TDE_Macno_2008 [modalità compatibilità]

Efficienza Energetica:
l’utilizzo dei motori ad alta efficienza
e degli inverter in ambito industriale
Vicenza 27 marzo 2008
Raffaele Dal Monte TDE MACNO Spa
Avviamento dei motori asincroni
Id = corrente di avviamento
In = corrente di targa
Io = corrente a vuoto
Md = coppia di avviamento
Ma = coppia di accelerazione
Mm = coppia max.
Mn = coppia nominale
Nn = velocità nominale
Ns = velocità di sincronismo
Avviamento diretto
Avviamento dei motori asincroni
C = corrente di avviamento
M = coppia di avviamento motore
Mr = coppia resistente del carico
Vantaggi del sistema:
- elevata coppia di avviamento
- minimo tempo di avviamento
Avviamento diretto
Avviamento dei motori asincroni
Y = curve di coppia e corrente, con
collegamento del motore a stella.
∆ = curve di coppia e corrente, con
collegamento del motore a triangolo.
(confronto con l’andamento della
coppia e corrente, con avviamento
diretto).
Vantaggi:
- Corrente di avviamento ridotta
- 3 soli contattori per l’inserzione
Avviamento con sistema stella / triangolo
Andamento delle caratteristiche elettriche
Funzionamento del motore come generatore
asincrono, in relazione allo scorrimento (s) e alla
velocità (N)
L’uso dell’inverter per migliorare l’efficienza energetica
Cos’è l’inverter
L’inverter è un’apparecchiatura elettronica che si inserisce tra la rete di alimentazione e il
motore elettrico, permettendo il controllo e la variazione della frequenza di lavoro
(velocità), della tensione e della corrente (coppia), ottimizzando la potenza assorbita,
con una sensibile riduzione delle perdite.
Struttura dell’inverter
Uline
UDC
Uout
Schema di potenza del convertitore di frequenza
Principio di funzionamento
La velocità del motore viene cambiata variando la tensione e la frequenza di
uscita; se il rapporto V/f viene mantenuto costante, la curva coppia/velocità
trasla producendo un numero infinito di velocità operative.
Controllo dei motori asincroni con inverter
Caratteristiche coppia/velocità di un motore asincrono alimentato da
inverter oltre la velocità nominale
Controllo dei motori asincroni con inverter
Andamento del rapporto tensione frequenza da 0 alla velocità nominale
Vantaggi nell’utilizzo dell’inverter verso la
linea di alimentazione
Avviamento con assorbimento di corrente controllato:
limitazione dei picchi di corrente in linea, garantendo la coppia nominale o un
sovraccarico fino al 200% al motore
Fattore di potenza unitario a tutte le velocità:
non è necessario rifasare la linea
Potenza assorbita proporzionale alla velocità di lavoro del motore:
Potenza= coppia x numero di giri
Rendimento dell’inverter di circa il 98%:
Vantaggi nell’utilizzo dell’inverter per
il controllo della macchina
Funzionamento del motore in coppia e potenza costante
possibilità di deflussare il motore oltre la velocità nominale
Ottimizzazione del ciclo produttivo e del rendimento generale della
macchina
personalizzazione dei cicli di produzione, incremento della velocità di produzione
Semplificazione della meccanica con ridotte sollecitazioni
riduzione degli organi meccanici e minor manutenzione
Principali controlli dell’inverter verso il
motore
•
Controllo della velocità e della coppia del motore
•
Possibilità di deflussare il motore oltre la frequenza nominale
(funzionamento in coppia e potenza costante)
Funzione “Energy Saving” per ottimizzare la corrente erogata
a parità di coppia
Compensazione dello scorrimento
Gestioni delle microinterruzioni di rete
protezione termica del motore
recupero dell’energia inerziale della macchina trasformata in energia
elettrica dal motore
•
•
•
•
•
Soluzioni per il risparmio energetico
utilizzando l’inverter nelle macchine a
velocità variabile
• Applicazioni tipiche per pompe e ventilatori
ottimizzazione del ciclo di lavoro
• Applicazioni in altri settori industriali
(recupero dell’energia inerziale della macchina,
cioè dell’energia generata in fase di frenatura o di variazione di velocità)
Esempio: l’inverter nel comando di un ventilatore
Esempio: l’inverter nel comando di una pompa
Finanziaria 2007 / 2008
Legge n. 296 della finanziaria 2007 – decreto attuativo
L’acquisto di un variatore di velocità (inverter) o di un motore
ad alto rendimento permette di beneficiare di una detrazione
dall’imposta lorda pari al 20 per cento della spesa
effettivamente sostenuta e documentata per l’acquisto e
l’installazione del medesimo inverter o motore
Finanziaria 2007 / 2008
Tetto di spesa massimo in funzione della potenza nominale
per variatori di velocità (inverter)
Soluzioni per il risparmio energetico utilizzando
l’inverter nelle macchine a velocità variabile
La tecnologia per il recupero dell’energia
- batterie di condensatori sul bus in c.c.
