Un convertitore di frequenza può convertire la corrente monofase in trifase? Una guida pratica per i motori industriali

Molti motori industriali sono trifase, ma non tutti i siti dispongono di alimentazione trifase dalla rete elettrica. Piccole officine, aziende agricole, stazioni di pompaggio remote, officine di riparazione e impianti industriali leggeri potrebbero disporre solo di alimentazione monofase. Quando un acquirente desidera utilizzare un motore trifase in questa situazione, sorge una domanda ricorrente: un convertitore di frequenza (VFD) è in grado di convertire la corrente monofase in trifase?

A VFD può accettare un'alimentazione in corrente alternata monofase, convertirla internamente in corrente continua e quindi generare un'uscita trifase controllata per un motore. Questa può rappresentare una soluzione efficace quando l'acquirente deve azionare un motore trifase e desidera anche il controllo della velocità. Tuttavia, un VFD non è equiparabile a una normale alimentazione trifase. Non deve essere considerato come una normale fonte di alimentazione di rete per alcun tipo di apparecchiatura trifase.

Questa guida illustra le funzionalità di un convertitore di frequenza da monofase a trifase, i suoi limiti, il confronto con un convertitore di fase e quali informazioni gli acquirenti dovrebbero preparare prima di richiedere un preventivo a ZHENGXI Electric.

Cosa significa "da monofase a trifase"?

L'alimentazione monofase utilizza una fase di corrente alternata ed è comune nelle abitazioni, nei piccoli edifici, nelle aziende agricole e in alcune officine. L'alimentazione trifase utilizza tre fasi di corrente alternata ed è comune negli impianti industriali poiché consente l'utilizzo di motori di potenza maggiore e garantisce un funzionamento più fluido degli stessi.

Molte macchine utilizzano motori trifase perché sono affidabili e facilmente reperibili. Tra gli esempi figurano pompe, ventilatori, compressori, nastri trasportatori, miscelatori, macchine utensili e impianti di produzione. Se un sito dispone solo di alimentazione monofase, l’acquirente deve trovare un modo per far funzionare il motore trifase.

Tra le possibili soluzioni figurano:

• Un convertitore di frequenza progettato per un ingresso monofase e un'uscita per motore trifase.
• Un convertitore di fase statico.
• Un convertitore di fase rotante.
• Una soluzione di alimentazione basata su trasformatore o personalizzata.
• Potenziamento dell'alimentazione elettrica del sito, ove possibile.

La scelta corretta dipende dal tipo di carico, dalle dimensioni del motore, dalla necessità di un controllo della velocità, dal numero di macchine, dalla tensione di rete e dal budget.

Come un convertitore di frequenza (VFD) converte la potenza per il controllo dei motori

All'interno di un VFD, la corrente alternata in ingresso viene innanzitutto rettificata in corrente continua. Il bus di corrente continua immagazzina e stabilizza tale energia. Successivamente, la sezione inverter utilizza la commutazione elettronica di potenza per generare un'uscita trifase controllata destinata al motore.

Poiché il VFD genera un'uscita a frequenza variabile, è in grado di controllare la velocità e l'accelerazione del motore. Ciò lo distingue da molte soluzioni basate su convertitori di fase, utilizzate principalmente per generare un'alimentazione trifase a frequenza fissa.

Quando l'alimentazione è monofase, la sezione di ingresso del convertitore di frequenza è sottoposta a sollecitazioni di corrente maggiori rispetto a quelle che si avrebbero con un'alimentazione trifase. Ecco perché la scelta del convertitore è fondamentale. Alcuni VFD sono progettati specificatamente per l’alimentazione monofase. Alcuni VFD a tre fasi possono essere utilizzati con alimentazione monofase solo previa riduzione della potenza nominale. Altri modelli non devono essere utilizzati in questo modo.

Non dare mai per scontato che un convertitore di frequenza possa funzionare con un'alimentazione monofase. Verifica sempre con il fornitore o nel manuale del convertitore.

Cosa può fare un VFD

Un convertitore di frequenza monofase-trifase scelto correttamente può:

• Alimentare un motore trifase adeguato tramite un'alimentazione monofase.
• Prevedere un sistema di regolazione della velocità.
• Ridurre lo shock all'avvio grazie a un'accelerazione controllata.
• Consentire il controllo in avanti e indietro, se supportato dall'applicazione.
• Garantire le funzioni di protezione in base al progetto dell'azionamento.
• Adatto per applicazioni con pompe, ventilatori, nastri trasportatori, miscelatori e macchine utensili in cui il carico del motore è adeguato.

