Sistemi di azionamento a frequenza variabile per ascensori idraulici

Una panoramica della flessibilità e dei vari tipi di azionamenti idraulici ad alta efficienza energetica

Alla panoramica

Gli ascensori con azionamento idraulico sono flessibili per definizione. Sono possibili configurazioni quasi infinite di ascensori e cabine, in netto contrasto con lo standard di trazione senza locale macchine prodotto in serie alquanto limitato. Il dibattito sul cambiamento climatico ha innescato un'attenzione ancora maggiore da parte dei clienti sull'efficienza energetica. Alcuni addirittura si sono lanciati per proclamare la fine dell'ascensore idraulico. Tuttavia, è ormai chiaro che con il giusto tipo di azionamento idraulico, un sistema idraulico può ottenere un'efficienza energetica di classe B.

obiettivi formativi

Dopo aver letto questo articolo, dovresti aver appreso:
♦ Perché gli azionamenti a velocità variabile sono importanti
♦ Quali tipi di variatori di velocità sono utili per diverse applicazioni
♦ Tipi di guida convenzionali con controllo elettronico
♦ In che modo le valvole di controllo meccaniche ed elettriche differiscono nei loro effetti sul sistema dell'ascensore
♦ Gli effetti delle corse su e giù controllate in frequenza sul sistema di ascensori
♦ Cosa usare quando la connettività di alimentazione è limitata
♦ I vantaggi e le applicazioni di utilizzo per il recupero e il recupero idraulico
♦ Come affrontare al meglio l'alta frequenza di corsa
♦ Riduzione della velocità in base al carico

Spinti da una discussione globale sull'efficienza energetica, alcuni fornitori di azionamenti idraulici hanno affrontato questo problema introducendo azionamenti a frequenza variabile nella loro gamma di prodotti. Questi sono presentati come la soluzione perfetta per il cliente attento all'energia. Ad uno sguardo più attento, l'osservatore tecnicamente preparato e critico noterà notevoli differenze tra le varie offerte. Questo articolo è progettato per aiutare il lettore interessato a distinguere tra i vari tipi di azionamenti idraulici ad alta efficienza energetica.

La necessità di azionamenti a frequenza variabile

Indipendentemente dal loro utilizzo nei sistemi di trazione o idraulici, gli azionamenti per ascensori a tensione variabile e frequenza variabile (VVVF) riducono il consumo di energia durante la corsa. Lo svantaggio è un consumo di energia in standby relativamente elevato. Gli azionamenti idraulici convenzionali non consumano affatto energia durante lo standby e sono quindi perfetti per gli ascensori utilizzati di rado (classe di utilizzo 1). Utilizzando la valvola elettronica di Bucher Hydraulics, questi azionamenti sono stati classificati B secondo VDI 4707 per 30 anni. I nuovi design dei sistemi di controllo degli ascensori e degli azionamenti VVVF ora hanno un utilizzo in standby molto inferiore; pertanto, gli azionamenti VVVF sono diventati una soluzione praticabile per una gamma più ampia di applicazioni.

Tipi di azionamenti a frequenza variabile

Gli azionamenti a frequenza variabile per ascensori idraulici non sono una novità, essendo stati costruiti e installati con successo da Bucher Hydraulics in tutto il mondo dal 1996. A Interlift 2009, diversi altri produttori hanno presentato i propri tipi di azionamenti a frequenza variabile. Ci sono differenze marcate tra loro (tabella 1).

Salita e discesa convenzionale (Tipo a)

In un azionamento idraulico convenzionale, dopo il segnale di avviamento, il motore sommerso sale da zero al numero massimo di giri (tipicamente 2,800 giri/min). La pompa eroga la massima portata possibile. Per uscire dal livello di partenza e fermarsi al livello di destinazione, è necessario controllare la velocità. Questo viene fatto utilizzando una valvola di controllo meccanica (a due velocità) o elettronica (a velocità variabile), che consente all'olio in eccesso di rifluire nel serbatoio. Viene pompato più olio di quello effettivamente utilizzato. Questa pratica non è solo scarsa per l'efficienza energetica, ma riscalda anche l'olio inutilmente: l'energia viene convertita in calore quando il flusso dell'olio viene deviato nella valvola. Anche la deviazione dell'olio nella valvola genera un certo livello di rumore.