i condensatori assorbono e restituiscono energia ad ogni ciclo
- unico alimentatore dalla rete e inverter collegati in bus in c.c.
sfruttando il ricircolo di energia fra i vari inverter
- Sistema Active Front End
recupero dell’energia in rete a corrente sinusoidale a basso contenuto armonico
(l’energia rigenerata viene immessa in rete)
La tecnologia per il recupero dell’energia
Batteria di
condensatori
L2
L3
+ 24V D R
+
L1
-
+ 2 4V R G
DB
C IR CU IT O D I
P R E C A R IC A
CB
+
SC
R E G UL A T IO N
S U P P LY
PWM GENERATOR
IG B T D R IV E R S
SUP PLY
U
V
W
F
+
B R A K IN G R E S IS TO R
R
MICROPROCESSOR UNIT
CC
CURRENT
SENSE
Batterie di condensatori sul bus in c.c.
funzionano da “ volano di energia
assorbendo l’energia di frenatura,
restituendola nel momento in cui il sistema
funziona da motore.
La tecnologia per il recupero dell’energia
Unico alimentatore dalla rete e inverter collegati in bus in c.c.
l’energia di frenatura di uno o più motori viene assorbita dagli altri sfruttando il
ricircolo di energia nel bus in c.c.
Dalla rete si assorbe la sola differenza
Gestione delle microinterruzioni e della mancanza rete
La tecnologia per il recupero dell’energia
Sistema Active Front End
•
CORRENTE DI LINEA SINUSOIDALE A BASSO CONTENUTO ARMONICO
•
COMPENSAZIONE DELLE VARIAZIONI DI TENSIONE DI LINEA
•
RISPARMIO ENERGETICO
•
CONTROLLO DEL BUS DC ANCHE CON TENSIONE DI RETE FLUTTUANTE
•
SCAMBIO BIDIREZIONALE DELLA POTENZA
Applicazioni con gestione risparmio
energetico
- pompe e ventilatori
- presse ad iniezione
- avvolgitori e svolgitori
- centrifughe
- lavatrici industriali
- bottali
- impianti a fune
- taglierine carta cartone
- taglio al volo
- impianti per vetro
Applicazioni a risparmio energetico
Pompe per presse ad iniezione:
- macchina tradizionale con motore
pompa alimentato direttamente da
rete:
- il motore lavora costantemente a 50Hz
indipendentemente dal ciclo macchina.
- la regolazione della pressione è fatta
tramite valvola proporzionale.
- macchina attuale con motore
pompa sotto inverter:
ottimizzazione della velocità del
motore in funzione delle esigenze del
ciclo macchina.
risparmio di oltre il 40% dell’energia
Applicazioni a risparmio energetico
Impianto a fune con sistema A.F.E.
Recupero dell’energia generata in discesa dalla cabina.
Applicazioni a risparmio energetico
Impianti per vetro
Potenza installata: 120kW
Potenza assorbita dalla rete: 20kW
Applicazioni a risparmio energetico
Impianti per il taglio tubi e lamiera
Taglio al volo: recupero dell’energia
sul banco condensatori.
Rispetto alla soluzione con motore
in c.c. l’assorbimento dalla linea è
circa il 25%
Applicazioni a risparmio energetico
Macchine da stampa
Ricircolo di energia fra i vari motori
installati
Applicazioni a risparmio energetico
Macchine utensili
Recupero di energia in rete
generata dal mandrino e assi
Efficienza Energetica:
l’utilizzo dei motori ad alta efficienza
e degli inverter in ambito industriale
Vicenza 27 marzo 2008
Raffaele Dal Monte TDE MACNO Spa