Azionamenti ABB ULH, efficienza energetica e affidabilità

2021-12-02 03:34:57 By : Ms. Pacey Wang

Dalla multinazionale svizzero-svedese, una soluzione ottimale per garantire il risparmio energetico nei motori elettrici senza perdere affidabilità o aumentare i costi di progetto: la gamma di azionamenti con filtri integrati e front end attivo per garantire bassissimi livelli di distorsione armonica

(Rinnovabili.it) - L'Agenzia Internazionale per l'Energia è chiara: i motori e gli impianti elettrici che guidano rappresentano la quota maggiore del consumo di energia elettrica a livello mondiale, consumando più del doppio del settore dell'illuminazione. Una quota che supera abbondantemente il 40% della domanda mondiale, associata al rilascio di circa 6.040 Mt di emissioni di CO2 (dati IEA). Ma proprio dove c'è un consumo importante, ci sono anche grandi opportunità di risparmio. Opportunità che la stessa IEA quantifica in circa il 25% dell'energia elettrica consumata complessivamente. Come ottenerli? Per i sistemi che operano prevalentemente in condizioni di carico parziale – come ventilatori, pompe e compressori o applicazioni HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento) più complesse – una soluzione è offerta dal Variable Speed ​​Drive-VSD, letteralmente velocità variabile”. 

Questi sistemi, attraverso la variazione della frequenza e della tensione di ingresso, regolano la velocità dei motori in base all'effettivo fabbisogno del processo; e quindi aiutano a risparmiare grandi quantità di energia richiesta dal processo. La giusta combinazione di motore ad alta efficienza e azionamenti può garantire una riduzione dei consumi fino al 60%.

C'è chi lavora su questa tecnologia da oltre 40 anni e oggi può contare su una gamma di soluzioni altamente innovative, intelligenti e ottimizzate. Si tratta di ABB, multinazionale attiva nei settori della robotica, dell'energia e dell'automazione e da 4 decenni all'avanguardia nel settore delle tecnologie digitali. L'impegno dell'azienda per il miglioramento dell'efficienza energetica nel settore industriale e residenziale ha numeri precisi: solo nel 2020 i suoi motori e azionamenti hanno consentito un risparmio di 198 TWh di energia elettrica. Ciò equivale alla metà del consumo annuo del Regno Unito.

Tuttavia, il risparmio non è tutto. Con l'elettronica di potenza c'è un altro aspetto che non può essere ignorato: la cosiddetta “Power Quality”, cioè la qualità dell'energia fornita ai carichi. In genere, qualsiasi dispositivo che varia la frequenza e/o la tensione di ingresso rispetto alle condizioni nominali - come illuminazione a LED, gruppi di continuità, computer e, appunto, azionamenti elettrici - ha un impatto sulla qualità dell'energia. Questi elementi generano quelle che in gergo vengono chiamate armoniche, disturbi elettromagnetici che alterano la forma d'onda tipica dell'alimentatore. La conseguenza pratica? “L'energia si sporca” aumentando il rischio di una serie di disservizi e malfunzionamenti quali buchi di tensione, transitori elettrici, sovratensioni, guasti alle apparecchiature, ecc. E costringendo spesso ad un sovradimensionamento degli impianti al fine di mitigare gli effetti del contenuto armonico introdotto nella rete.

Come con altri carichi non lineari, anche gli azionamenti generano armoniche nella linea di alimentazione. Se il contenuto armonico supera determinati limiti, possono avere effetti negativi sulla rete e sulle apparecchiature collegate, rendendo necessario effettuare un attento studio in fase di progettazione per valutarne gli effetti e le conseguenze sul sistema. 

È qui che entrano in gioco gli azionamenti Ultra Low Harmonic (ULH) di ABB con front-end attivo (AFE). La soluzione garantisce la minima distorsione armonica attraverso un prodotto compatto, integrato e ad alte prestazioni in tutte le condizioni di carico.

Per comprenderne le potenzialità è necessario fare qualche passo indietro, partendo dalla struttura degli azionamenti. All'interno del dispositivo l'energia passa prima attraverso un raddrizzatore a diodi che converte la potenza CA in ingresso in potenza CC. Quindi i condensatori "livellano" la forma d'onda elettrica. Nella fase successiva, un inverter dotato di transistor bipolari a gate isolato (IGBT) converte l'alimentazione CC in ingresso in alimentazione CA prima che l'elettricità raggiunga il motore.

Negli azionamenti ULH di ABB il lavoro è lo stesso ma l'elettronica interna presenta delle differenze sostanziali rispetto ai prodotti più tradizionali. Gli azionamenti con front end attivo hanno al suo interno un secondo modulo IGBT al posto del ponte a diodi. Questo rimodella la corrente eliminando le armoniche e ricostruendo la forma d'onda perfettamente sinusoidale. A ciò si aggiunge un filtro LCL integrato che elimina anche le armoniche al di sopra della frequenza di commutazione dell'IGBT.

Per capire cosa questo comporti in pratica, è utile confrontare l'indice percentuale THD (acronimo inglese di “total Harmonic Distorsione”) che misura il contenuto armonico di corrente e tensione. Un azionamento standard, in condizioni operative nominali, ha una corrente di distorsione armonica (THDi) del 38%. Oggi diversi produttori offrono modelli a bassa armonica con un THDi inferiore al 5%; allontanandosi però dalle condizioni nominali a pieno carico, il valore aumenta e richiede necessariamente l'aggiunta di filtri esterni. Soluzione costosa e ingombrante. Gli azionamenti AFE, invece, portano il THDi sotto il 3% e lo mantengono così anche ai carichi parziali, senza bisogno di alcun componente esterno.

ABB vanta un'ampia gamma di azionamenti ULH per uso industriale e per settori specifici, come il condizionamento e il trattamento delle acque, offrendo numerosi vantaggi. A cominciare dalla possibilità di evitare il sovradimensionamento degli impianti e dei loro componenti, e di conseguenza un maggior consumo di materiali e denaro. 

Non solo. Questo tipo di azionamento riduce le sollecitazioni elettriche sui componenti, aumentandone l'affidabilità e la longevità. Avendo un contenuto armonico minimo, infatti, elimina le interruzioni di processo dovute a sovraccarichi di rete generati dall'aumento della corrente di linea. Ed è in grado di aumentare la tensione di uscita, garantendo l'alimentazione della piena tensione del motore anche quando la tensione di alimentazione è inferiore al valore nominale.

Gli azionamenti ULH consentono inoltre di ottenere un fattore di potenza unitario che consente di vedere il motore e l'inverter dalla rete come un carico puramente resistivo. Inoltre, compensano altri carichi reattivi nella rete, offrendo potenzialmente agli utenti finali risparmi sull'installazione di compensatori di potenza reattiva separati. Infine, ABB propone una variante rigenerativa del drive ULH che recupera energia dalla parte meccanica, ad esempio durante la frenata, invece di disperderla sotto forma di calore. In dettaglio, gli azionamenti con unità rigenerativa incorporata consentono la frenatura attiva quando il motore di un'applicazione viene utilizzato come generatore, dopodiché reimmettono l'energia in rete o in un accumulatore in modo che possa essere riutilizzata in un secondo momento.

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