Gli inverter sono dispositivi di conversione dell’energia elettrica utilizzati in un’ampia gamma di settori, dagli elettrodomestici alle apparecchiature industriali.Sono noti come tecnologia fondamentale a sostegno della vita quotidiana e del mondo industriale, ad esempio per il funzionamento a risparmio energetico di condizionatori e frigoriferi, il controllo della velocità dei motori nelle fabbriche e l’accelerazione e decelerazione fluide degli ascensori. D’altra parte, però, non capita spesso di comprendere in modo sistematico la struttura interna di questi dispositivi o il meccanismo di interazione con i motori.In questo articolo spiegheremo passo dopo passo tutto, dalla definizione e dal funzionamento di base dell’inverter, al suo ruolo nel controllo dei motori, agli esempi pratici di utilizzo, fino ai punti da tenere a mente al momento dell’installazione. Abbiamo raccolto le conoscenze fondamentali che servono come base per le decisioni di progettazione, pensate per i tecnici che si occupano della scelta e della definizione delle specifiche dei motori di precisione.
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Definizione e funzionamento di base dell’inverter
L’inverter è un dispositivo che converte l’energia elettrica per alimentare il motore. Se ti fai prima un’idea generale di come funziona, ti sarà più facile capire il controllo del motore e gli esempi pratici di cui parleremo più avanti.In questo capitolo vedremo in ordine la definizione e il ruolo dell’inverter, la sua struttura interna e la differenza rispetto al convertitore, con cui viene spesso confuso. Cominciamo quindi dalle basi del suo funzionamento.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Definizione e funzione dell’inverter
- Struttura di base dell’inverter
- La differenza tra inverter e convertitore
Una volta compresi tutti questi punti, potrai capire esattamente il ruolo che l’inverter svolge nel controllo del motore.
Definizione e funzione dell’inverter
Un inverter è un dispositivo di conversione dell’energia che trasforma la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). La corrente continua (CC) è una corrente che scorre sempre nella stessa direzione, mentre la corrente alternata (CA) è una corrente la cui direzione cambia periodicamente.L’inverter non solo converte queste due forme di corrente, ma si distingue anche per la possibilità di regolare a piacimento la tensione e la frequenza della corrente alternata in uscita.
Alla base di questa funzionalità di regolazione ci sono il controllo della velocità di rotazione dei motori e il funzionamento a risparmio energetico degli elettrodomestici.Poiché si tratta di corrente alternata, modificando la frequenza cambia la velocità di rotazione del motore collegato, il che permette di impostare la velocità in modo preciso in base alle condizioni di funzionamento. La frequenza è il valore che indica quante volte al secondo si ripete l’onda della corrente alternata, e si misura in Hz (hertz).
I campi di applicazione spaziano dagli elettrodomestici al settore industriale: oltre a prodotti di uso quotidiano come condizionatori, frigoriferi e fornelli a induzione, gli inverter sono integrati anche nei macchinari industriali che azionano pompe e ventilatori. Ad esempio, nei condizionatori è possibile regolare la velocità del motore del compressore in base alla temperatura ambiente, garantendo un funzionamento che utilizza solo l’energia necessaria.Quando ci si avvicina alla temperatura impostata, la rotazione viene ridotta, consentendo un funzionamento che limita gli sprechi di energia.
L’inverter è un dispositivo che combina la conversione di potenza e la regolazione della potenza in uscita. Viene utilizzato in un’ampia gamma di settori come base per il controllo dei motori e il funzionamento a risparmio energetico.
Struttura di base dell’inverter
La struttura di base di un inverter è composta da tre parti: il convertitore, che trasforma la corrente alternata in corrente continua; il circuito di livellamento, che stabilizza la tensione; e l’inverter, che genera corrente alternata a una frequenza arbitraria partendo dalla corrente continua.
Il motivo per cui è composto da tre parti è che la corrente alternata fornita alle abitazioni e alle fabbriche viene prima convertita in corrente continua e poi trasformata nuovamente nella corrente alternata desiderata. Grazie a questo sistema, che non prevede una conversione diretta in corrente alternata ma passa prima per la corrente continua, puoi impostare liberamente la frequenza e la tensione in uscita.
