Cos’è l’inverter ? Quando si usa l’inverter?

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Talvolta gli inverter vengono confusi con altri apparecchi, i softstart, che hanno sembianze analoghe ma concetti di funzionamento, caratteristiche e prestazioni diverse.

Cos’è l’inverter ?

Talvolta gli inverter vengono confusi con altri apparecchi, i softstart, che hanno sembianze analoghe ma concetti di funzionamento, caratteristiche e prestazioni diverse.
Il softstart è un avviatore elettronico che permette l’avvio e l’arresto del motore in maniera graduale agendo di base sui parametri di tensione e corrente, ma una volta terminato l’avviamento, alimenta il motore a frequenza fissa di 50 Hz, o viene addirittura bypassato.
L’inverter invece gestisce la variazione di velocità del motore secondo la formula. Dal momento che 120 è un numero fisso ed i poli del motore non variano, l’unico fattore che può incidere per la variazione di velocità è la variazione di frequenza.
L’ inverter è quindi un apparato che effettua la variazione di frequenza. La capacità di variare la frequenza non è solo limitata alle fasi di avvio-arresto ma anche durante tutto il tempo di marcia del motore
 
Gli lnverter sono dispositivi professionali che consentono la variazione della frequenza di alimentazione dei motori elettrici. Sono appositamente studiati per il controllo elettronico e la gestione di sistemi di pompaggio con il fine di garantire economicità di esercizio, pressione costante e silenziosità di funzionamento. Il raggiungimento di questi obiettivi è consentito dalla riduzione delle correnti di spunto in fase di partenza, dal minor assorbimento delle elettropompe a regime e dalla gradualità di spegnimento dei motori la cui rotazione viene modulata a seconda della quantità di liquido prelevato dall’impianto: si annulla così lo spreco di energia tipico dei gruppi di pompaggio azionati da pressostati o ad altre apparecchiature elettroniche.
 
La dolcezza con la quale le pompe si avviano e si spengono contribuisce inoltre alla sostanziale riduzione dei colpi di ariete a beneficio del confort e della longevità dell’impianto. Gli inverter possono gestire pompe di superficie, pompe sommerse, pompe per riscaldamento e refrigerazione indipendentemente dalla loro portata e pressione di esercizio; oltre al collegamento elettrico necessitano soltanto di un sensore che legga la pressione idrica dell’impianto. Possono essere installati sia a bordo motore, in sostituzione del coperchio deputato alla chiusura della morsettiera, oppure a parete e sono presentati nelle versioni a sviluppo orizzontale o verticale; sostituiscono agevolmente i quadri elettrici di protezione magnetotermica delle elettropompe preservandole da guasti provocati da sovratensioni, assorbimenti anomali di corrente, marcia a secco oppure a mandata chiusa.
 
Primeggiano per affidabilità e semplicità di installazione perché sono dispositivi autoinstallanti che rilevano automaticamente la curva della pompa e tutti i parametri necessari per la taratura, leggendo dal solo cavo di alimentazione le grandezze elettriche del motore per poi, in funzione di queste e dei dati ricevuti dal sensore di pressione, variare frequenza e tensione procedendo automaticamente alla regolazione della pressione di mandata. Risultano auto-regolati con ottima precisione sia la pressione massima di lavoro della pompa che il flusso minimo di arresto per mandata chiusa e funzionamento a secco.

 

Pro e contro degli inverter

PRO

  • Consentono la regolazione di velocità e quindi la variazione di portata delle pompe (in genere vi è un limite sotto i 30 Hz), permettendo così di implementare varie soluzioni progettuali.
  • Gli avvii e gli arresti graduali riducono gli stress sui componenti e gli arresti graduali riducono gli stress sui componenti meccanici, idraulici ed elettrici.
  • Si ottengono significativi risparmi energetici in quanto la pompa viene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico, inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendo superflui i condensatori di rifasamento.
  • Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentono una efficace e completa protezione della pompa.
  • Si aboliscono gli spunti di avviamento, permettendo così di non dover sovradimensionare i componenti elettrici e gli eventuali gruppi elettrogeni di soccorso.

CONTRO

  • Apparecchiature costose (anche se meno che in passato, nei confronti di un avviamento diretto non ha senso fare un paragone, nei confronti di un avviamento softstart vi è un rapporto 1/3 che sale ad 1/5 per potenze sopra i 100 kW)
  • Apparecchiature “delicate” nel senso che si tratta di elettronica di potenza e quindi sensibile alle caratteristiche ambientali (umidità, polvere,ecc).
  • “Problemi”di compatibilità elettromagnetica (armoniche, disturbi ad apparecchiature elettroniche, ecc.)
  • Necessitano di una corretta installazione (ventilazione, ecc.)
  • Richiedono che l’installazione sia fatta in prossimità del motore alimentato (più l’azionamento è vicino al motore, meglio è, nella maggior parte dei casi una distanza tra motore ed azionamento superiore ai 200 m, può essere causa di guasto dell’azionamento)
Quando si usa l’inverter nei pompaggi?