Nel seguito, l'espressione “convenzionale” farà riferimento solo ad una valvola a controllo elettronico. L'LRV-1 funziona indipendentemente dalle fluttuazioni di temperatura o pressione grazie a un circuito di feedback interno brevettato. La curva di marcia può essere impostata una sola volta, senza necessità di tolleranze o azzeramenti stagionali. Un ascensore idraulico che utilizza una valvola elettronica utilizza circa il 30% in meno di energia rispetto allo stesso che utilizza una valvola meccanica.

La valvola meccanica dovrebbe essere resa obsoleta nelle aree soggette alla norma EN 81 mediante l'adozione dell'allegato 3 alla EN 81-2. Diventerà troppo difficile ottenere la precisione di livellamento richiesta di ±10 mm e i requisiti di ridondanza. (In confronto, l'LRV-1 di Bucher Hydraulics è pari a ±3 mm.) Le valvole elettroniche come iValve hanno ridondanza integrata e capacità di accesso remoto.

Upride controllato dalla frequenza (tutti i tipi b)

Utilizzando un azionamento a frequenza variabile per la salita, viene pompata solo la quantità di olio effettivamente necessaria. La velocità della combinazione motore/pompa è controllata direttamente dall'azionamento VVVF e viene utilizzato lo stesso segnale di feedback di flusso della valvola elettronica. Il controllo del drive VVVF ha il vantaggio di un avviamento più rapido: il motore si avvia immediatamente senza bisogno dei 2-3 s. per il passaggio a stella-triangolo. La potenza effettiva del motore, tuttavia, non è diversa con gli azionamenti VVVF rispetto al sistema convenzionale.

La differenza nel consumo di energia tra gli azionamenti comandati da azionamento VVVF e gli azionamenti convenzionali si realizza durante l'avvio e il rallentamento. Ciò significa che più breve è la corsa a piena velocità rispetto all'intero tempo di funzionamento (o, più brevi sono le corse), maggiore è il potenziale di risparmio energetico. Anche il numero massimo di corse senza raffreddamento dell'olio è maggiore.

Riduzione della velocità dipendente dal carico/Connessione alimentazione limitata (tutti i tipi c)

La maggior parte degli ascensori per passeggeri installati raramente funziona a pieno carico. La corsa tipica è più simile a questa: il cliente chiama l'ascensore vuoto, quindi sale al piano di destinazione. L'ascensore è, tuttavia, progettato per gestire il carico massimo durante ogni corsa. Ciò significa che l'alimentatore deve essere dimensionato di conseguenza. Spesso durante gli ammodernamenti, l'alimentazione elettrica nell'edificio è limitata e aumentarla può essere complessa e costosa. Un limitatore di corrente può essere la soluzione: se il carico aumenta oltre una soglia definita (esempio: cabina vuota più un passeggero), la velocità di marcia viene automaticamente ridotta e il fabbisogno di corrente rimane al di sotto della soglia. In questo modo, il fabbisogno di alimentazione può essere ridotto fino al 40% rispetto ai requisiti a pieno carico/piena velocità. Un'unità VVVF è un prerequisito per il funzionamento di questo sistema.

Down Ride controllato dalla frequenza (tipi b2 e c2)

Durante la discesa, l'olio torna nel serbatoio attraverso la pompa, azionando il motore come un generatore. La potenza così generata non può essere utilizzata da un azionamento a frequenza variabile standard e viene quindi “bruciata” utilizzando una resistenza di frenatura o un dispositivo simile. La differenza rispetto all'azionamento convenzionale è che il calore non entra più nell'olio attraverso la deviazione del flusso nella valvola, ma può essere disperso ovunque (ad esempio, nel vano ascensore) attraverso la resistenza di frenatura. Il vantaggio principale qui è che il numero di corse possibili senza il necessario raffreddamento dell'olio aumenta in modo significativo (in genere fino a 120 corse all'ora).