Ecco come funzionano le varie parti.
| Componenti | Funzioni principali |
| Sezione convertitore | Converte la corrente alternata in ingresso in corrente continua |
| Circuito di livellamento | Servono a stabilizzare la tensione in corrente continua dopo la conversione, riducendone le fluttuazioni |
| Sezione inverter | Converte la corrente continua in corrente alternata con frequenza e tensione a scelta |
Per generare la corrente alternata nella sezione dell’inverter si utilizza l’azione di commutazione dei dispositivi a semiconduttore. Per commutazione si intende l’azione di attivare e disattivare il flusso di corrente ad alta velocità; regolando l’intervallo tra l’attivazione e la disattivazione si ottiene la forma d’onda alternata desiderata. I dispositivi a semiconduttore sono componenti elettronici che controllano il flusso di corrente.
La struttura di base di un inverter è costituita da una configurazione in cui la sezione convertitore, il circuito di livellamento e la sezione inverter lavorano insieme per generare la forma d’onda di corrente alternata tramite la commutazione dei semiconduttori. La conversione stabile dell’energia e la regolazione precisa dell’uscita sono garantite dall’intera struttura.
La differenza tra inverter e convertitore
La differenza tra un inverter e un convertitore sta nella direzione della conversione dell’energia elettrica. L’inverter converte la corrente continua in corrente alternata, mentre il convertitore converte la corrente alternata in corrente continua. Anche se i nomi sono simili e spesso si confondono, i ruoli che svolgono sono esattamente opposti.
Il motivo per cui funzionano in direzioni opposte è che hanno scopi diversi. Il convertitore serve a trasformare la corrente alternata fornita dalla rete in corrente continua utilizzabile all’interno dei dispositivi elettronici, mentre l’inverter ha il compito di generare corrente alternata adatta all’uso specifico partendo dalla corrente continua.
Se riassumiamo le differenze tra le due cose, il quadro è il seguente.
[La differenza tra inverter e convertitore]
- Inverter: conversione da corrente continua a corrente alternata
- Convertitore: da corrente alternata a corrente continua
- I due si usano insieme all’interno di un unico dispositivo
All’interno di un vero e proprio inverter è integrata anche la funzione di convertitore. Poiché la corrente che arriva dalle prese di casa o in fabbrica è alternata, viene prima convertita in corrente continua dal convertitore e poi trasformata nella corrente alternata desiderata dall’inverter. Queste due funzioni di conversione non sono in contrasto tra loro, ma funzionano in modo coordinato come un unico processo continuo.
L’inverter e il convertitore sono dispositivi che, pur presentandosi con una direzione di conversione opposta, vengono in realtà utilizzati in combinazione. Comprendere la divisione dei ruoli tra i due è fondamentale per capire il funzionamento dell’intero sistema e ti aiuterà a seguire meglio la spiegazione sul controllo dei motori che troverai più avanti.
Il rapporto tra inverter e motore
Un esempio tipico in cui gli inverter danno il meglio di sé è il controllo dei motori. Le funzioni di conversione dell’energia e di regolazione della potenza consentono di gestire a piacimento la velocità di rotazione del motore.In questo capitolo spiegheremo in ordine: come funziona il controllo della velocità del motore, i vantaggi che si ottengono con l’uso di un inverter e alcuni esempi di applicazione in base all’uso specifico. Faremo il punto della situazione per aiutarti a capire se fa al caso tuo.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Il meccanismo di controllo della velocità del motore
- I 3 vantaggi dell’adozione di un inverter
- Esempi di utilizzo degli inverter suddivisi per applicazione
Se segui il percorso che va dal funzionamento ai vantaggi, fino agli esempi concreti, il legame tra l’inverter e il motore ti apparirà in tutta la sua complessità.
Il meccanismo che regola la velocità di rotazione del motore
Il cuore del sistema di controllo della velocità del motore è la regolazione della frequenza. Poiché la velocità di rotazione di un motore a corrente alternata varia in base alla frequenza della rete elettrica, modificando la frequenza di uscita dell’inverter è possibile regolare con precisione la velocità di rotazione del motore.
