Inverter E Risparmio Energetico

[arbez]

Ciao a tutti, credo che questo tema sia stato affrontato in varie discussioni ma non ho trovato una risposta risolutiva.

E' chiarissimo che utilizzando l'inverter per modulare la velocità si ottiene un risparmio energetico (pompe, compressori,ventilatori ecc) e una maggiore efficienza. Ma nel caso di motori dove non serve modulare la velocità, perchè devono girare a velocità fissa e a variare è il carico meccanico sencondo il ciclo macchina, il risparmio dove si ottiene? e come è quantificabile?

Es. ho un motore che nell'arco di un minuto viene utilizzato al per il 50% del tempo al 10%di potenza e per il restante tempo al 100% come posso quantificare un eventuale risparmio energetico?

Grazie

[Livio Orsini]

usando un motore ad alta efficienza

[Mirko Ceronti]

Ma nel caso di motori dove non serve modulare la velocità, perchè devono girare a velocità fissa e a variare è il carico meccanico sencondo il ciclo macchina, il risparmio dove si ottiene? e come è quantificabile?

Se per velocità fissa intendi la velocità massima a 50 Hz, non hai alcun risparmio, anzi....devi aggiungere anche il consumo energetico dell'inverter oltre a quello del motore.

Diciamo che l'inverter in quel caso funge anche da soft start, ed avrai un risparmio in termini di ususra degli organi meccanici di trasmissione, ma non un risparmio energetico.

Saluti

Mirko

[arbez]

Ma non è forse vero che un motore asincrono quando gira con basso carico meccanico ha un rendimento inferiore che a pieno carico? In questo caso l'utilizzo di un inverter non aumenterebbe il rendimento del sistema?

[Livio Orsini]

E' vero il massimo rendimento si ha con carico nominale.

Montare un'inverter, come ti ha già scritto Mirko, non aumenta il rendimento bensì lo riduce perchè alle perdite del motore devi sommare quelle dell'inverter.

Nei casi in cui si usi un inverter per ridurre la portata di un fluido, in alternativa a strozzature meccaniche, il rendimento aumenta per il semplice motivo che non si spreca energia in inutili attriti (serrande e strozzature).

[Mario Maggi]

arbez,

non si puo' dare una risposta univoca che sia valida per motori da 100 W e da 1 MW. Di cosa stiamo parlando? Anni fa c'era stata una interessante discussione in merito, dove io sostenevo che in certe condizione l'uso di un inverter con caratteristiche studiate per il risparmio energetico e' piu' conveniente dell'uso del solo motore. Livio non era d'accordo, io resto con le mie convinzioni.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

dove io sostenevo che in certe condizione l'uso di un inverter con caratteristiche studiate per il risparmio energetico e' piu' conveniente dell'uso del solo motore. Livio non era d'accordo

Mario sarò d'accordo con te su questo quando ci saranno inverter con rendimento >=1.

[arbez]

Inverter e motori con rendimenti >=1 non esistono ma questa non mi pare sia una battaglia "inverter contro motore", piuttosto vorrei capire se un inverter riesce a migliorare il rendimento di un motore asincrono quando non è a pieno carico. Sulla carta venditori a costruttori dicono di sì ma vorrei verificarlo di persona.

[Livio Orsini]

Sulla carta venditori a costruttori dicono di sì ma vorrei verificarlo di persona.

Sulla carta si scivono tante cose. Magari ci si dimentica di specificare le condizioni, o sono condizioni praticamente impossibili da avere negli impieghi pratici.

Qundo si considera esclusvamente la condizione in cui il motore lavora alla velocità nominale, ovvero con frequenza di 50 Hz, con carico variabile tra 0 e nominale la verifica è semplice anche sulla carta.

Basta applicare il classico algoritmo della collaboratrice domestica. Quale è il rendimento del motore alimentato direttamente da rete? Quale è il rendimento del motore alimentato direttamente da inverter nelle medesime identiche condizioni? Quale è il rendimento dell'inverter in quelle condizioni?

Verificando questi semplici dati si scopre che difficilmente il rendimento globale inverter + motore riesce ad eguagliare il rendimento del solo motore alimentato direttamente da rete.

Le variazioni di rendimento di un buon motore asincro, tra la condizione di pieno carico e la condizione di carico al 10%, sono dell'ordine di alcuni %.