Per molte macchine di piccole dimensioni e impianti di pompaggio, ciò risulta utile in quanto l'acquirente ottiene in un'unica soluzione sia la conversione di fase che il controllo della velocità del motore.

Cosa non può fare un VFD

Normalmente, un convertitore di frequenza (VFD) non dovrebbe essere utilizzato come fonte di alimentazione trifase generica. La sua uscita è progettata per gli avvolgimenti dei motori, non per carichi elettrici misti.

Nella maggior parte delle applicazioni standard, un convertitore di frequenza non dovrebbe essere utilizzato per alimentare:

• Diverse macchine contemporaneamente senza una progettazione tecnica.
• Transformers.
• Riscaldatori.
• Saldatori.
• Circuiti di alimentazione di controllo non progettati per l'uscita di un convertitore di frequenza (VFD).
• Quadri PLC o apparecchiature elettriche trifase miste.
• Motori che vengono accesi e spenti tramite contattori mentre il convertitore di frequenza è in funzione.

Questo aspetto è importante ai fini della sicurezza e dell'affidabilità. La forma d'onda in uscita da un convertitore di frequenza (VFD) non è la stessa della normale alimentazione di rete. Si tratta infatti di un segnale di controllo del motore. Se l'acquirente deve alimentare più macchine, potrebbe essere più indicato un convertitore di fase rotante o un'altra soluzione di alimentazione.

Inverter vs convertitore di fase

Fattore	Convertitore di frequenza da monofase a trifase	Convertitore di fase
Scopo principale	Azionamento e controllo di un motore trifase	Realizzare l'alimentazione trifase per le apparecchiature
Controllo della velocità	Sì	Di solito no
Il migliore per	Un motore che richiede una velocità variabile	Diverse macchine a velocità fissa, a seconda del tipo di convertitore
Tipo di output	Potenza del motore controllata	Più simile a un'alimentazione trifase a frequenza fissa
Complessità dell'installazione	Richiede un cablaggio e parametri del motore corretti	Dipende dal tipo di convertitore e dal carico
Carichi idonei	Motori selezionati per il funzionamento con convertitore di frequenza	Motori e alcune apparecchiature, a seconda del modello del convertitore
Rischio comune	Utilizzarlo come fonte di alimentazione generale	Cattiva corrispondenza del carico o squilibrio di tensione

Se la macchina utilizza un solo motore e il controllo della velocità è utile, un convertitore di frequenza (VFD) rappresenta spesso un'ottima opzione. Se invece è necessario alimentare più macchine trifase senza controllo della velocità, un convertitore di fase potrebbe essere la soluzione migliore.

Quando è utile un convertitore di frequenza da monofase a trifase

Questo tipo di convertitore di frequenza viene solitamente preso in considerazione per:

• Pompe in aziende agricole o in siti remoti.
• Piccole macchine utensili.
• Ventilatori.
• Trasportatori leggeri.
• Miscelatori con requisiti di velocità regolabile.
• Macchine per la lavorazione del legno.
• Piccoli impianti di produzione industriale.
• Apparecchiature OEM progettate per mercati in cui l'alimentazione trifase non è sempre disponibile.

È particolarmente utile quando la macchina non richiede semplicemente un'alimentazione trifase, ma trae anche vantaggio dal controllo della velocità, dall'avviamento graduale o dalla regolazione del processo.

Fattori chiave di selezione

1. Tensione di ingresso

Verificare la tensione e la frequenza di alimentazione monofase disponibili. Le tensioni tipiche in loco variano a seconda del Paese e della regione. I valori nominali di ingresso del convertitore di frequenza devono corrispondere all’alimentazione disponibile. Non dare per scontato che un convertitore venduto per un determinato mercato sia compatibile con un altro mercato.

2. Tensione del motore

L'uscita del convertitore di frequenza (VFD) deve corrispondere alla tensione del motore. Un motore progettato per un funzionamento trifase a 220 V non è uguale a un motore progettato per un funzionamento trifase a 380 V, 400 V, 415 V o 460 V. Controllare la targhetta identificativa del motore e lo schema elettrico.

3. Corrente nominale del motore

Scegliere il convertitore di frequenza in base alla corrente a pieno carico del motore e al tipo di carico, non solo in base alla potenza in HP o kW. In caso di alimentazione monofase, potrebbe essere necessario un ridimensionamento della potenza. Il fornitore deve confermare la corretta potenza nominale del convertitore.

4. Tipo di carico

Le pompe e i ventilatori sono solitamente carichi più semplici rispetto ai frantoi, ai compressori, ai paranchi o alle macchine ad alta inerzia. Una coppia di avviamento elevata potrebbe richiedere un azionamento più potente o un metodo di controllo diverso.

