Come proteggere un Industrial UPS dai carichi rigenerativi e dalle correnti di spunto dei motori
La gestione di carichi rigenerativi (come gru, ascensori industriali, carriponte o macchinari con inverter frenanti) e delle correnti di spunto dei motori rappresenta una delle sfide tecniche più complesse per la protezione di un Industrial UPS (Heavy-Duty).
Se non gestiti correttamente, questi fenomeni provocano sovratensioni sul bus in corrente continua (DC) o sovraccarichi termici/elettrici che mandano l'UPS in blocco o in bypass statico.
1. Protezione dai Carichi Rigenerativi (Energia di Ritorno)
Quando un motore elettrico viene frenato o rallentato rapidamente da un inverter o azionamento, il motore funziona temporaneamente da generatore, restituendo energia verso la rete dell'UPS. Gli UPS tradizionali non sono progettati per assorbire energia di ritorno e la spingono verso il bus CC, causando sovratensioni e l'allarme/blocco dell'inverter.
Per proteggere l'UPS da questo fenomeno, si utilizzano tre soluzioni ingegneristiche principali:
A. Chopper e Resistenze di Frenatura Dinamica (Braking Chopper & Resistors)
Come funziona: Viene installato un circuito di frenatura (Chopper) collegato al bus CC dell'UPS o dell'azionamento a monte del carico. Quando il voltaggio sul bus CC supera una soglia di sicurezza a causa del ritorno di energia, il chopper reindirizza l'energia in eccesso su un pacco resistivo (Braking Resistor) che la dissipa sotto forma di calore.
Quando usarlo: È la soluzione standard per carichi rigenerativi con cicli di frenata brevi o intermittenti (es. gru, montacarichi).
B. Diodi di Blocco e Separazione delle Linee
Come funziona: Inserimento di diodi di potenza in serie sulla linea di alimentazione per impedire fisicamente il flusso inverso di corrente dall'azionamento/carico verso l'uscita dell'UPS.
Quando usarlo: Quando l'energia rigenerata viene già gestita localmente dal drive (es. tramite il bus CC interno dell'azionamento) e occorre isolare l'UPS per evitare correnti inverse.
C. Rigeneratori di Rete (Active Front End - AFE sul Drive)
Come funziona: L'inverter del carico utilizza una tecnologia AFE in grado di riimmettere l'energia frenante sulla rete elettrica principale. Se l'UPS è di tipo bi-direzionale o integrato in una microgrid industriale, questa energia viene redistribuita agli altri carichi dello stabilimento.
2. Protezione e Gestione delle Correnti di Spunto dei Motori
All'avviamento diretto (Direct-On-Line - DOL), un motore asincrono può assorbire una corrente di spunto pari a 6-8 volte la sua corrente nominale (Istart = 6\8XInom) per diversi secondi. Questo picco rischia di saturare il trasformatore dell'UPS o far scattare le protezioni di sovraccorrente.
Ecco come neutralizzare l'impatto delle correnti di spunto sull'UPS:
A. Sistemi di Avviamento Dolce (Soft Starter e VFD/Inverter)
Soft Starter: Riduce la tensione applicata al motore durante la fase di avvio, limitando la corrente di spunto a circa 2.5\3 volte la corrente nominale.
Inverter / Inverter VFD (Variable Frequency Drive): È la soluzione migliore. Regola frequenza e tensione mantenendo la corrente di spunto vicina o uguale a quella nominale (1.1\1.5XInom).
B. Dimensionamento Ingegneristico e Fattore di Cresta
Se l'avviamento del motore deve rimanere di tipo diretto (DOL), l'UPS deve essere sovradimensionato considerando il fattore di crest/sovraccarico.
Capacità dell'Inverter dell'UPS: Un vero Industrial UPS (es. con raddrizzatore/inverter a tiristori SCR o IGBT pesanti con trasformatore d'isolamento) è in grado di sostenere il 150% del carico per 1 minuto e il 200% per diversi cicli/secondi.
C. Avviamento Sequenziale dei Carichi (Load Shedding / Step Loading)
Se lo stabilimento presenta più motori, è fondamentale programmare via PLC un avviamento temporizzato e sequenziale dei vari motori invece di riavviarli tutti contemporaneamente dopo un blackout.
Questo evita che le correnti di spunto si sommino tra loro creando un picco insostenibile per il sistema di continuità.
D. Trasformatore d'Isolamento dedicato in Uscita
Il trasformatore galvanico di uscita integrato nell'UPS industriale offre un'elevata impedenza intrinseca che smorza i picchi di corrente e protegge i semiconduttori dell'inverter dalle correnti induttive elevate e dalle fluttuazioni di tensione causate dall'avvio dei motori.
La gestione dei picchi induttivi e dell'energia di ritorno richiede una progettazione su misura per evitare il fermo impianto e proteggere la tua continuità produttiva.
I nostri ingegneri sono a disposizione per analizzare le specifiche elettriche del tuo stabilimento e configurare l'Industrial UPS più adatto alle tue esigenze operative.
