Una maggiore efficienza - Tecnologia motori per - Libertà di scelta - Danfoss
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Tecnologia motori per
una maggiore efficienza
nelle applicazioni
Panoramica di tendenze e applicazioni
Libertà
di scelta
Controllo di
un’ampia varietà di
tipologie di motori
www.danfoss.it/vlt-drives
2 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06
Un VLT® per tutti
Un flusso costante di tecnologie innovative per motori
trifase per ottenere la più elevata efficienza energetica nelle
applicazioni industriali e commerciali. Questa brochure
fornisce una panoramica di tecnologie e loro applicazioni,
nonché di pro e contro nelle soluzioni individuali.
Algoritmi adattati per frequenza o possono essere gestite da Facile messa in
massimizzare l’efficienza questo tipo di dispositivo. servizio ed algoritmi per
del sistema Tuttavia questo solleva un problema: un’efficienza ottimale
I produttori di motori impiegano una tutti i motori possono essere gestiti In qualità di costruttore di azionamenti,
varietà di concetti per ottenere elevate da un solo tipo di convertitore Danfoss è impegnata a sostenere tutte
efficienze nei motori elettrici per di frequenza? In caso di risposta le più comuni tecnologie di motore
applicazioni industriali e commerciali. negativa, gli utilizzatori e gli operatori esistenti tenendo conto anche delle
Nonostante tutte le tecnologie dei potrebbero correre il rischio di tecnologie future.
motori, della stessa classe di efficienza essere costretti a utilizzare scenari di
abbiano punti operativi comparabili, convertitori di frequenza eterogenei. I convertitori di frequenza VLT
esse differiscono in molti aspetti come In pratica questo si traduce in costi Danfoss da sempre offrono algoritmi
comportamento di avviamento o di training per progettisti, operatori e di controllo con elevata efficienza
caratteristiche a carichi parziali. manutentori. Le parti di ricambio per per motori a induzione e magneti
Per gli utilizzatori il principale impatto differenti tipi di inverter contribuiscono permanenti (PM), e da oggi i VLT
dell’ampia varietà di tecnologie dei ad ulteriori aumenti sui costi. AutomationDrive FC 302 supportano
motori è che questi necessitano di anche motori a riluttanza sincrona.
trovare la tecnologia corretta per le Per gli utilizzatori è quindi vantaggioso Inoltre i convertitori di frequenza VLT
loro applicazioni affinchè si ottenga la poter comandare tutte le tipologie semplificano la messa in servizio dei
massima efficienza energetica ed un dei motori con un unico convertitore motori a induzione combinando la
risparmio economico associato. di frequenza, in quanto ciò riduce facilità di utilizzo con l’aggiunta di
nettamente i costi supplementari. funzioni utili come l’adattamento
In linea di principio quasi tutti i motori In qualità di costruttore di convertitori automatico del motore (AMA), che
possono essere azionati con curve di frequenza, Danfoss fornisce una misura le caratteristiche del motore ed
programmate e specificano la tensione soluzione che può controllare tutti ottimizza di conseguenza i parametri.
richiesta per ogni velocità o frequenza i motori standard comunemente In questo modo il motore funziona
(caratteristiche tensione/frequenza). utilizzati nelle applicazioni del settore sempre alla massima efficienza
Tuttavia l’efficienza teorica di ogni del building e di automazione possibile, consentendo agli utilizzatori
motore può essere ottenuta in industriale. di ridurre il consumo energetico ed i
pratica con un algoritmo di controllo costi operativi.
specificatamente adattato alle Questo consente agli operatori
tecnologie individuali, altrimenti degli impianti di utilizzare lo stesso
non sarebbe possibile ottimizzare il dispositivo, le stesse interfacce di
funzionamento con carichi variabili. sistema e di comprovate ed affidabili
tecnologie sull’intera gamma di
Controllo di diverse potenza.
tecnologie con diversi
tipi di inverter La gestione delle parti di ricambio
Quasi tutte le più comuni tecnologie e la manutenzione sono entrambe
dei motori descritte in questa brochure, semplificate, ed i costi di training sono
necessitano di un convertitore di significativamente ridotti.
Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06 3
Buoni motivi per aumentare l’efficienza energetica
Esaurimento dei combustibili fossili, Si può ottenere un risparmio di 38 miliardi di
cambiamenti climatici, ed il riscaldamento kWh per anno nella sola Germania nei settori
globale sono solo alcune delle molte ragioni commerciali ed industriali e nelle pubbliche
per ridurre significativamente il consumo istituzioni sostituendo le vecchie esistenti
di energia, le quali ragioni hanno anche tecnologie con le moderne tecnologie.
conseguenze politiche. Estendendo questo risparmio a livello europeo,
Per esempio, molti Paesi nel mondo, non solo si consentirebbe una riduzione dei consumi di
in UE, hanno stabilito le classi obbligatorie ben 135 miliardi di kwh, pari ad un risparmio
di efficienza energetica per motori elettrici, di emissioni di CO2 di circa 69 milioni di
perché i motori sono il collegamento tra la tonnellate (sorgente di questi dati: ZVEI,
fornitura di energia elettrica ed i processi “Motors and controlled drives”).
meccanici nei settori industriali e commerciali, I livelli minimi di efficienza dei motori elettrici
che conta una grossa fetta del consumo sono specificati dalla regolamentazione UE
energetico globale. (EC) n. 640/2009. Il regolamento (EU) n. 4/2014
Due terzi del totale del consumo industriale è estende il campo di applicazione dei motori
dato da macchinari gestiti da motori elettrici. elettrici in questione.