La caratteristica principale del controllo tramite inverter sta proprio nell’utilizzare questa relazione di correlazione tra frequenza e velocità di rotazione. I motori che prima potevano funzionare solo a velocità costante, ora possono operare in un ampio intervallo, da basse a alte velocità. È possibile anche un avvio fluido da fermo e il mantenimento della velocità in base alle esigenze.
Uno dei metodi di controllo di base degli inverter è il controllo V/f. Si tratta di un metodo che varia la potenza mantenendo costante il rapporto tra tensione (V) e frequenza (f), ed è usato per il controllo generico della velocità. Tra i metodi di controllo degli inverter c’è anche il controllo vettoriale, che si sceglie a seconda dell’applicazione.
La tecnologia che permette di regolare la velocità di rotazione del motore variando la frequenza di alimentazione è il controllo del motore tramite inverter. Grazie a metodi come il controllo V/f, si ottiene un controllo di velocità preciso con un ampio intervallo di funzionamento.
I 3 vantaggi dell’adozione di un inverter
L’integrazione di un inverter nel sistema di controllo del motore offre vantaggi sia in termini di efficienza operativa che di stabilità di funzionamento. I principali vantaggi possono essere riassunti come segue.
[I 3 vantaggi dell’installazione di un inverter]
- Riduzione del consumo energetico grazie alla modalità di funzionamento a risparmio energetico
- Regolazione precisa del numero di giri
- Stabilizzazione del funzionamento grazie alla prevenzione di accelerazioni e arresti bruschi
Tutti questi vantaggi derivano dalla capacità di controllare la rotazione del motore esattamente nella misura necessaria. Dal punto di vista del risparmio energetico, è possibile ridurre il numero di giri in base alle condizioni di funzionamento, limitando così il consumo eccessivo di energia. Nei condizionatori d’aria e nei macchinari industriali, si prevede una riduzione del consumo energetico grazie a un’alimentazione elettrica adeguata al carico. Inoltre, migliora anche la stabilità di funzionamento.
Dato che è possibile regolare la velocità in modo graduale, è possibile progettare sistemi che garantiscano movimenti fluidi, evitando accelerazioni e arresti bruschi, ad esempio negli ascensori o nei nastri trasportatori delle fabbriche. Un funzionamento che riduce lo stress sulle apparecchiature e le vibrazioni contribuisce anche alla stabilità operativa degli impianti.
I vantaggi in termini di risparmio energetico, regolazione della velocità e stabilità di funzionamento fanno sì che l’inverter sia considerato una tecnologia fondamentale per il controllo dei motori. Si tratta di una soluzione sempre più diffusa in molti settori come strumento per conciliare qualità di funzionamento ed efficienza.
Esempi di utilizzo degli inverter suddivisi per applicazione
Se li guardiamo in base all’uso, gli inverter vengono impiegati in modi diversi a seconda del settore. Dagli elettrodomestici alle attrezzature industriali, fino ai veicoli ferroviari, gli inverter sono integrati in molte situazioni in cui si usano i motori.
Ecco alcuni esempi tipici di utilizzo.
| Settore | Principali campi di applicazione | Il ruolo dell’inverter |
| Elettronica di consumo | Condizionatori e frigoriferi | Funzionamento a risparmio energetico grazie alla regolazione della velocità |
| Macchine di trasporto | Ascensori e nastri trasportatori | Controllo fluido dell’accelerazione e della decelerazione |
| Macchine industriali | Pompe e ventilatori | Controllo della velocità in base al carico |
| Veicoli ferroviari | Treni e treni Shinkansen | Controllo della velocità dei motori dei veicoli ferroviari |
Le prestazioni richieste variano a seconda del settore. Negli elettrodomestici si punta sull’efficienza energetica, nelle attrezzature di trasporto sulla fluidità dei movimenti, mentre nelle macchine industriali è fondamentale la capacità di adattarsi alle variazioni di carico.L’inverter VVVF utilizzato sui veicoli ferroviari, acronimo di Variable Voltage Variable Frequency (tensione e frequenza variabili), è un sistema che controlla i motori dei veicoli modificando contemporaneamente tensione e frequenza.
