Convertitori di frequenza
Che cos’è un convertitore di frequenza?
Per quanto riguarda la potenza elettrica, la frequenza è il numero di cicli al secondo che una corrente alternata ripete. Un convertitore di frequenza cambia il numero di cicli al secondo (Hertz). Nella figura seguente la frequenza che esce è 6 volte la frequenza che entra. Questo non ha nulla a che fare con tensione o amperaggio. Cambia solo la frequenza. Viceversa una frequenza più alta potrebbe essere convertita in una frequenza più bassa.
Come funziona un convertitore di frequenza?
Originariamente, i convertitori di frequenza erano meccanici. Un motore o un motore sarebbe collegato a una puleggia o trasmissione ad ingranaggi per guidare un generatore più veloce o più lento del motore. Poiché la frequenza è proporzionale alla velocità del generatore, sarebbe aumentata o diminuita dalla puleggia o dal rapporto di trasmissione. Questo aveva limitazioni sulla velocità, rapporti disponibili, e la stabilità. Se il motore o la linea di alimentazione fluttuavano, la frequenza di uscita del generatore fluttuava. L’efficienza della potenza che passa attraverso il motore più un generatore era spesso bassa.
Oggi la conversione di frequenza viene eseguita elettronicamente. Qualsiasi tipo di fonte di alimentazione può essere cambiato in corrente continua (DC). La corrente continua non ha frequenza, comportandosi come una batteria. Questo DC può quindi essere pulsato in piccole fette per creare qualsiasi frequenza desiderata.
Questo design del convertitore di frequenza a stato solido è altamente efficiente, stabilizzato da un cristallo di quarzo e funziona indipendentemente dalle fluttuazioni di potenza in ingresso.
Richiede una manutenzione minima, nessuna lubrificazione o usura meccanica.
Usi per convertitori di frequenza a stato solido
Convertitori di frequenza variabile
Poiché la velocità di un motore è proporzionale alla frequenza, variando la frequenza varierà la velocità. Ciò è utile in molte applicazioni quali i sistemi di trasporto e di stampa. Nei sistemi di trattamento dell’aria l’economia è importante. Riducendo la velocità della ventola da 2 riduce la pressione della ventola di uscita da 4. (Legge quadrata) Allo stesso tempo la potenza utilizzata viene ridotta di 9. (Legge del cubo) La riduzione della velocità piuttosto che la chiusura di una serranda per ridurre il flusso genera un notevole risparmio energetico.
Convertitori di frequenza fissi
Sebbene la velocità variabile abbia molti usi, la necessità di una frequenza fissa diversa dall’utilità è spesso un requisito. Molti paesi rete elettrica opera su 60 Hertz mentre altri paesi operano su 50 Hz. A causa dell’economia globale, i produttori che producono per i mercati esteri devono testare il loro prodotto alla frequenza del potere del paese straniero. Un convertitore di frequenza consente a una fabbrica in un paese a 60 Hz di testare i prodotti su una fonte di alimentazione a 50 Hz o viceversa. I sistemi di energia rinnovabile come il solare o il vento hanno bisogno di convertitori di frequenza per convertire la loro potenza in frequenza della rete pubblica in modo che l’energia possa essere utilizzata dai consumatori. La frequenza è un fattore importante nella progettazione di apparecchiature di potenza. Una relazione è che una frequenza più elevata richiede meno ferro nei motori e nei trasformatori. Ciò significa che l’operazione sopra il potere pratico di 60 o 50 hertz può conservare la dimensione ed il peso in attrezzatura. Ciò è particolarmente importante per le apparecchiature che vengono volate o trasportate frequentemente. Gli aerei ed i sistemi militari approfittano di questo essendo progettati per funzionare su 400 hertz. Questa frequenza più elevata, poiché l’attrezzatura pesa meno, consente una maggiore capacità di carburante e carico. La potenza della rete elettrica convertita a 400 Hz è una parte critica dell’aviazione commerciale e militare a livello globale. Altre attrezzature militari come sistemi missilistici e computer utilizzano anche 400 Hz. Sebbene vari paesi standardizzino su frequenze di rete diverse, il requisito della frequenza dell’aviazione è lo stesso ovunque.