Tecnologie di motori Da un punto di vista pratico, bisogne- In questo modo si consente agli utiliz-
per la conformità con le rebbe chiedersi se vale la pena definire zatori di valutare le tecnologie motore
nuove classi di efficienza classi di efficienza energetica sempre adatte e porre le domande essenziali ai
I regolamenti sopra citati definiscono più rigorose, considerando gli effetti produttori per quanto riguarda le loro
le classi di efficienza da IE1 (classe più percepibili e misurabili nelle applica- applicazioni.
bassa) a IE3, la normativa di riferimento zioni.
è la EN60034-30. In questa brochure vengono illustrati
Il sovradimensionamento e d il conti- i seguenti tipi di motori:
La normativa EN60034-30-1 definisce nuo cambiamento dello scorrimento
la classe di efficienza IE4, che non è del motore, porta a condizioni di ope- Motori a induzione standard
ancora entrata in vigore. razioni sotto carichi parziali che non Motori a rotore in rame
Per ottenere i livelli minimi di classe si riflettono nello schema di classifica- Motori a magneti permanenti (PM)
di efficienza è necessario cambiare zione IE, perché esso si basa su punti Motori EC (casi speciali)
l’attuale tecnologia dei motori. Come operativi nominali. Motori PM ad avviamento diretto
risultato, gli utilizzatori si trovano di Motori sincroni a riluttanza
fronte ad una variegata tendenza dei Per questa ragione, in questa brochu-
mercati, inoltre hanno anche bisogno re, la classe IE5 non sarà oggetto di Molti motori elettrici ed azionamenti
di conoscere quali sono i vari termini e discussione. sprecano energia perché non lavorano
le differenti tecnologie da offrire. nel campo di funzionamento ottimale.
Ogni tipo di motore è adatto ad ogni Di conseguenza, gli sviluppatori di
applicazione? In poche parole motori elettrici stanno dedicando più
Lo scopo di questa brochure è quel- attenzione all’ottimizzazione della
lo di fornire una rapida panoramica compatibilità ambientale dei sistemi,
Classe di efficienza IE5 delle singole tecnologie dei motori. Si ed in particolare alla loro efficienza
La normativa EN60034-30-1, defini- descrivono le tecnologie e le loro carat- energetica.
sce anche la classe di efficienza IE5 teristiche, campi di utilizzo, vantaggi e
e delinea i possibili valori limite per svantaggi, in modo facilmente com- L’Istituto Fraunhofer (ISI, System and
questa classe. Tuttavia, sottolinea che prensibile. Innovation Research) riferisce che l’u-
il conseguimento a questa classe è di tilizzo dei motori elettrici rappresenta
difficile realizzazione. il 40% del consumo di energia elet-
4 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06
IE2: Obbligatorio
IE3: 2015/2017
IE3: Obbligatorio
IE2: Obbligatorio
IE3: 2015/2017
IE3: Obbligatorio
IE2: Obbligatorio
IE2: Raccomandazioni IE2: Obbligatorio
IE2: Obbligatorio
IE2: Obbligatorio
IE1: Obbligatorio
Questa selezione di requisiti minimi, attualmente vigente, mostra che l’efficienza
energetica dei motori elettrici è una questione mondiale.
100
trica mondiale ed è responsabile di 6 efficienza più elevate. I costruttori stan- Perdite per attriti e ventilazione
miliardi di tonnellate di emissione di no provando a minimizzare le perdite 90
CO2, che corrisponde al 20% del totale nello statore e nel rotore. 80 Perdite per effetto di steresi magnetica
delle emissioni di biossido di carbonio.
70
Un modo per raggiungere questo Perdite di corrente
Un altro aspetto della compatibilità obbiettivo è utilizzare materiali laminati 60
Perdite (%)
ambientale dei motori elettrici è il migliori per questi assemblaggi, un 50 Perdite elettriche al rotore
dimensionamento. Costruire motori altro modo è utilizzare migliori con- 40
più compatti riduce la quantità di duttori elettrici come rotori in gabbia
materiale utilizzato ed i costi di smalti- di rame invece di economici rotori in 30
mento. Attualmente molti motori sono alluminio. 20
sovradimensionati a causa dei “margini 10
Statore perdite elettriche
di sicurezza” richiesti in fase di proget- Tuttavia, questo cambia il consumo
0
tazione, quindi nella maggior parte dei materiali, a meno che il produttore 0.75 1.5 3 5.5 11 18.5 30 45 75 110 160 250
dei casi, non sfruttano a pieno le loro prenda apposite contromisure. Ciò Potenza motore (kW)
potenzialità. Inoltre operano a velocità significa che gli utilizzatori devono
Sorgente: Normative di analisi dell’efficienza di
e coppia ridotte. controllare caso per caso se sono fatti- motori elettrici – tecnologia motori sincroni ad
bili altre opzioni quando si considera la eccitazione permanente, 2011. De Almeida, Ferreira
e Fong.
sostituzione del motore.
