Convertitori di frequenza 50–60Hz rotanti

Convertitore per collaudare macchine e linee di lavoro per aziende produttrici di apparecchiature destinate a mercati 60Hz.

INTECH Automazione Sistemi progetta e realizza convertitori di frequenza rotanti da 50 a 60Hz (gruppi motore-alternatore) per collaudo gravoso, FAT, banchi prova e test pre-spedizione per l’export.

Output: 60Hz controllati, sinusoide “vera”, continuità operativa.
Delivery: engineering + quadro + controllo + documentazione + supporto.

I convertitori costruiti da Intech

INTECH Automazione Sistemi realizza gruppi convertitori di frequenza 50–60Hz in taglie di potenza diverse, dimensionate sulle condizioni reali di utilizzo e sui carichi applicati in fase di collaudo.

Questo ci consente di selezionare motore, alternatore e componentistica di comando in funzione di requisiti misurabili: profilo di carico, duty cycle, transitori, continuità di servizio, condizioni ambientali e criteri di manutenzione.

In pratica, dimensioniamo il sistema sul collaudo reale: potenza, spunti, variazioni di carico e qualità richiesta dell’alimentazione vengono tradotti in scelte progettuali coerenti (macchine elettriche, protezioni, logiche di controllo, sensoristica e interfaccia operatore).

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Tensioni selezionabili dai nostri convertitori:

208 / 220 / 230 / 240 / 254 / 257 V e 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V.

variatore di frequenza da 50Hz a 60Hz con gruppo rotante
Convertitori di frequenza da 50Hz a 60Hz con gruppo rotante
convertitore industriale di frequenza da 50Hz a 60Hz con gruppo rotante
convertitore di frequenza da 50Hz a 60Hz di alta potenza per linee di produzione e collaudo
convertitore di frequenza cabina ventilata
Variatore di frequenza per linee di produzione e collaudo da 50Hz a 60Hz
convertitore di tensione e frequenza armadio di controllo
convertitore di tensione e frequenza cabina ventilata
Convertitore di frequenza

Convertitore rotante da esterno con cabina

Case history

  • Alimentazione: 400 Vac – 50 Hz
  • Motore: 850 kVA (SEVER)
  • Uscita alternatore: 400 Vac – 60 Hz
  • Alternatore: 630 kVA P.F. 0,8 (MARELLI)

Perché un convertitore rotante è spesso la scelta corretta nei collaudi “heavy-duty”

Nei collaudi industriali a 60Hz, la criticità non è “ottenere 60Hz”: è mantenere stabilità e qualità dell’alimentazione quando il carico è dinamico, intermittente, o introduce disturbi (tipico di linee e macchine per export).

Un convertitore rotante motore–alternatore è spesso la scelta corretta quando il test deve coprire condizioni “real-world”, ad esempio:

  • Transitori rapidi e variazioni di carico frequenti (start/stop, cicli macchina, profili non stazionari)
  • Carichi con spunti elevati e avviamenti ripetuti (motori, pompe, compressori, estrusori, linee)
  • Necessità di una forma d’onda sinusoidale e di un comportamento più “grid-like”, utile per test affidabili e ripetibili
  • Collaudi prolungati (FAT, test di endurance) dove la priorità è robustezza operativa e continuità del banco prova

INTECH Automazione Sistemi progetta questi sistemi per collaudo e test export, dimensionando motore, alternatore e quadro in funzione del profilo di carico, del duty cycle e delle condizioni di installazione (spazio, ventilazione, eventuale insonorizzazione).

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convertitore di frequenza rotante - diffusione delle varie tipologie di frequenza nel mondo
convertitore di frequenza rotante - diffusione delle varie tipologie di frequenza nel mondo

Rotante vs Statico: criteri di scelta per collaudi a 60Hz

Non esiste un “migliore in assoluto”: esiste la soluzione più adatta al profilo di collaudo e ai vincoli impiantistici. Qui sotto trovi criteri pratici (quelli che contano in officina e al banco prova).