Un inverter consuma sempre e comunque una potenza di alcune decine di watt, anche a carico nullo. Con il crescere del carico, cresce anche il consumo di potenza che l'inverter dissipa in forma di calore.

Questo dato peggiora il rendimento del motore che lavora a pieno carico alimentato da inverter.

A carico ridotto, il motore alimentato da inverter anche se migliorasse un poco il suo rendimento, perderebbe con gli interessi quanto guadagna perchè nel bilancio entra la potenza consumata dall'inverter.

Inoltre si va ad inserire un elemento costoso, con una affidabilità sicuramente inferiore a quella del solo motore. Inoltre è indispensabile corredare l'inverter di filtri di rete, o almeno di induttore trifasico. E' necessario uno spazio maggiore rispetto ai semplici organio di comando elettromeccanici.

Se fai bene i conti ti accorgi che spendi molto di più, non ottieni un risparmio energetico e vai a ridurre l'affidabilità globale del sistema.

Modificato: 24 aprile 2013 da Livio Orsini

[Mirko Ceronti]

piuttosto vorrei capire se un inverter riesce a migliorare il rendimento di un motore asincrono quando non è a pieno carico

Se la Fisica non è un'opinione, costei ci insegna che l'attrito (forza che dipende dalla velocità) nel caso dei fluidi varia col quadrato della velocità medesima.

Questo vuol dire che se voglio raddoppiare il numero dei giri di un ventilatore (aria) o di una pompa (acqua) immerse nel loro elemento, dovrò quadruplicarne la forza (coppia), e...analogamente, se voglio dimezzare sempre i giri di questi attuatori, potrò tranquillamente ridurre ad "un quarto" lo sforzo.

Questo principio, unito alla giusta programmazione dell'inverter (curva Volt su Hertz impostata non lineare, ma esponenziale) darà luogo al risparmio energetico tanto blasonato, a patto che si tratti di una riduzione del carico, ossia (nel caso di pompe o ventilatori) della portata.

Mi spiego : se ho una condotta idrica, dove voglio dimezzare la portata, ho 2 strade, la prima è quella classica di strozzare la condotta medesima, e visto che la portata altro non è che la sezione del tubo, moltiplicata per la velocità del fluido, strozzando con una serranda, io riduco l'area del tubo e quindi la portata.

Questo metodo, classico ma stupido, è l'analogo di ridurre la velocità dell'automobile tenendo schiacciato comunque il gas, ed agendo lo stesso sul freno, ergo...il motore della elettropompa va a tutta velocità (50Hz) ma noi comunque ne riduciamo le prestazioni (portata) frenando il percorso del fluido. (o del carico in questo caso)

La seconda strada, è quella di dimezzare il numero dei giri dell'elettropompa, e siccome la portata è proporzionale al numero dei giri, anch'essa dimezzerà.

Pure la pressione che però è proporzionale al quadrato del numero dei giri, subirà una riduzione, e più precisamente crollerà ad un quarto.

Essendo la potenza idrica il prodotto della pressione per la portata accadrà che costei si ridurrà ad un ottavo.

Per ottenere però il crollo ad un ottavo anche della potenza elettrica, bisogna che la curva Volt su Hertz, sia impostata (come dicevo poc'anzi) sulla caratteristica quadratica, di modo che, quando dall'inverter escono i 50 Hz, il motore sia alimentato a 400 Volt, ma.....in caso di dimezzamento a 25 Hz, i volt non devono scendere a 200 come si potrebbe supporre con la legge V/Hz lineare, bensì debbono crollare a 100 Volt.

Quindi è fondamentale la giusta impostazione dei parametri dell'inverter, e bisogna che ci siano le premesse per una lavorazione anche a carico ridotto, non a carico massimo, o nullo (regolazione tutto o niente) altrimenti sommeremo il consumo dell'inverter a quello del motore.

Saluti

Mirko

[Livio Orsini]

Mirko, pilotando un ventilatore o una pompa, anche se non adotti la curva quadrati di tensione, ma usi la classica lineare, ottieni egualmente un notevole risparmio energenitico se paragoni l'uso classico della velocità costante seguita dalla riduzione della portata a mezzo di strozzatura meccanica.

Però il nostro amico arbez insiste sulla possibilità di risparmio energetico di un motore che lavora a velocità nominale con carico molto inferiore al nominale.