Una migliore
efficienza del motore
La normativa EU 640/2009 obbliga i co-
struttori di motori ad aderire alle classi
di efficienza richieste entro specifiche
scadenze, e di fornire i motori ad esse Tabella 1
corrispondenti (vedere tabella 1). Potenza MEPS Alternativa al MEPS
Dal 16 giugno 2011 0,75 – 375 kW IE2 –
Ciò solleva la questione di come 0,75 – 7,5 kW IE2 –
A partire dal 1° gennaio 2015
l’efficienza può essere migliorata al fine 7,5 – 375 kW IE3 IE2 con convertitori di frequenza
di raggiungere e mantenere classi di A partire dal 1° gennaio 2017 0,75 – 375 kW IE3 IE2 con convertitori di frequenza
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Motori asincroni trifase
– il cavallo di battaglia dell’industria
I motori asincroni trifase, sviluppati nel Classi IE realizzabili quando l’isolamento del motore non
1889 da AEG, sono ancora i cavalli di La normativa EN 60034-30-1 per i è adatto alla tensione impulsiva del
battaglia del settore industriale e adatti motori, presuppone che la classe di convertitore di frequenza.
a molte altre applicazioni. efficienza IE4 possa essere realizzata
con motore a induzione trifase
La popolarità dei motori trifase è azionato direttamente dalla rete. Aspetti particolari
stata rinforzata dallo sviluppo dei Prima della sostituzione di un motore,
soft starters e dei convertitori di per migliorare l’efficienza energetica,
frequenza. I soft startes riducono la IEC frames gli utilizzatori dovrebbero controllare se
corrente di spunto e generalmente si Per migliorare l’efficienza, i costruttori è veramente necessario.
connettono al motore direttamente spesso utilizzano materiali migliori o
alla linea principale. I convertitori di migliori laminazioni nella fabbricazioni Un motore a induzione di 10 anni non
frequenza consentono un controllo delle parti statoriche e rotoriche. sempre è inefficiente. Per esempio, il
preciso ed efficiente della velocità e Questo, a volte, porta ad un aumento VLT Danfoss Drivemotor FCM 300,
dell’energia che rende i motori adatti della taglia del motore. progettato oltre 10 anni fa già con
per l’ottimizzazione dei processi. Tuttavia, tutti i costruttori si sforzano di un’elevatissima classe di efficienza
mantenere le dimensioni di montaggio energetica, continuerà a rispettare le gli
IEC per assicurarsi la più ampia standard normativi anche oltre il 2017.
Tecnologia retrocompatibilità dei motori e dei Qualora sia necessaria la sostituzione o
Il motore opera sulla base della forza sistemi più obsoleti. debba essere utilizzato un motore
di Lorentz, la quale causa il movimento Di conseguenza le dimensioni di differente, l’utilizzatore deve controllare
delle particelle elettricamente cariche montaggio (distanza base, altezza se motori più efficienti sono conformi
in un campo magnetico. La repulsione albero, diametro albero) sono alle dimensioni di montaggio IEC.
magnetica, che porta al movimento solitamente le stesse, in alcuni casi,
rotorico, si sviluppa dai campi con l’unica differenza del diametro
magnetici generati nello statore (parte statorico.
del motore statorica) e nel rotore (la
parte in movimento).
Funzionamento con
L’avvolgimento statorico è costituito da convertitori di frequenza
rame, mentre il rotore è implementato I convertitori di frequenza assicurano
come avvolgimento in corto circuito, un funzionamento regolare ed un
costituito da barre in alluminio. controllo ottimale della velocità.
I problemi di solito sorgono solo
Motore a induzione trifase
6 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06
Motori a rotore di rame, efficienza migliore
rispetto a motori a induzione standard
Tecnologia IEC frames alta e quindi una più alta coppia di
I motori a rotore di rame sono in La taglia può essere conforme agli spunto, dovuto ad una più bassa
pratica motori a induzione standard. standards IEC fino alla classe IE4. In resistenza. Questo aspetto deve essere
Essi hanno la stessa struttura e lo stesso molti casi sono disponibili versioni di considerato nel progetto e quando
principio di funzionamento, ma un dimensioni più piccole. si sostituisce un motore a induzione
tipo differente di materiale al rotore: trifase esistente.
invece della solita gabbia di alluminio,
il rotore ha una gabbia in rame. Il rame Funzionamento con Nella pratica ci sono sempre stati
ha una più bassa resistenza rispetto convertitori di frequenza anche casi in cui una coppia di spunto
all’alluminio, la quale riduce le perdite Come i motori asincroni standard, più alta ha causato danni al motore.
rotoriche. Questo vantaggio va a i motori a rotore di rame possono Lo scorrimento del motore è ridotto a
discapito di più alti costi di produzione. funzionare con un convertitore di causa delle minori perdite. Ciò significa
Il punto alto di fusione del rame (circa frequenza. Inoltre, i problemi di solito che la velocità nominale sarà maggiore,
1.100°C), rispetto all’alluminio (circa sorgono solo quando l’isolamento e con essa la velocità della macchina
660°C) porta ad un’usura più rapida. Il del motore non è adatto alla tensione operatrice.
rame è anche significativamente più impulsiva del convertitore di frequenza.
costoso.
