria condizionata e raffreddamento ad acqua.

Sfortunatamente, determinare il carico di raffreddamento può creare un po’ di confusione. I calcoli sono inutilmente complicati da una mancata corrispondenza dei sistemi di misurazione. — Unità imperiali (HP, BTU, CFM) mescolate con unità metriche (Watt) — e la conversione si perde nella traduzione.

Pertanto, in Pfannenberg, abbiamo sviluppato semplici guide pratiche per la selezione e il dimensionamento delle soluzioni di raffreddamento VFD.

Gli involucri protettivi causano il surriscaldamento

La sfida fondamentale del raffreddamento dei VFD deriva dal fatto che i VFD di solito devono essere collocati in un involucro per proteggerli dall'ambiente circostante e, paradossalmente, questi involucri intrappolano il calore che richiede protezione dal surriscaldamento.

Le custodie di base di tipo NEMA 12 sono spesso specificate per la protezione da rischi comuni come la sedimentazione di polvere, gocciolamento d'acqua e condensa di liquidi non corrosivi. Sempre più spesso, le tecnologie avanzate nei nuovi VFD, come la fibra ottica, richiedono involucri con livelli di protezione più avanzati.

E con l'adozione su larga scala della tecnologia VFD, molte applicazioni richiedono involucri appositamente progettati per ambienti difficili, dagli involucri per esterni resistenti agli agenti atmosferici e agli urti agli involucri in acciaio inossidabile a tenuta ermetica per impianti di produzione alimentare che devono resistere alla pulizia con getti d'acqua. Man mano che un involucro diventa più sigillato, inizia naturalmente a trattenere più calore, a causa della diminuzione della dissipazione passiva, creando così una sfida di raffreddamento più grande.

Anche la dimensione della custodia conta molto. Le dimensioni tipiche delle custodie sono state drasticamente ridotte negli ultimi anni, per adattarsi a spazi più ristretti e per risparmiare sul costo della custodia. In una grande scatola – immagina uno spazio delle dimensioni di una stanza – la differenza di temperatura tra la zona del pavimento e quella del soffitto provoca un leggero flusso d’aria chiamato convezione naturale. Più piccolo è lo spazio, meno oggetti potranno beneficiare di questo effetto di raffreddamento. Senza un flusso d'aria adeguato, è più probabile che si sviluppi un fenomeno noto come "punti caldi" sulla superficie e all'interno dei VFD, provocando il caos sui dispositivi elettronici sensibili.

Il fattore di forma più piccolo dei VFD e dei loro involucri contribuisce al surriscaldamento in un altro modo: una scatola più piccola significa che è disponibile meno superficie esterna per trasmettere il calore all'aria circostante. Tutti questi fattori richiedono soluzioni di raffreddamento efficaci e affidabili.

Adozione rapida dei VFD

Ma prima, facciamo un passo indietro e consideriamo il quadro generale. L’efficienza energetica dei VFD non è positiva solo per le singole imprese, ma è anche fondamentale per affrontare il cambiamento climatico.

A livello mondiale, circa un quarto di tutta l’energia elettrica viene utilizzata per alimentare motori in applicazioni industriali. Negli Stati Uniti, circa 40 milioni di motori consumano il 60-65% di tutta l’energia elettrica. Tre quarti di questi motori sono carichi di ventilatori, pompe e compressori a coppia variabile, i tipi di applicazioni mature per l’efficienza energetica offerta dai VFD.

Oggi, solo il 3% circa dei motori CA sono attualmente controllati da VFD, ma circa il 30-40% dei nuovi motori installati ogni anno hanno un VFD. Secondo un rapporto del 2021 di Research Dive, si stima che il mercato globale degli azionamenti a frequenza variabile crescerà di quasi il 5% annuo fino a raggiungere i 25 miliardi di dollari nel 2027.