Anche se si tratta dello stesso tipo di inverter, i livelli di precisione di controllo e affidabilità richiesti variano a seconda dell’applicazione.Anche le specifiche richieste per i motori da integrare variano a seconda del settore, quindi una valutazione che tenga conto delle caratteristiche specifiche dell’applicazione è un presupposto fondamentale per la progettazione.
Cose da tenere a mente quando si installa un inverter e come valutare le specifiche del motore
Comprendere le caratteristiche dell’apparecchiatura e scegliere quella più adatta all’applicazione ti permetterà di sfruttarne appieno le prestazioni. Tuttavia, sebbene gli inverter siano efficaci per il controllo dei motori e il risparmio energetico, è necessario prestare attenzione ad alcuni aspetti da considerare al momento dell’installazione.In questo capitolo, analizzeremo in ordine i punti da tenere a mente quando usi un inverter, come scegliere il tipo e il metodo di controllo, e quali sono gli aspetti da considerare nelle specifiche dei micromotori in base all’applicazione. Li esamineremo come elementi di riferimento per le tue decisioni di progettazione.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Precauzioni da seguire quando usi l’inverter
- Tipi di inverter e come scegliere il sistema di controllo
- Punti chiave per la valutazione delle specifiche dei micromotori in base all’applicazione
Se tieni a mente tutto, dai punti da considerare alle modalità di scelta, fino alle specifiche del motore, ti sarà più facile decidere se è adatto alle tue esigenze.
Precauzioni da seguire quando si usa l’inverter
Tra le precauzioni da prendere quando si usa un inverter ci sono l’attenzione al rumore, alle armoniche e al surriscaldamento. Il funzionamento a commutazione dei componenti a semiconduttore comporta infatti fattori che possono influire sulle apparecchiature circostanti.
Alla base di questi fattori c’è la caratteristica di accensione e spegnimento rapido della corrente. Il rumore elettrico e le correnti armoniche, diverse dalla frequenza fondamentale, sono fenomeni che si verificano durante il processo di commutazione.Per armoniche si intendono le componenti di corrente che corrispondono a multipli interi della frequenza fondamentale. Anche il calore generato durante il funzionamento dell’apparecchio è uno degli elementi da tenere in considerazione.
Tra le misure da adottare per affrontare questi aspetti da tenere in considerazione ci sono la revisione dell’ambiente di installazione e del cablaggio, nonché l’uso di filtri. Grazie a un cablaggio che limita la propagazione del rumore e all’installazione di filtri che riducono l’impatto delle armoniche, è possibile garantire un funzionamento che minimizzi l’impatto sui dispositivi collegati. Per quanto riguarda il surriscaldamento, è importante assicurarsi di avere spazio sufficiente per l’installazione, tenendo conto della dissipazione del calore.
Se comprendi bene gli aspetti da tenere in considerazione riguardo a rumore, armoniche e surriscaldamento e metti in atto le misure adeguate, tenendo conto anche dell’ambiente e del cablaggio, potrai ottenere prestazioni stabili dall’inverter. È importante integrare queste misure già nella fase di pianificazione dell’installazione.
Tipi di inverter e come scegliere il sistema di controllo
La scelta del tipo di inverter e del metodo di controllo dipende dalla precisione di controllo richiesta e dall’applicazione. Gli inverter si classificano in base a due criteri: lo schema circuitale e il metodo di controllo; la scelta va fatta in base al motore da abbinare e allo scopo di utilizzo.
Ecco le principali categorie:
| Asse di classificazione | Tipologia | Caratteristiche |
| Tipo di circuito | Tipo a tensione / Tipo a corrente | Classificazione in base al tipo di potenza in uscita |
| Metodo di controllo | Controllo V/f | Adatto al controllo della velocità generico |
| Metodo di controllo | Controllo vettoriale | Adatto a posizionamenti di alta precisione e risposte veloci |
La tipologia di circuito si basa sul modo in cui viene gestita la potenza in uscita.Il tipo a tensione è un sistema che controlla la tensione, mentre quello a corrente controlla la corrente; si usano a seconda dell’applicazione. Nella scelta del sistema di controllo, le prestazioni richieste sono il criterio di riferimento. Per il controllo della velocità generico si usa il controllo V/f, mentre per applicazioni che richiedono un posizionamento preciso o una risposta rapida è più indicato il controllo vettoriale.