Aspetti particolari
Classi IE realizzabili Per quanto riguarda il funzionamento,
Questi motori raggiungono gli utilizzatori devono considerare
generalmente classi di efficienza che i motori a rotore di rame spesso
energetica IE3 o IE4. hanno una corrente di spunto più
Motore trifase a induzione con rotore di rame
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8 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06
Motori a magneti permanenti (PM)
I motori a magneti permanenti stanno Classi IE realizzabili (inclusa Danfoss) che possono
diventando sempre più popolari. La I motori PM raggiungono livelli di controllare motori PM senza encoder.
tecnologia viene utilizzata da tanto efficienza tra IE3 ed IE4.
tempo, per esempio nei servo motori. Altri due inconvenienti di questi motori
La novità è che ora i motori PM hanno sono: 1) il rischio di smagnetizzazioni
un’elevata efficienza e sono disponibili IEC frames dovute ad alte correnti e ad alte
normalizzati alle dimensioni di Rispetto ai motori asincroni con temperature, che comunque
montaggio IEC. efficienze simili (esempio IE3) i motori avvengono raramente; 2) la
PM sono significativamente più piccoli. manutenzione del motore.
Tecnologia A causa del forte campo magnetico al
A differenza dei motori asicnroni trifase, Funzionamento con rotore, rimuovere il rotore dallo statore
i motori PM (come suggerisce il nome), convertitori di frequenza risulta difficile, per cui sono necessari
non hanno avvolgimenti nel rotore I motori possono funzionare con strumenti speciali.
ma magneti permanenti, i quali sono i convertitori di frequenza senza
montati sulla superficie del rotore o problemi. Infatti di solito necessitano
posti all’interno del rotore. Nel caso di un controllore elettronico per il Andamento dei
più semplice lo statore ha la stessa funzionamento. prezzi dei motori PM
forma di un motore a induzione, ma i Per produrre i magneti sono necessari
costruttori di motori stanno lavorando elementi di terre rare, i cui prezzi sono
sull’ottimizzazione del design. Aspetti particolari aumentati notevolmente negli ultimi
Un inconveniente dei motori PM è che anni a causa del forte aumento della
I motori PM sono motori sincroni, il che hanno bisogno di funzionare con un domanda e ad una carenza di
significa che non vi è scorrimento tra i convertitore di frequenza o con un disponibilità. Tuttavia i prezzi sono scesi
campi rotanti del rotore e quelli dello dispositivo di controllo. significativamente negli ultimi due anni
statore come il motore a induzione in parte grazie anche all’apertura di
trifase. Questo dispositivo deve anche ricevere nuovi siti minerari.
il segnale di feedback di posizione
La magnetizzazione rotorica necessaria rotore per adattare in maniera ottimale
è fornita dai magneti permanenti, il campo magnetico alla posizione dei
senza nessuna perdita associata. magneti permanenti, in modo tale da
Questo riduce le perdite rotoriche generare la rotazione.
ed aumenta l’efficienza del motore.
I motori PM hanno una migliore Questo è il motivo per cui tali sistemi
efficienza rispetto i motori a induzione, hanno spesso un encoder.
a velocità ridotta. Tuttavia ci sono costruttori di inverter
Motore PM con magneti all’interno del rotore Motore PM con magneti posti in superficie
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Motori PM ad avviamento diretto
Tecnologia IEC frames La coppia alternata causa dei picchi
Un motore PM ad avviamento diretto è Le taglie disponibili sono conformi agli di coppia da 7 a 17 volte la coppia
una combinazione ibrida di un motore standard IEC. Sono anche disponibili nominale. Nonostante ciò il motore
trifase a induzione ed un motore PM. dimensioni del frame più compatte. non può essere accelerato con un
E’ costituito da un rotore a gabbia con carico pesante e non ha caratteristiche
magneti posti all’interno del rotore. di forte dinamica.