Le applicazioni dell’inverter nei sistemi di pompaggio sono molteplici ad esempio:

Pompaggio a livello costante
Pompaggio a portata costante
Pompaggio a pressione costante
 
E’ bene definire con chiarezza cosa si vuole ottenere in quanto spesso l’inverter viene impiegato in maniera impropria (solo per realizzare avviamenti ed arresti graduali) o in maniera errata, rendendone vano l’impiego e l’investimento effettuato. Non ha molto senso usare l’inverter per ottenere delle regolazioni di portata o pressione su più di 2 unità funzionanti in parallelo, in quanto la regolazione potrebbe subire dei pendolamenti, inoltre l’utilizzo di 3 o 4 macchine in parallelo, funzionanti a velocità fissa, consentono già un buon frazionamento della capacità totale di pompaggio. Nel pompaggio di acque reflue la gestione con inverter, in alternativa al sistema on-off, può essere impiegata per ridurre le perdite energetiche; questo nei casi in cui il sistema idraulico presenta alte perdite di carico dovute ad attrito, rispetto al dislivello geodetico (pompaggi in pressione su lunghe condotte)

Il caso del pompaggio a livello costante

Abbiamo un pozzo di fognatura vecchio, gli afflussi, nel corso degli anni si sono modificati notevolmente e riscontriamo quindi grandi variazioni tra le portate massime e minime in ingresso; le pompe sono sollecitate dai molti avviamenti/ora che effettuano.

Soluzione:

Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica “a livello costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando il livello in vasca con un misuratore analogico sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera tale che il livello rimanga costante, ovvero tanta acqua entra in vasca, tanta ne viene pompata via dal sistema.

Esempio pompaggio a livello costante:

Logica di funzionamento:

L’operatore definisce un set-point di livello tale da ottenere la massima capacità di polmonazione del pozzo; il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento del livello in vasca rispetto al set-point impostato. Se il livello cresce, la pompa verrà azionata a velocità maggiore, se il livello scende, la pompa rallenterà. Così facendo si limiterà al massimo il numero di sequenze marcia-arresto della pompa.

Apparecchiature occorrenti:

1 sensore di livello analogico

2 interruttori di livello digitali

1 inverter per ciascuna pompa

1 controllore di gestione

Il caso del pompaggio a portata costante

Stiamo realizzando un pompaggio iniziale di un depuratore, il ns. scopo è quello di alimentare la linea di trattamento con un flusso costante al fine di ottenere la massima efficienza dall’impianto.

Soluzione:

Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica “a portata costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando la portata sul collettore, con un misuratore magnetico sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera tale che venga mantenuto un set-point fissato dall’operatore. E’ ovvio che questo sistema richiede una vasca di polmonazione per sopperire ai momenti di punta e a quelli di bassa portata.

Esempio pompaggio a portata costante

Logica di funzionamento:

L’operatore definisce un set-point di portata. Il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento della portata misurata rispetto al set-point impostato. Se la portata cresce, la pompa verrà azionata a velocità minore, se la portata scende, la pompa aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà un flusso pompato con portata pressochè costante. Importante è poter disporre di un’adeguato volume polmone.

Apparecchiature occorrenti:

1 sensore di livello analogico

1 misuratore di portata

2 interruttori di livello digitali

1 inverter per ciascuna pompa

1 controllore di gestione

Il caso del pompaggio a pressione costante:

Il ns. impianto irriguo preleva acqua da un bacino di accumulo e pompa in una rete di distribuzione; lo scopo è quello di mantenere una determinata pressione in rete, seppur le portate richieste dagli utenti variano notevolmente nel corso della giornata.

Soluzione:

Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica “a pressione costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando lapressione sul collettore, con un trasmettitore analogico, sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la pressione) in maniera tale che venga mantenuto un set-poin fissato dall’operatore. In questi casi non è richiesta una pressione costante in assoluto, bensì un funzionamento entro un determinato range.

Esempio pompaggio a pressione costante:

Logica di funzionamento:

L’operatore definisce un set-point di pressione. Il sistema si attiva su consenso operatore, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento della pressione misurata rispetto al set-point impostato. Se la pressione cresce, la pompa verrà azionata a velocità minore, se la pressione scende, la pompa aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà una pressione in rete pressochè costante, ed in ogni caso entro le bande di tolleranza impostate.

Apparecchiature occorrenti:

1 sensore di pressione analogico

1 interruttore di livello digitale

1 inverter per ciascuna pompa

1 controllore di gestione