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Inverter a media tensione (MV VFD)

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Inverter MV

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Un azionamento CA a media tensione (MV AC Drive), noto anche come azionamento a frequenza variabile a media tensione (MV VFD) o azionamento a velocità regolabile a media tensione, è un dispositivo elettronico di potenza utilizzato per controllare la velocità, la coppia e il consumo energetico dei motori CA a media tensione variando la tensione e la frequenza di uscita. È ampiamente utilizzato per motori di grandi dimensioni in applicazioni industriali e nel settore dei servizi pubblici.

1. Valori nominali tipici
·Classe di tensione: 2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6,6 kV, 10 kV, 11 kV, 13,8 kV
·Intervallo di potenza: da centinaia di kW a decine/centinaia di MW
·Frequenza di uscita: 0–50/60 Hz (comunemente superiore per applicazioni speciali)
·Tipi di motore: motore a induzione, motore sincrono, motore a magneti permanenti
·Raffreddamento: raffreddamento ad aria o a liquido

I moderni azionamenti a media tensione sono disponibili con potenze che vanno da diverse centinaia di kW a oltre 100 MW, a seconda dell’applicazione.

2. Componenti principali

1) Trasformatore di ingresso
·Riduce la tensione di alimentazione in ingresso a media tensione.
·Fornisce isolamento elettrico.
·Spesso utilizza avvolgimenti secondari multipli per un funzionamento a basse armoniche.

2) Sezione raddrizzatore/convertitore
·Converte la corrente alternata in ingresso in corrente continua.
·Può utilizzare tecnologia a diodi, a tiristori o a front-end attivo (AFE).

3) Circuito di collegamento in corrente continua
·Accumula e livella l’energia in corrente continua.
·Contiene condensatori e componenti di filtraggio.

4) Sezione inverter
·Converte la corrente continua nuovamente in corrente alternata a frequenza variabile.
Utilizza dispositivi a semiconduttori di potenza quali:
·IGBT
·IGCT
·Dispositivi SiC (modelli più recenti)

5) Sistema di controllo
Controlla:
·Velocità del motore
·Coppia
·Accelerazione/decelerazione
·Funzioni di protezione
·Comunicazione con sistemi PLC/DCS

3. Topologie comuni degli azionamenti a media tensione

A.) Ponte H in cascata (CHB)
·La topologia più comune per gli azionamenti a media tensione.
·Utilizza più celle di potenza a bassa tensione collegate in serie.
Vantaggi:
·Bassa distorsione armonica
·Buona qualità della forma d’onda del motore
·Elevata affidabilità

B.) NPC a tre livelli (Neutral Point Clamped)
·Utilizza la tecnologia degli inverter multilivello.
·Adatto ad applicazioni ad alta potenza.

C.) Convertitore a condensatori volanti
·Utilizza più livelli di tensione dei condensatori.
·Garantisce una buona qualità della forma d’onda, ma un controllo più complesso.

4. Vantaggi degli azionamenti CA a media tensione

Risparmio energetico
Particolarmente efficace per:
·Pompe
·Ventilatori
·Compressori
·Il controllo a velocità variabile evita le perdite di energia dovute alle valvole di strozzamento o alle serrande.

Avviamento graduale
·Riduce la corrente di avviamento del motore.
·Riduce al minimo le sollecitazioni meccaniche.
·Riduce l’impatto sulla rete elettrica.

Controllo di processo
Garantisce un controllo accurato di:
·Portata
·Pressione
·Velocità
·Ritmo di produzione

Manutenzione ridotta
·Minore usura meccanica.
·Riduzione delle sollecitazioni termiche sui motori.

5. Applicazioni tipiche
·Generazione di energia: pompe di alimentazione delle caldaie, ventilatori ID, ventilatori FD
·Petrolio e gas: compressori, pompe, sistemi ESP
·Settore minerario: frantoi, nastri trasportatori, mulini
·Cemento: azionamenti per forni, ventilatori, mulini di macinazione
·Trattamento delle acque: pompe di grandi dimensioni, soffianti
·Settore navale: sistemi di propulsione
·Metallurgia: laminatoi, linee di lavorazione

6. Funzioni di protezione

I convertitori di frequenza tipici a media tensione includono:
·Protezione da sovracorrente
·Protezione da sovratensione
·Protezione da sottotensione
·Protezione da guasto a terra
·Protezione da sovraccarico del motore
·Protezione termica dei semiconduttori
·Protezione da perdita di fase in ingresso/uscita
·Bypass delle celle (per modelli CHB)

7. Principali produttori

Tra gli esempi figurano:
ABB — ACS580MV e altre piattaforme di azionamenti a media tensione
Siemens — Sistemi di azionamento a media tensione SINAMICS
GE Vernova — Azionamenti a media tensione MV6
Schneider Electric — Soluzioni di controllo motori a media tensione

In un sistema di alimentazione, un azionamento CA a media tensione è essenzialmente un regolatore di velocità elettronico ad alta potenza che consente ai grandi motori a media tensione di funzionare in modo efficiente, fluido e con un controllo preciso del processo.