Ciò comporta una struttura complessa Funzionamento con
del rotore che rende il motore più convertitori di frequenza Gli abbassamenti di tensione
costoso. Tutti i motori PM ad avviamento possono causare al motore perdita di
diretto possono anche funzionare con sincronizzazione e conseguentemente
Tuttavia, ha un vantaggio significativo convertitori di frequenza. Tuttavia si lavorerà ad un’efficienza inferiore.
rispetto ai motori PM standard: può deve considerare che in questo caso Il motore gira alla velocità di
essere avviato direttamente in rete l’efficienza è tipicamente inferiore del sincronismo durante il funzionamento
senza un controllore. La parte della 5-10% rispetto all’avviamento diretto da rete, tuttavia il carico può far
gabbia avvolta è attiva nella fase di da rete. Ciò è dovuto all’effetto di lavorare il motore a velocità fuori
partenza, quindi il motore accelera alla smorzamento sugli avvolgimenti della sincronismo.
velocità determinata dalla frequenza gabbia.
di rete e diviene sincrono; inoltre ha la Le considerazioni in materia di
stessa elevata efficienza di un motore elementi delle terre rare si applicano
PM. Aspetti particolari anche a questo motore perché utilizza
Il primo inconveniente può essere magneti permanenti.
notato durante l’avviamento: il motore
Classi IE realizzabili può leggermente girare in senso
Quando il motore viene avviato da opposto. Questa coppia di avviamento
rete, i motori PM ad avviamento alternata è anche presente nei motori a
diretto raggiungono livelli di efficienza induzione, ma è molto più consistente
compresi tra IE3 e IE4. nei motori PM ad avviamento diretto.
Motori PM ad avviamento diretto con magneti posti nel rotore e gabbia rotorica
10Motori sincroni a riluttanza
I motori sincroni a riluttanza si basano Classi IE realizzabili cipio del motore sincrono a riluttanza
su una tecnologia nota da molto L’efficienza ottenuta varia da IE2 a con la gabbia rotorica della macchina
tempo. In passato era stata ottimizzata IE4 anche nei nuovi design, ma è più asincrona. Per fare questo, il costruttore
per la coppia o per le dimensioni vicina alla classe IE2 a livelli di potenza riempie i vuoti del rotore con barre di
del frame, invece ora l’attenzione è relativamente più bassi. Questi motori alluminio ed esegue dei corti circuiti ad
focalizzata sull’efficienza energetica. raggiungono livelli di efficienza IE4 entrambe le estremità. In questo modo
indicativamente dagli 11 ai 15 kW. il motore accelera direttamente in rete,
Hanno anche ottime caratteristiche a ma fornisce anche un miglior fattore di
Tecnologia basse velocità. potenza quando raggiunge la velocità
Questi motori utilizzano le forze di nominale.
riluttanza, le quali sono generate
da un cambiamento della riluttanza IEC frames Lo svantaggio in questo caso
magnetica. Nuovi rotori speciali Le taglie disponibili sono conformi allo è che l’ulteriore smorzamento
appositamente progettati guidano le standard IEC. Sono anche disponibili dell’avvolgimento della gabbia, ancora
linee di campo magnetico all’interno dimensioni del frame più compatte. una volta produce maggiori perdite nel
del rotore per produrre una coppia di motore.
riluttanza ad alta efficienza energetica.
Ora sono disponibili versioni di rotori a Funzionamento con
riluttanza con capacità di avviamento convertitori di frequenza Aspetti particolari
diretto. I motori sincroni a riluttanza I fori dei lamierini necessari da design
necessitano di un convertitore di degradano il fattore di potenza, il quale
Come i motori PM ad avviamento frequenza per il loro funzionamento, ad conduce ad un sovradimensionamento
diretto, essi hanno un ulteriore eccezione della versione direct-on-line di una o due taglie di potenza a
avvolgimento in corto circuito nel (DOL) che può operare direttamente seconda del tipo di convertitore di
rotore. Questi motori sono molto dalla rete. frequenza. Al momento non sono note
efficienti, tuttavia l’efficienza cala dal instabilità al rotore.
5 al 10% se si utilizza un convertitore
di frequenza (come i motori PM ad Variante per Devono essere considerate le
avviamento diretto), ciò è dovuto avviamento diretto limitazioni precedentemente citate
all’effetto di smorzamento sugli Come per i motori PM ad avviamento sull’efficienza energetica in funzione
avvolgimenti della gabbia. diretto, il costruttore coniuga il prin- della potenza.
Motore sincrono a riluttanzaMotori EC
Ci sono molti tipi differenti di Per contrastare gli inconvenienti Funzionamento con
motori EC, come ad esempio piccoli del concetto BLDC, come le alte convertitori di frequenza
servo motori di pochi Watt, fino a correnti e ripple di coppia, i costruttori I motori EC funzionano sempre
raggiungere potenze tipiche del hanno sviluppato migliori algoritmi con controllori elettronici,
settore della building automation. di controllo. Per esempio, ora sono indipendentemente dal fatto che
I motori EC sono noti per essere disponibili algoritmi sensorless. Nelle operano secondo il concetto originale
estremamente efficienti, questo è applicazioni del settore della building o il concetto ottimizzato.
pienamente meritato, in particolare automation, i motori EC differiscono
per quelle piccole unità che sono dai motori PM principalmente nella
nettamente migliori rispetto a motori loro costruzione come motori a rotore Applicazioni tipiche
universali o motori split-pole (la cui esterno. I motori EC sono spesso utilizzati nei
efficienza energetica raggiunge circa ventilatori e soffianti per l’automazione
il 30%). degli edifici, di solito sottoforma di
Classi IE realizzabili motori a rotore esterno e come servo
L’efficienza dei motori EC è tra IE2 e IE4, motori di piccola potenza.