Discesa controllata dalla frequenza con recupero (tipi b3 e c3)

Durante la discesa, l'energia potenziale viene convertita in energia elettrica. Per fare ciò, il motore della pompa funge da generatore. L'energia così generata viene convertita da un apposito recuperatore e può quindi essere reimmessa in rete. In questo modo è possibile recuperare il 30% dell'energia che altrimenti andrebbe persa. Al posto di un recuperatore separato, ora viene spesso utilizzato un azionamento a frequenza variabile che ha il recuperatore montato all'interno dello stesso armadio.

Discesa controllata dalla frequenza con recupero idraulico (tipi b4 e c4)

In questo tipo di impianto una parte dell'energia potenziale è immagazzinata in un accumulatore di pressione. Durante la discesa, una pompa ad alta pressione montata sullo stesso asse della combinazione pompa/motore principale pompa l'olio in un accumulatore, dove rimane immagazzinato ad alta pressione. Per la corsa in salita, la pressione viene rilasciata per aiutare il motore principale ad azionare la pompa principale. Questo sistema consente un ulteriore risparmio energetico del 30% rispetto al consumo energetico dell'unità VVVF standard. Solo il carico richiede potenza aggiuntiva. Questo sistema di fascia alta non solo consente di risparmiare energia grazie al contrappeso idraulico, ma funziona anche con un motore più piccolo e quindi ha un fabbisogno di alimentazione inferiore.

Motivi per l'utilizzo di azionamenti a frequenza variabile con centraline idrauliche

Nella sezione precedente, abbiamo visto che ci sono molti modi diversi per utilizzare le unità a frequenza variabile. Ogni tipo ha la sua applicazione specifica, con diversi pesi e aree grigie tra di loro. La Figura 2 aiuta il cliente a selezionare il giusto tipo di azionamento per applicazioni specifiche.

Numero di viaggi:

Alta frequenza di marcia

Le unità ad alta frequenza includono i tipi b2, b3, b4 e c2, c3, c4. Le loro applicazioni sono in aeroporti, stazioni ferroviarie, centri commerciali, ospedali, hotel, ecc. L'azionamento a frequenza variabile aiuta a raggiungere un'elevata frequenza di corsa in due modi:

Salita: niente più deviazione dell'olio durante l'avvio e il rallentamento dell'ascensore

Discesa: il calore generato non va nell'olio utilizzando il motore come generatore.

In precedenza, per questo tipo di applicazione venivano utilizzati i radiatori dell'olio. A prima vista, questa sembra la soluzione meno costosa. Tuttavia, i radiatori dell'olio richiedono aria fresca o addirittura refrigerata per funzionare correttamente. L'utente deve quindi provvedere alla ventilazione o alla climatizzazione del locale macchine, a seconda delle condizioni ambientali. Anche i radiatori dell'olio sono rumorosi, richiedono spazio e consumano energia. Bucher Hydraulics ritiene che l'utilizzo di un azionamento a frequenza variabile sia la soluzione più conveniente a lungo termine.

Il riscaldamento dell'olio non è l'unico problema per questo tipo di applicazioni ad alta frequenza. L'unità di potenza stessa e tutti gli altri componenti del sistema devono essere dimensionati correttamente per il carico aggiuntivo. È irresponsabile utilizzare un sistema convenzionale e aggiungere semplicemente un'unità VVVF. La pompa, ad esempio, ha carichi molto diversi quando pompa verso l'alto come quando aziona il motore come generatore; questo deve essere preso in considerazione nella scelta dei materiali e del design. Ci sono differenze significative tra le varie offerte sul mercato, quindi dovrebbero essere fatti confronti individuali.