Criterio Rotante (motore–alternatore) Statico (power electronics)
Profilo di carico Molto indicato per carichi dinamici e collaudi gravosi Ottimo su profili più prevedibili o con vincoli specifici
Spunti e transitori Gestione robusta, buona inerzia del sistema Dipende dai margini di progetto e dalla logica di protezione
Qualità della forma d’onda Sinusoide Dipende da topologia e filtraggio
Duty continuo / endurance test Tipicamente adatto a cicli lunghi Dipende da raffreddamento e dimensionamento
Ingombri / rumorosità Maggiori (gestibili con cabina) Minori
Manutenzione Parte meccanica + elettrica Prevalentemente elettronica

Convertitore di frequenza: cos’è e a cosa serve

La produzione e la distribuzione dell’energia elettrica a livello mondiale ha portato a soluzioni che, pur fondate sugli stessi principi, risultano diverse da paese a paese, con sistemi a diversi valori di tensione e frequenza.

Gli interscambi di prodotti industriali ad alimentazione elettrica tra stati, oggi ancora più intensi in regime di globalizzazione, impongono di adeguare le macchine ai valori di tensione e frequenza del paese di destinazione. Esistono infatti reti e standard differenti (ad esempio 380V–50Hz, 400V–50Hz, 415V–50Hz, 440V–60Hz, 480V–60Hz, ecc.) e questo ha reso necessaria, per i costruttori, la possibilità di produrre e collaudare macchine destinate a mercati con sistemi elettrici diversi da quello del proprio paese.

Un convertitore di frequenza 50–60Hz è un sistema che consente di alimentare a 60Hz macchine e impianti progettati per mercati esteri (USA, Canada, parte del Sud America e altri paesi) partendo dalla rete europea a 50Hz.

In ottica test export serve soprattutto per:

  • collaudo in fabbrica e FAT prima della spedizione
  • test funzionali in condizioni elettriche coerenti con il paese di destinazione
  • banchi prova e laboratori R&D che necessitano di alimentazione 60Hz per collaudo con tensioni selezionabili

Tensioni selezionabili, il valore importante per chi esporta

Su sistemi con PLC e HMI è possibile predisporre tensioni tipiche a 60Hz, ad esempio:
208 / 220 / 230 / 240 / 254 / 257 V e 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V.

Lo sviluppo tecnologico ha permesso di ideare e produrre diversi metodi per la conversione dell’energia a tensioni e frequenze diverse.

Approfondimenti tecnici

Metodi di conversione: soluzioni più comuni

Un motore endotermico (a scoppio, diesel, iniezione, ecc.) è accoppiato meccanicamente a un alternatore progettato per ottenere la tensione e la frequenza richieste. Questi gruppi sono normalmente applicati dove non vi è alcuna possibilità di sorgente elettrica.

Motore elettrico e generatore sono accoppiati meccanicamente; il motore, collegato alla rete nazionale, fornisce energia meccanica al generatore. Per ottenere, ad esempio, una conversione da 50Hz a 60Hz è necessario interporre tra motore e generatore un moltiplicatore di velocità.

Questa soluzione, ritenuta talvolta “obsoleta”, è in realtà più frequente di quanto si creda: lo si osserva chiaramente in diversi contesti industriali dove il profilo di carico e i disturbi del sistema rendono necessari criteri di collaudo particolarmente robusti.

Non vi è alcun organo rotante: la produzione di energia a tensioni e frequenze diverse è ottenuta con componenti modulari a semiconduttori. Alimentati dalla rete commerciale, vengono pilotati con tecnologia PWM a microprocessori per erogare potenza con tensione e frequenze variabili.

L’impiego dei gruppi statici ha visto una crescita esponenziale per versatilità, stabilità, assenza di manutenzione e silenziosità. Necessitano però di una sorgente di alimentazione e non risultano applicabili ovunque.

Nota di metodo: la scelta tra queste possibilità dipende sempre dalle esigenze e dalle caratteristiche del carico (le macchine) a cui il generatore deve fornire energia.

Requisiti tecnici che motivano la scelta rotante

La garanzia di un buon collaudo per apparecchiature destinate a funzionare con frequenza diversa dalla rete commerciale si ottiene fornendo un’alimentazione con forma d’onda della tensione perfettamente sinusoidale alla frequenza identica a quella della rete del paese di destinazione.
Qualunque disturbo sulla tensione di alimentazione del motore che fornisce energia meccanica al generatore non altera in modo significativo la forma della tensione generata in uscita. L’eventuale aggiunta di un volano tra le due macchine attenua scostamenti di velocità e l’energia accumulata può supplire a minime interruzioni della rete commerciale.