Tecnologia a seconda del modello.
Come per i motori PM, il rotore
ha i magneti e lo statore ha gli Aspetti particolari
avvolgimenti. I motori EC costruiti IEC frames Il termine “Motore EC” è spesso usato
secondo il concetto originale, I motori EC conformi alla norma per una varietà di concetti differenti.
funzionano con una tensione continua IEC sono piuttosto rari. Motori EC di Per gli utilizzatori ciò rende difficile la
commutata. Questo è il motivo per potenza relativamente elevata (più distinzione tra motori convenzionali
cui sono chiamati “brushless”, motori di qualche centinaio di watts) sono BLDC e tipi di motore di efficienza
a corrente continua (BLDC) o motori utilizzati principalmente nei ventilatori più elevata, più simili a motori PM.
commutati elettronicamente (ECM). e nelle soffianti. Grazie all’uso dei magneti permanenti,
In termini tecnologici, i motori BLDC i motori EC sono soggetti alle stesse
sono motori AC, quindi la designazione considerazioni che riguardano gli
BLDC può in qualche modo elementi delle terre rare come per i
confondere. motori PM.
12 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06Ottimizzazioni di sistema
Analisi di sistema e potenzialità
Secondo la German Association of I risparmi potenziali con forme differen- Indipendentemente dal fatto che la
Electrical and Electronics Manufactur- ti di energia, differiscono significativa- questione coinvolga impianti nuovi
ers (ZVEI), circa il 10% del potenziale mente da un settore all’altro. o esistenti, oppure macchinari, gli
di risparmio nei sistemi di azionamen- operatori dovrebbero, in prima analisi,
to, può essere realizzato utilizzando Per esempio, il settore industriale ha un prendere in considerazione lo stato
motori con una maggiore efficienza. Il notevole di aumento della domanda attuale del sistema complessivo prima
funzionamento a velocità variabile può di calore di processo rispetto al settore di adottare misure per ridurre il con-
produrre risparmi potenziali di circa il del commercio. I maggiori risparmi sumo di energia. Ciò consente loro di
30%. potenziali si trovano di solito nelle zone identificare meglio soluzioni e facilitare
con più alto consumo. Ad esempio, il successive verifiche sulle misure attua-
Tuttavia, la principale fonte di poten- settore industriale rappresenta circa il te per il raggiungimento dei risparmi
ziale risparmio (circa il 60%) è l’ottimiz- 43% del consumo di elettricità, men- desiderati.
zazione del sistema complessivo. Di tre il settore del commercio e servizi
conseguenza l’operatore deve sempre rappresenta solo il 23%.
considerare l’impatto sul sistema
complessivo e deve verificare se diversi Una conoscenza esatta del sistema
metodi portano alla riduzione dei con- e della tecnologia è essenziale per
sumi di energia. Uno di questi metodi determinare il potenziale di risparmio
riguarda la possibilità di utilizzare le nei vari settori. Solo allora è possibile
funzioni dedicate dei moderni conver- giudicare se le misure specifiche hanno
titori di frequenza. prodotto o meno risparmi significativi.
L’efficienza complessiva del sistema è un lavoro di squadra
65
Come confermato dalle misurazioni
presso l’Institute of Air Handling and
Refrigeration, il sistema di massima
efficienza può essere ottenuto solo
60 combinando i migliori componenti
possibili. Per esempio, Danfoss EC+,
riduce le perdite di un ventilatore fino
all’11% grazie alla combinazione
ottimale di convertitore di frequenza,
Efficienza del sistema in %
55
motore e girante del ventilatore.
La migliore efficienza del motore
del ventilatore EC potrebbe essere
contrastata dalla geometria
50 meno favorevole della girante, e di
conseguenza l’efficienza del sistema
risulterebbe inferiore dal 3 al 5%.
45
40
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60 % 70% 80% 90% 100% 110%
P = 3 kW Rapporto in % del carico parziale
EC+ ventilatore con motore PM
EC ventilatore
Ventilatore con motore standard (IE3)
Ventilatore con motore standard (IE2)
Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06 13Sommario
Come dimostrato nelle varie L’evoluzione del motore non è Infine, si deve ricordare che alcuni degli
descrizioni dei tipi di motori, le affatto terminata. Ad esempio i inconvenienti citati per vari motori
esigenze legali e commerciali per una produttori stanno già sperimentando possono essere mediati da apposite
maggiore efficienza energetica hanno soluzioni con ferriti anziché magneti misure di ottimizzazione, come per
notevolmente stimolato il mercato dei convenzionali. I risultati dei primi test l’avviamento diretto dei motori PM.
motori elettrici. sono molto promettenti. Tuttavia tali misure possono a loro
volta dare luogo ad altri inconvenienti.