In effetti l'uso di un inverter a controllo vettoriale migliora il rendimento del motore a basso carico, per il miglioramento è assorbito e superato dal consumo intrinseco dell'inverter.

[Mirko Ceronti]

pilotando un ventilatore o una pompa, anche se non adotti la curva quadrati di tensione, ma usi la classica lineare, ottieni egualmente un notevole risparmio energenitico se paragoni l'uso classico della velocità costante seguita dalla riduzione della portata a mezzo di strozzatura meccanica.

Certo, ma se adotto quella curva, miglioro ulteriormente...giusto ?

Però il nostro amico arbez insiste sulla possibilità di risparmio energetico di un motore che lavora a velocità nominale con carico molto inferiore al nominale

Questo infatti è un "abbaglio", come gli dissi già da subito nel messaggio N°# 3,e come gli è poi stato confermato

Saluti

Mirko

[Mario Maggi]

Volevo ricordare che nel ragionamento deve entrare anche la tensione di rete in quel momento e la tensione applicata al motore.

Se la tensione di rete e' alla massima tolleranza contrattuale, il motore collegato direttamente assorbe inutilmente una corrente alta anche se sta lavorando a basso carico.

Un motore alimentato da inverter, nelle stesse condizioni di tensione di alimentazione (all'inverter) puo' essere alimentato con una tensione decisamente piu' bassa, risparmiando corrente.

Confrontando le due situazioni, vi assicuro che ho evidenziato delle situazioni dove - nonostante il rendimento dell'inverter che non e' mai unitario - l'uso dell'inverter e' energeticamente conveniente. Il rendimento totale del sistema puo' risultare migliore del rendimento del solo motore collegato alla rete.

Ciao

Mario

Modificato: 25 aprile 2013 da Livio Orsini
Tolte duplicazioni

[arbez]

Volevo ricordare che nel ragionamento deve entrare anche la tensione di rete in quel momento e la tensione applicata al motore.

Se la tensione di rete e' alla massima tolleranza contrattuale, il motore collegato direttamente assorbe inutilmente una corrente alta anche se sta lavorando a basso carico.

Un motore alimentato da inverter, nelle stesse condizioni di tensione di alimentazione (all'inverter) puo' essere alimentato con una tensione decisamente piu' bassa, risparmiando corrente.

Confrontando le due situazioni, vi assicuro che ho evidenziato delle situazioni dove - nonostante il rendimento dell'inverter che non e' mai unitario - l'uso dell'inverter e' energeticamente conveniente. Il rendimento totale del sistema puo' risultare migliore del rendimento del solo motore collegato alla rete.

bene Mario, questo è quello che intendevo, anche se sono d'accordo con le considerazione di Livio sui rendimenti. Probabilmente ci sono casi in cui non c'è alcuna convenienza mentre in altri la convenienza è da verificare (facendo test sul campo) ed è quello che intendo fare.

[Livio Orsini]

Volevo ricordare che nel ragionamento deve entrare anche la tensione di rete in quel momento e la tensione applicata al motore.

Mario Quello che scrivi è valido solo in teoria.

Intanto cominci con il porre condizioni particolari: la tensione di rete al limite superiore.

Poi dovresti avere un sistema che lavora contemporaneamente a frequenza inpressa ed a corrente inpressa.

Nella pratica corrente, usando inverters normalmente incommercio, è un po' più difficle da ottenere. Senza contare le difficoltà di messa a punto di un simile sistema.

La pratica di ridurre la tensione di alimentazione per limitare la corrente di un motore asincrono è normalmente usata per regolare la velocità di piccole pompe e piccoli ventilatori, usando la classica regolazione di fase. Ma in questo caso si ha un sistema autoequilibrante.

E' anche la tecnica usata normalmente nei dispositivi soft starter.

Se si ha un'applicazione dove buona parte del tempo il motore lavora con coppia inferiore alla nominale è forse più pratico usare un dispositivo simil soft starter.

Se poi si vanno a fare le valutazioni costi - benefici per le taglie dei motori più usate, si ha un bilancio decisamente negativo.

Senza contare che il sitema motore + inverter è sicuramente meno affidabile e disponibile del solo motore.

Modificato: 25 aprile 2013 da Livio Orsini