5. Requisiti relativi al controllo della velocità

Se il controllo della velocità non è necessario, confrontare il VFD con altre soluzioni di conversione di fase. Se invece il controllo della velocità è necessario, il VFD potrebbe offrire un valore aggiunto maggiore al processo.

6. Compatibilità del motore

I motori più datati potrebbero presentare limitazioni in termini di isolamento o raffreddamento se utilizzati con convertitori di frequenza. Se il motore funziona a bassa velocità per lunghi periodi, il raffreddamento potrebbe risultare ridotto. Per le applicazioni più impegnative è opportuno prendere in considerazione la scelta di motori specifici per l’uso con convertitori di frequenza.

7. Ambiente di installazione

Polvere, umidità, calore, vibrazioni e il design dell'involucro influiscono sull'affidabilità del convertitore di frequenza. Un convertitore di frequenza installato in una piccola officina piena di polvere metallica potrebbe richiedere un involucro più adeguato e un sistema di ventilazione più efficace.

Note sul cablaggio e sull'installazione

L'installazione del VFD deve essere effettuata da personale qualificato e deve avvenire nel rispetto delle istruzioni contenute nel manuale del convertitore e delle norme elettriche locali.

I principi generali comprendono:

• Utilizzare una protezione adeguata per l'ingresso.
• Collegare il motore direttamente all'uscita del convertitore di frequenza, seguendo le istruzioni del manuale.
• Evitare di commutare i contattori tra il convertitore di frequenza e il motore durante il funzionamento.
• Assicurarsi che la messa a terra sia corretta.
• Separare i cavi di alimentazione dai cavi di segnale di controllo.
• Verificare il senso di rotazione del motore prima di avviare il normale funzionamento.
• Impostare i parametri indicati sulla targhetta del motore prima di metterlo in funzione sotto carico.

Se il cavo del motore è lungo, verificare se sono necessari reattori di uscita, filtri dV/dt o cavi schermati per il convertitore di frequenza.

Errori comuni da evitare

L'errore più comune è quello di acquistare un convertitore di frequenza (VFD) con ingresso trifase standard e dare per scontato che possa funzionare con un ingresso monofase. Ciò può causare surriscaldamento, sovraccarico della corrente in ingresso o guasti.

Il secondo errore consiste nell'utilizzare un convertitore di frequenza per alimentare un intero impianto trifase composto da diversi motori, trasformatori, sistemi di controllo e carichi ausiliari. Un convertitore di frequenza è normalmente destinato all'azionamento di un solo motore.

Il terzo errore consiste nel trascurare l'adeguamento della tensione. Un motore che richiede una tensione trifase di 380 V non può essere collegato in modo sicuro a una tensione di uscita non adeguata.

Il quarto errore è basare la scelta esclusivamente sulla potenza (HP). Anche la corrente del motore, la coppia di carico e i requisiti di derating sono fattori importanti.

Il quinto errore consiste nel tralasciare la configurazione dei parametri. La tensione nominale del motore, la corrente nominale, la frequenza, il tempo di accelerazione, il tempo di decelerazione e la modalità di controllo devono essere configurati prima di avviare il funzionamento a pieno regime.

Consigli per gli acquirenti internazionali

Se sei un importatore o un distributore, richiedi informazioni chiare sulle opzioni di tensione di ingresso e di uscita per il tuo mercato di riferimento. I diversi paesi utilizzano tensioni diverse e ipotesi errate possono causare problemi post-vendita.

Se siete un costruttore di macchinari OEM, verificate che il fornitore dei convertitori di frequenza sia in grado di soddisfare i requisiti relativi all'etichettatura, ai manuali, all'imballaggio e all'interfaccia di controllo. Verificate inoltre l'intervallo di tensione richiesto per i mercati di esportazione.

Se sei un appaltatore del progetto, invia la foto della targhetta del motore e la descrizione del carico prima di richiedere solo il prezzo. Per un preventivo corretto non basta conoscere solo la potenza del motore.

FAQ

Sintesi

Un convertitore di frequenza (VFD) è in grado di convertire un'alimentazione monofase in un'uscita trifase controllata per un motore compatibile, ma deve essere scelto correttamente. Si tratta di un azionamento per motori, non di una fonte di alimentazione trifase generica. Prima di effettuare l'ordine, gli acquirenti devono verificare la tensione di ingresso, la tensione di uscita, la corrente del motore, il tipo di carico, i requisiti di derating e le condizioni di installazione.

Per un motore che richiede il controllo della velocità, un convertitore di frequenza da monofase a trifase può rappresentare una soluzione pratica. In caso di più macchine o carichi misti, potrebbe essere più indicata un’altra soluzione di conversione di fase.