Il principio fondamentale nella scelta di un inverter è quello di selezionare la combinazione più adatta alle tue esigenze, tenendo conto sia della tipologia di circuito che del sistema di controllo. Definendo chiaramente il livello di precisione di controllo che ti serve, sarà più facile individuare la soluzione più adatta.
Punti chiave per la valutazione delle specifiche dei micromotori in base all’applicazione
Quando si valutano le specifiche dei micromotori in base all’applicazione, è importante considerare anche il motore da abbinare all’inverter. Le prestazioni complessive dell’impianto dipendono infatti dalle specifiche sia dell’inverter che del motore.
Le specifiche richieste ai motori variano a seconda dell’applicazione. Ad esempio, ci sono apparecchiature che richiedono dimensioni ridotte, apparecchiature di precisione che necessitano di basse vibrazioni, meccanismi di controllo che richiedono una risposta rapida e apparecchiature alimentate a batteria che devono funzionare a bassa tensione.
Ecco una panoramica degli esempi di motori che puoi scegliere per applicazioni di precisione.
| Settori di applicazione | Specifiche prioritarie | Motori disponibili |
| Dispositivi medici | Basse vibrazioni, elevata affidabilità | Motori senza nucleo |
| Apparecchiature ottiche | Reattività e basse vibrazioni | Motori senza nucleo |
| Dispositivi di sicurezza | Azionamento a bassa tensione e lunga durata | Motori senza nucleo |
| Attrezzature per hobby (servocomandi ecc.) | Lunga durata, basse vibrazioni, silenziosità | Motori brushless |
I motori senza nucleo hanno una struttura priva di nucleo in ferro, presentano un effetto cogging ridotto e offrono una reattività che consente avviamenti e arresti rapidi; per questo vengono utilizzati in applicazioni di precisione in cui la affidabilità è fondamentale, come le apparecchiature mediche. Grazie alla loro capacità di avviarsi a bassa tensione, sono adatti anche per dispositivi di sicurezza come le chiavi elettroniche a batteria.I motori brushless non presentano usura delle spazzole e del commutatore, garantendo una lunga durata; inoltre, grazie all’assenza di contatti meccanici, sono silenziosi e a basse vibrazioni, il che li rende ideali per applicazioni con azionamento continuo, come i servomotori.
Anche se non hai ancora definito i requisiti per le specifiche del micromotore, possiamo comunque darti una mano, tenendo conto dell’applicazione e dell’ambiente d’uso. Alla C.I. Takiron Co., Ltd., i nostri tecnici ascolteranno le tue esigenze e ti proporranno una soluzione su misura. Per qualsiasi domanda sulle specifiche o sulle personalizzazioni, inviaci un messaggio tramite il modulo di contatto.
Riepilogo
L’inverter è un dispositivo di conversione di potenza che trasforma la corrente continua in corrente alternata e permette di regolare a piacimento la tensione e la frequenza in uscita. Viene utilizzato in combinazione con un convertitore, che opera nella direzione opposta, all’interno di un unico apparecchio.Se integrati nel controllo dei motori, offrono vantaggi quali un funzionamento a risparmio energetico, una regolazione precisa della velocità di rotazione e una maggiore stabilità operativa grazie alla prevenzione di accelerazioni e arresti bruschi; si tratta quindi di una tecnologia utilizzata in un’ampia gamma di settori, dagli elettrodomestici alle apparecchiature industriali. D’altra parte, al momento dell’installazione è necessario prestare attenzione al rumore e alle armoniche, nonché scegliere lo schema circuitale e il metodo di controllo più adatti all’applicazione.Per ottenere il massimo dalle prestazioni dell’intero sistema, è fondamentale valutare anche le specifiche del motore con cui lo si abbina. Poiché le specifiche dei micromotori richiesti per applicazioni di precisione, come quelle mediche, ottiche e di sicurezza, variano a seconda dell’uso, è utile procedere per fasi, partendo dall’analisi dei requisiti.
Informazioni sui prodotti e richieste di informazioni
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- Motori senza nucleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
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