COSA SONO GLI INVERTER
Con questo termine si definisce la famiglia di convertitori statici bidirezionali in termini di flusso di potenza che permettono di passare da corrente alternata (AC, Alternate Current) a corrente continua (DC, Direct Current) e viceversa. Tuttavia, nel gergo comune con “inverter” si va ad indicare un dispositivo più complesso, che include anche lo stadio di raddrizzamento necessario per interfacciare il lato DC del convertitore alla rete di distribuzione elettrica in AC. Tale accezione è quindi formalmente errata ma oramai molto diffusa presso gli utilizzatori. In particolare, per questi ultimi lo stadio di raddrizzamento risulta nella maggior parte dei casi unidirezionale in potenza, limitando di fatto le potenzialità del vero e proprio inverter (che è bidirezionale).
Dal punto di vista costruttivo i continui sviluppi nell’applicazione dei materiali semiconduttori all’elettronica di potenza hanno portato negli ultimi tre decenni a decine di topologie costruttive di inverter, sia per applicazioni monofase che trifase (sia a tre che a quattro fili). In generale, comunque, ogni inverter sfrutta la possibilità di “switchare” lo stato degli interruttori statici (conduzione o aperto), attraverso un terminale di controllo a bassa potenza comandato da un’unità di calcolo (microcontrollore, DSP, PLC o altro). La programmazione di quest’ultima permette di perseguire l’obiettivo del controllo necessario all’applicazione d’impiego.
Gli inverter hanno così assunto un ruolo fondamentale nel campo degli azionamenti industriali, della trazione e nella generazione, distribuzione e trasmissione dell’energia. Si deve inoltre ricordare che son macchine ad elevata efficienza, con rendimenti che toccano il 99%.
LE POSSIBILI APPLICAZIONI DEGLI INVERTER
Attraverso un inverter oggi è così possibile regolare la coppia, o la posizione, o la velocità o la potenza di una qualsiasi macchina elettrica rotante (macchine sincrone, sia tradizionali che brushless, asincrone o a doppia alimentazione). Con riferimento alle applicazioni industriali, ciò implica ad esempio il poter operare una pompa o un ventilatore alla portata desiderata ed ottimizzando il punto di lavoro; in passato, quando il motore elettrico era direttamente connesso alla rete elettrica, la sua velocità (quindi la portata del fluido movimentata) risultava sostanzialmente costante. Al fine di regolare la portata si ricorreva quindi a valvole di laminazione sul flusso, che aumentavano le perdite di carico globali con evidenti impatti negativi sul rendimento globale della conversione energetica.
Le applicazioni industriali degli inverter son comunque le più disparate, come le macchine frigorifere e gli impianti di condizionamento, i nastri trasportatori, gli ascensori, i torni e più in generale le macchine a controllo numerico.
Lo sviluppo degli inverter è stato d’altra parte l’elemento chiave per lo sviluppo di fonti rinnovabili come l’eolico e il fotovoltaico. Attraverso un inverter è stato infatti possibile estrarre la massima potenza possibile per ciascuna condizione rispettivamente di vento o irraggiamento. Oggigiorno particolari inverter permettono di stabilizzare le reti elettriche, di realizzare microreti e perfino di trasmettere enormi quantità di potenza su lunghe distanze a perdite contenute (HVDC-VSC).
Un’altra applicazione rilevante per gli inverter è rappresentata dalla trazione elettrica, come nel caso dei locomotori ferroviari o metropolitani e delle auto elettriche. Queste ultime applicazioni, così come i casi degli ascensori, permettono inoltre di rimarcare il vantaggio degli inverter di essere dispositivi bidirezionali in potenza. La frenatura è infatti realizzata reimmettendo l’energia cinetica in rete e non attraverso meccanismi dissipativi quali freni meccanici o reostati elettrici. Ciò ha evidenti benefici ambientali ma anche in termini di riduzione negli ingombri dei dispositivi di raffreddamento.
ANALISI DEI DATI
Di seguito sono riportati i dati emersi dall’analisi di un campione di 125 siti produttivi (scopri di più sull’analisi). L’installazione di Inverter è stata proposta in 91 casi. Nella tabella viene indicata, per ciascun settore merceologico, la frequenza con cui sono stati suggeriti questi interventi:
Il valore medio del tempo di pay back semplice di installazione inverter, ponderato sul campione, è pari a 1,8 anni. Di seguito il tempo di pay-back distinto per comparto.
Infine riportiamo i dati sul risparmio economico potenziale:
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