Protezione dei VFD dal surriscaldamento

Gli azionamenti a frequenza variabile non sono solo un argomento scottante: possono letteralmente surriscaldarsi.

I progressi nella tecnologia VFD e la riduzione dei prezzi stanno determinando una rapida adozione sul mercato.

Tuttavia, 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.

Involucri protettivi

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.

Quadro generale

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.

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.

Il risparmio energetico è drammatico. I VFD riducono il consumo di energia consentendo ai motori elettrici di funzionare a velocità inferiore alla velocità massima. I motori a induzione CA di base sono progettati per funzionare a velocità costante, ma nell'uso reale i requisiti di velocità variano, con la massima velocità generalmente utilizzata solo circa il 10% del tempo. L'inefficienza intrinseca è ovvia, analoga al funzionamento del motore di un'auto con il contagiri che mostra il motore costantemente alla sua velocità massima.