Molti differenti tipi di motori Per gli utilizzatori è importante Lo scopo di questa brochure è quello
convenzionali così come le nuove esaminare con attenzione ogni aspetto di fornire le informazioni necessarie agli
tecnologie si stanno facendo largo sul circa la convenienza dell’adozione dei utilizzatori di motori, al fine di trovare
mercato e competono tra loro a favore motori ad alta efficienza. Per esempio, il migliore azionamento per il tipo di
degli utilizzatori. la classe IE4 non è sempre la scelta applicazione richiesta.
migliore per via dei costi elevati,
Sarà curioso vedere quali tecnologie oppure nel caso di applicazioni con
riusciranno a prevalere nel lungo molti cicli di carico con una maggiore
periodo. inerzia.
Efficienza Funzionamento
Motore Tipo IEC Applicazioni Commenti
raggiungibile con inverter
IE3 (possibile Quasi tutte le IE3/IE4 potrebbero non essere conformi
IM IE3/IE4 superiore ma Nessuna difficoltà applicazioni alle dimensioni di montaggio IEC.
difficile)
Compatibile. Comune alta coppia di avviamento.
IM con Può anche Quasi tutte le Deve essere presa in considerazione
rotore in IE3/IE4 Nessuna difficoltà
essere più applicazioni nella progettazione di sistemi in caso di
rame piccolo retrofitting.
Ha sempre bisogno di un
Compatibile. controllore. Alcuni inverter Prezzi elevati per richieste di elementi di
Può anche necessitano di feedback di Quasi tutte le
PM IE3/IE4 terre rare. L’attuale tendenza dei prezzi è
essere più posizione. Migliore efficienza applicazioni al ribasso.
piccolo a bassa velocità rispetto ai
DASM.
Non può accelerare a
Compatibile. carichi gravosi, hanno Efficienza del motore molto buona se le
Possibile. Efficienza appros-
Può anche basse prestazioni limitazioni sono accettabili per il tipo di
LSPM IE3/IE4 simativa dal 5 al 10% inferiore
essere più dinamiche, eventuali applicazione. Stesse considerazioni sulle
rispetto all’avviamento da rete.
piccolo problemi in caso di “rete terre rare come per i motori PM.
debole”.
Efficienza superiore rispetto ad altre tec-
nologie relativamente alla bassa potenza
(sotto ai 750 W). L’efficienza del sistema
Non Necessita sempre di un Bassa potenza, EC fans,
EC IE3/IE4 è spesso degradata nei ventilatori cen-
compatibile controllore servo motori trifughi con il motore integrato alla base
del ventilatore. Stesse considerazioni
sulle terre rare come per i motori PM.
Necessita sempre di un con-
trollore. Migliore efficienza
Compatibile. sopra i livelli di potenza dagli Al momento principal- I motori sono relativamente nuovi sul
Può anche 11 ai 15 kW; comparabili a
SynRM IE2–IE4 mente pompe e ventila- mercato. Al momento vantaggi principal-
essere più motori PM a bassa velocità. tori tra gli 11 e i 15 kW. mente per potenze tra gli 11 e 15 kW.
piccolo Spesso sono necessari inverter
sovradimensionati a causa del
basso fattore di potenza.
IM Motore a induzione trifase
PM Motori a magneti permanenti
LSPM Motori PM ad avviamento diretto
EC Motori commutati elettronicamente
SynRM Motori sincroni a riluttanza
FC Convertitore di frequenza
14 Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06Funzionamento motori con convertitori di
frequenza. Idoneità, efficienza, ottimizzazione
Perché utilizzare un F per il motore, dal momento che la Invece per un motore il sovradimensio-
convertitore di frequenza? temperatura può aumentare fino a namento ha un’influenza non trascu-
L’impiego di motore con maggior effi- 10 K. rabile.
cienza amplia l’utilizzo del convertitore
di frequenza. In primo luogo, il con- A seconda dell’esecuzione del motore,
trollo della velocità ottenibile tramite Cuscinetti motore l’efficienza al punto di funzionamento
inverter offre un enorme potenziale Condizioni avverse (tensione di rete, dell’applicazione può essere superiore
per ridurre il consumo energetico e i messa a terra, schermatura, ecc…) a pieno carico scegliendo il corretto
costi. In secondo luogo, alcune delle possono provocare guasti ai motori dimensionamento del motore.
tecnologie del motore possono essere a frequenza controllata (di solito da
utilizzate solo con questi dispositivi. taglie superiori a 132 kW), causati dalle I convertitori di frequenza che utiliz-
correnti di cuscinetto. Per esempio, si zano metodi di controllo adeguati alla
verifica quando le correnti attraversano tecnologia del motore, forniscono la
Quali motori sono adatti il lubrificante del cuscinetto, queste magnetizzazione ideale durante il fun-
all’utilizzo con convertitori correnti sono impulsive e col tempo il zionamento, anche a carico parziale.
di frequenza? cuscinetto viene danneggiato. Semplici E’ anche il caso per i carichi alternati.
