Pompa a frequenza variabile

I vantaggi dei VFD sono diversi. Soprattutto, un azionamento a frequenza variabile riduce il consumo energetico e l'usura del motore della pompa. Senza il VFD, la pompa funzionerà a velocità fissa, ovvero è accesa o spenta. Non esiste una velocità variabile.

Le pompe a velocità fissa consumano molta elettricità quando la domanda della pompa non è al massimo. In altre parole, senza un VFD, la pompa utilizzerà sempre la massima quantità di energia. Anche questi motori delle pompe subiscono molti abusi. L'elevata corrente di avviamento richiesta può essere da sei a sette volte l'amperaggio nominale a pieno carico del motore. Ciò non solo è costoso, ma aggiunge un forte stress alla pompa e al sistema di controllo del flusso in generale.

Quando le pompe si guastano, i costi possono superare i tempi di inattività. I comuni sono dolorosamente consapevoli dei costi derivanti dal guasto delle pompe e dei controlli di livello. Quando le stazioni di pompaggio smettono di funzionare, di solito si verifica un traboccamento delle acque reflue o delle acque piovane. Entrambi comportano condizioni di inondazioni, danni alla proprietà, enormi multe EPA e rischi per la salute e la sicurezza del pubblico in generale.

Eventuali fuoriuscite o traboccamenti comportano danni all'ambiente, potenziale deterioramento dei terreni e delle fonti d'acqua e alto rischio di incendi ed esplosioni.

Mantenere le pompe attive e funzionanti nel modo più efficiente possibile è una priorità assoluta. La regolazione della velocità del motore della pompa con un VFD è l'approccio migliore per garantire la longevità della pompa e la riduzione dei costi. Naturalmente, per utilizzare con successo un VFD, è necessario un buon sensore di livello continuo o un trasmettitore di pressione.

I motori CA funzionano in base al principio che la velocità sincrona è determinata dalla frequenza dell'alimentazione e dal numero di poli nell'avvolgimento dello statore del motore. La tabella 1 illustra come la velocità sincrona sia funzione dei poli del motore e della frequenza della linea in ingresso (50 Hz o 60 Hz).

I motori a induzione funzionano a una velocità leggermente inferiore a quella sincrona. Ad esempio, un motore a quattro poli (sincrono da 1.800 giri/min) funziona tipicamente a circa 1.780 giri/min a pieno carico. La differenza tra la velocità sincrona e la velocità effettiva è nota come scorrimento. Lo slittamento è inerente ai motori a induzione e deve essere presente affinché possano sviluppare la coppia. La quantità di scorrimento (tipicamente il 1-3%) varia in base alla potenza nominale e al design del motore.

La velocità a pieno carico di un motore è generalmente indicata sulla targhetta. È importante notare che quando un motore funziona tramite un VFD, le prestazioni del motore saranno leggermente influenzate rispetto alla potenza di linea tipica. Oltre all’aumento della temperatura e all’incremento dell’efficienza, anche lo scorrimento potrebbe risentirne. Pertanto, si consiglia di fare riferimento alle schede tecniche del motore che includono i dati sulle prestazioni per il funzionamento del VFD e di consultare il produttore in caso di dubbi.

Quando un VFD avvia un motore, applica inizialmente una bassa frequenza (2 Hz o meno) che si traduce in una bassa tensione al motore. Il VFD quindi aumenta la frequenza di uscita desiderata in modo controllato e graduale, rispetto all'avvio su tutta la linea. La tensione applicata al motore aumenta in base alle caratteristiche del rapporto V/Hz (volt/hertz) impostate nel VFD. Le caratteristiche V/Hz devono corrispondere ai requisiti di carico di coppia. Una tensione troppo elevata a una determinata frequenza spreca energia e può causare surriscaldamento; un rapporto troppo basso può generare una coppia insufficiente.

L'avvio a bassa frequenza e tensione e la rampa al V/Hz impostato controllano le accelerazioni e prevengono l'elevata corrente di spunto che altrimenti si verificherebbe quando si avvia un motore con alimentazione attraverso la linea attivando un interruttore o un contattore. Questo metodo di avviamento consente al motore di sviluppare una coppia nominale senza assorbire una corrente di spunto compresa tra il 500 e il 600% della corrente nominale. In generale, la richiesta di corrente di picco del VFD all'avvio di un motore è pari al 150% della corrente a pieno carico.

È importante considerare la coppia disponibile per avviare il carico. mostrano che le pompe rotodinamiche hanno una coppia ridotta a velocità ridotta, mentre le pompe volumetriche possono avere una coppia completa a velocità ridotta. Ciò rende più semplice l'avvio delle pompe rotodinamiche con un VFD rispetto alle pompe volumetriche. Questo profilo di coppia e velocità deve essere considerato quando si seleziona e si imposta il VFD. Inoltre, è necessario seguire le procedure di avvio del sistema quando si avviano le pompe volumetriche, ad esempio bypassando il flusso (riducendo la pressione) finché il motore non ha raggiunto la velocità massima.

La sequenza di arresto per un VFD è l'opposto della sequenza di avvio. I V/Hz applicati al motore vengono ridotti a una velocità controllata. Quando la frequenza si avvicina allo zero, l'uscita del VFD viene disattivata elettronicamente e il motore non è più azionato dal VFD. Se le rampe sono impostate troppo velocemente, il motore può produrre energia rigenerativa che può aumentare la tensione del bus CC e potenzialmente danneggiare l'azionamento.

Oltre alla minore corrente di spunto, l'accelerazione controllata, all'avvio e all'arresto del motore, riduce le sollecitazioni meccaniche e limita i transitori del sistema idraulico. Le ridotte sollecitazioni meccaniche possono allungare la durata dei componenti di coppia e di carico. La riduzione dei transitori idraulici livella i picchi di pressione che altrimenti potrebbero causare la rottura delle tubazioni.