Efficienza Energetica:

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Samuele Blasi
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1 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

2 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

Ma = coppia di accelerazione Mm = coppia max.

3 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

resistente del carico Vantaggi del sistema: - elevata

4 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

(confronto con l andamento della coppia e corrente, con avviamento diretto).

5 Andamento delle caratteristiche elettriche Funzionamento del motore come generatore asincrono, in relazione allo scorrimento (s) e alla velocità (N)

6 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.

permettendo il controllo e la variazione della frequenza di lavoro (velocità), della tensione e

7 Struttura dell inverter U line U DC U out Schema di potenza del convertitore di frequenza

8 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.

il rapporto V/f viene mantenuto costante, la curva

9 Controllo dei motori asincroni con inverter Caratteristiche coppia/velocità di un motore asincrono alimentato da inverter oltre la velocità nominale

10 Controllo dei motori asincroni con inverter Andamento del rapporto tensione frequenza da 0 alla velocità nominale

11 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%:

200% al motore Fattore di potenza unitario a tutte le velocità: non è necessario rifasare la linea Potenza

12 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

rendimento generale della macchina personalizzazione dei cicli di produzione, incremento della velocità di

13 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

ottimizzare la corrente erogata a parità di coppia Compensazione dello scorrimento Gestioni delle microinterruzioni di

14 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)

ciclo di lavoro Applicazioni in altri settori industriali (recupero dell energia

15 Esempio: l inverter nel comando di un ventilatore

16 Esempio: l inverter nel comando di una pompa

17 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

(inverter) o di un motore ad alto rendimento permette di beneficiare di una detrazione

18 Finanziaria 2007 / 2008 Tetto di spesa massimo in funzione della potenza nominale per variatori di velocità (inverter)

19 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)

20 + La tecnologia per il recupero dell energia Batteria di condensatori - L1 L2 L3 +24VD R +24VR G + D B C IR CU IT O D I 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. PR E C AR IC A SC C C C B IGB T D R IVER S SU P PLY R E G ULAT IO N SU PP LY CURRENT PWM GENERATOR SENSE MICROPROCESSOR UNIT U V W F + BRAKING RESISTOR R

21 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

22 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

23 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

24 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

25 Applicazioni a risparmio energetico Impianto a fune con sistema A.F.E. Recupero dell energia generata in discesa dalla cabina.

26 Applicazioni a risparmio energetico Impianti per vetro Potenza installata: 120kW Potenza assorbita dalla rete: 20kW

27 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%

28 Applicazioni a risparmio energetico Macchine da stampa Ricircolo di energia fra i vari motori installati

29 Applicazioni a risparmio energetico Macchine utensili Recupero di energia in rete generata dal mandrino e assi

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