Il più grande carico per il motore è misure (buon collegamento di terra, Per esempio, i convertitori di frequen-
la tensione in uscita ad impulsi, che i cavi motore schermati, cuscinetti isolati, za Danfoss VLT per motori PM sono
convertitori di frequenza utilizzano per grasso speciale per cuscinetti, ecc..) progettati secondo l’MTPA (massima
adattare la tensione al motore. Il tasso riducono le correnti ai cuscinetti e di coppia per ampere), che permette di
di variazione della tensione in uscita conseguenza il rischio di avaria. ottenere la migliore efficienza ener-
stressa l’isolamento del motore. Negli getica possibile per ogni esecuzione
ultimi 10-15 anni, questo stress non era motore.
un vero problema perché l’isolamen- Dimensionamento
to moderno resiste a questi picchi di convertitore di frequenza
tensione. Tuttavia quando si utilizzano Quando si combinano convertitore di Ulteriori informazioni
motori più obsoleti lo stress sulla bobi- frequenza e motore, i dati di potenza La maggior parte dei motori trifase sul
na può causare un guasto, a meno che espressi in kW, forniscono un orienta- mercato funzionano perfettamente
non si adottino filtri in uscita adatti per mento iniziale. Tuttavia per affinare la con convertitori di frequenza.
i convertitori di frequenza. In questo scelta, devono essere considerate la Durante il processo di selezione ed
caso, filtri du/dt o filtri sinusoidali sono potenza apparente e la corrente (que- installazione, gli utilizzatori devono
raccomandati per ridurre i picchi di ten- sto è particolarmente vero per i motori prestare attenzione alle caratteristiche
sione e quindi proteggere l’isolamento. sincroni a riluttanza). delle varie tecnologie.
E’ importante che l’inverter sia capace Le sezioni precedenti offrono un
Stress termico di fornire il sovraccarico necessario per breve riassunto sul tema dell’efficien-
Molti convertitori di frequenza moder- il tipo di applicazione, che è tipicamen- za energetica. Maggiori informazioni
ni, come i VLT Danfoss, sono anche in te del 110% per pompe e ventilatori, e sull’efficienza energetica delle soluzioni
grado di fornire la tensione in ingresso 160% per nastri trasportatori o eleva- Danfoss Drives sono disponibili sul
all’uscita del motore. Pertanto lo stress tori. catalogo prodotti.
termico dei motori standard (fino a
una grandezza costruttiva di 315) è da
ritenersi trascurabile. Ottimizzazione
Se in un’applicazione viene utilizzato
Ad esempio per i convertitori di fre- un inverter di una taglia più grande del
quenza con una lieve reattanza DC, che necessario, per esempio per permet-
non sono in grado di generare la piena tere un sovraccarico maggiore, questo
tensione alla frequenza nominale, viene non impatta negativamente sui consu-
raccomandata una classe di isolamento mi energetici.
Danfoss VLT Drives · DEDD.PB.404.A4.06 15VLT® Danfoss: passione e dedizione
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Responsabilità di frequenza Ci assumiamo la responsabilità per ogni
ambientale “Dedizione” è la parola chiave dal 1968, elemento presente nei nostri prodotti.
anno in cui Danfoss introdusse il primo Il fatto di sviluppare e produrre
Tutti i prodotti VLT® sono costruiti in convertitore di frequenza a velocità direttamente tutti i componenti,
stabilimenti conformi alle più rigide
normative per la salvaguardia della variabile prodotto in serie, per motori dall’hardware al software, dai moduli
salute e dei diritti dei lavoratori. AC, denominato VLT®. di potenza alle schede elettroniche e
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VLT® Drives sono certificati secondo le producono, vendono e forniscono di affidabilità dei nostri prodotti.
normative ISO 9001 ed ISO 14001.
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Tutte le attività produttive sono convertitori di frequenza e avviatori
pianificate e svolte tenendo in statici, in oltre cento paesi nel mondo. Assistenza locale su scala
considerazione i diritti e le esigenze dei globale
singoli lavoratori, la cura del posto di
lavoro e la salvaguardia dell’ambiente. I convertitori di frequenza VLT® Danfoss
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delle polveri nocive. Tutti i locali sono
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Il “Global Compact”
Danfoss ha sottoscritto il patto di
piattaforme tecnologiche dedicate, tipo di problema e garantire continuità
responsabilità sociale e ambientale assicura che i nostri convertitori di di servizio dei Vostri impianti.
“UN Global Compact” che garantisce, frequenza VLT® dispongano sempre
attraverso le proprie filiali, il rispetto della tecnologia più avanzata.
delle norme presenti sul territorio in
cui è presente.
Risparmio energetico
e salvaguardia dell’ambiente
L’energia elettrica risparmiata in un
anno di produzione con l’utilizzo di
inverter VLT® Danfoss, corrisponde
all’energia prodotta da una centrale
di grossa taglia. L’ottimizzazione dei
processi produttivi non solo aumenta
la qualità dei prodotti, ma riduce gli
sprechi e l’usura dei macchinari.
Danfoss VLT Drives • C.so Tazzoli, 221 • 10137 Torino • Italia • Centralino: +39 011.3000.511 • Assistenza tecnica: +39 011.3000.598
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