La quasi perpendicolarità del tratto finale della caratteristica coppia–velocità dei moderni motori asincroni offre una garanzia di stabilità della frequenza della tensione prodotta dal generatore, perché il punto di carico ha variazioni limitatissime ai diversi carichi.

La bassa impedenza di uscita e la forma sinusoidale della tensione generata da un alternatore non sono ottenibili nello stesso modo da un gruppo statico: anche con filtri L–C di uscita, la “costruzione” PWM della sinusoide può contenere minime dentellature ad alta frequenza. Associate a un’impedenza di uscita generalmente più alta rispetto a un generatore, possono determinare distorsioni della forma d’onda quando il carico è distorcente o emette disturbi sulla sorgente di energia.

Tutto sui Convertitori di frequenza rotanti

Quando la richiesta del Cliente si orienta verso un convertitore rotante, INTECH Automazione Sistemi, oltre a fornitura, installazione e manutenzione delle macchine elettriche, integra soluzioni che migliorano in modo significativo alcuni aspetti meno favorevoli del sistema rotante tradizionale.

Per l’avviamento del motore, introduciamo un inverter a frequenza variabile che porta a regime il gruppo in modo dolce, senza punte di assorbimento dalla rete commerciale.

Con motore dotato di encoder si ottiene, grazie all’inverter, una precisione di velocità e quindi una frequenza rigorosamente costante.

Il fattore di potenza dell’inverter è praticamente unitario. Attraverso l’inverter è possibile contemporaneamente migliorare il ridotto cosφ del motore nei periodi di funzionamento a carico ridotto, riducendo la tensione al motore per mantenere il campo rotante e quindi la rotazione del gruppo: di fatto si attua un parziale rifasamento.

Il sistema con inverter si presta a un’estensione della potenza totale installata quando è necessario parallelare l’alternatore del gruppo “base” con un altro gruppo nuovo o già esistente (dotato di avviatore diretto oppure stella-triangolo). Il parallelo richiede concomitanza di tensione, frequenza e fase tra i due gruppi: la presenza dell’inverter, grazie alla variazione di velocità, consente la ricerca del sincronismo elettrico e l’aggancio in fase tra le macchine.

Un’ulteriore evoluzione consiste nel dotare l’applicazione di un sistema di supervisione per monitorare in tempo reale le condizioni operative e garantire una risposta sicura alle chiamate in servizio del gruppo.
Questa funzionalità favorisce anche il controllo a distanza: oltre alla corretta erogazione di potenza, abilita controlli su temperature degli avvolgimenti e dei cuscinetti, vibrazioni, efficienza della ventilazione, ecc. Il sistema può inoltre collegarsi al gestionale del Cliente per monitorare i cicli di utilizzo, ottimizzare le condizioni di impiego e determinare i costi di gestione.

Il gruppo rotante non presenta un inquinamento acustico rilevante; tuttavia l’inserimento in una cabina insonorizzata e ventilata può ridurre a zero la rumorosità residua udibile, consentendo l’affiancamento dell’insieme ad uffici o aziende vicine. La ventilazione forzata fa sì che non entrino all’interno della cabina delle particelle o granuli di polvere che potrebbero danneggiare le parti in movimento.

Motore e generatore elettrici accoppiati: perché sono una soluzione qualitativamente migliore in alcuni collaudi

In alcune applicazioni, convertitori di frequenza costituiti da motore e generatore elettrici accoppiati possono risultare qualitativamente più performanti. Per questo motivo l’impiego di macchine elettriche rotanti merita di essere valutato quando il collaudo deve essere affidabile anche in condizioni industriali complesse.

Nell’utilizzo quotidiano delle aziende che devono collaudare prodotti per il mercato estero, capita spesso che i sistemi sotto test introducano disturbi nella propria sorgente di alimentazione (alterazioni, distorsioni, armoniche). In questi casi, diventa utile disporre di una sorgente di energia che offra una garanzia elevata di qualità del collaudo.

Convertitore di frequenza

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Anagrafica
Dati di dimensionamento (opzionali)