Energy Efficiency

L'efficienza energetica può essere ottenuta in tutte le installazioni adatte per azionamenti idraulici, compresi tutti i tipi b e c. Un fattore decisivo è che durante la salita viene pompata solo la quantità di olio effettivamente necessaria (nessun bypass della valvola). Rispetto a un sistema di valvole meccaniche convenzionali, è possibile ottenere un risparmio energetico fino al 60%. Più breve è la corsa, più energia viene risparmiata.

La corsa in discesa può contribuire all'efficienza energetica solo se l'energia potenziale dell'ascensore viene immagazzinata, quindi riutilizzata parzialmente o completamente per la successiva corsa in salita. Questo è attualmente possibile solo utilizzando il tipo c4. Rispetto a un sistema di valvole meccaniche convenzionali, è possibile ottenere un risparmio energetico fino all'80%.

Reimmettere energia alla rete durante la corsa verso il basso (tipi b3 e c3) può anche aumentare l'efficienza energetica, anche se indirettamente, poiché l'energia non può essere utilizzata per la corsa successiva. L'energia può essere utilizzata all'interno dell'edificio per altri consumatori (in illuminazione, riscaldamento, condizionamento dell'aria, computer in esecuzione, ecc.). Solo in rari casi il gestore di rete consentirà il feedback di potenza nella rete stessa.

Limitatore di velocità/limitatore di corrente dipendente dal carico

Se ci sono limitazioni alla potenza disponibile, utilizzando un contrappeso idraulico (tipi b4 o c4) o la riduzione della velocità in funzione del carico (tutti i tipi c), si possono ottenere velocità decenti con una cabina parzialmente caricata (o carichi superiori all'originale velocità). Il contrappeso idraulico viene utilizzato quando è richiesta un'elevata frequenza di marcia nonostante l'alimentazione limitata; ad esempio, per la modernizzazione di ascensori per stazioni ferroviarie o alberghi. Se la frequenza di marcia non è un problema, è possibile utilizzare il tipo di azionamento c1 a frequenza variabile "solo su" più conveniente. Questi tipi di installazioni sono generalmente utilizzati in progetti di ammodernamento con alimentazione limitata.

Sintesi

Per quanto varie siano le applicazioni, sono necessari diversi tipi di azionamenti idraulici. Non lasciarti distrarre da slogan come "prestazioni ottimali"; il tipo di unità deve essere selezionato con attenzione.

Domande sul rinforzo dell'apprendimento

Usa le seguenti domande sul rinforzo dell'apprendimento per studiare per l'esame di valutazione della formazione continua disponibile online su www.elevatorbooks.com o a pagina 127 di questo numero.
♦ Il controllo della frequenza consente di risparmiare energia per un ascensore residenziale a basso utilizzo? No, qui è meglio utilizzare un azionamento idraulico senza controllo di frequenza. Il consumo di energia in standby del convertitore di frequenza sarebbe in genere superiore all'energia dell'azionamento risparmiata.
♦ Perché una valvola meccanica è inferiore ad una a controllo elettronico? Le valvole meccaniche hanno una minore precisione di livellamento, una curva di marcia che varia con il carico e le fluttuazioni di temperatura (specialmente con olio caldo) e richiedono il 30% in più di energia di azionamento.
♦ A cosa serve la riduzione della velocità in funzione del carico? Anche con alimentazione limitata, è possibile dotare l'ascensore di un moderno (veloce) azionamento idraulico. La corsa sarà solo un po' più lenta nei rari casi di pieno carico.
♦ Quali sono i motivi per utilizzare il controllo di frequenza per gli ascensori idraulici? È possibile un numero maggiore di corse all'ora, ci sarà una maggiore efficienza energetica e l'alimentazione può essere limitata.
♦ L'energia “prodotta” durante la discesa di un ascensore idraulico può essere utilizzata? Sì, l'energia potenziale può essere accumulata (in un accumulatore) o reimmessa nella rete elettrica.