La maggior parte dei guasti ai VFD (inverter) per cui ricevo chiamate di assistenza sul campo non è causata da un azionamento difettoso. È causata dal calore che non aveva modo di sfogare. L’inverter va in derating, genera un allarme di sovratemperatura (OH) o sovraccarico (OL), oppure i cuscinetti della ventola si guastano con due anni di anticipo — e il quadrista giura che il quadro era “ben ventilato”. Solitamente era ventilato, ma semplicemente non abbastanza per il carico termico reale, perché nessuno lo aveva calcolato.

Ecco come fare le cose per bene, invece di andare per tentativi.

Da dove proviene il calore

Un VFD non è una scatola passiva: converte la corrente alternata (AC) in continua (DC) e di nuovo in alternata a frequenza variabile tramite moduli IGBT. Questa commutazione non è efficiente al 100%. A seconda dell’inverter e della frequenza di commutazione, bisogna calcolare che circa il 2–5% della potenza nominale del motore viene dissipato sotto forma di calore all’interno dell’inverter stesso.

Per un azionamento da 15 kW che lavora vicino al pieno carico, si tratta di 300–750 W di calore che devono essere estratti dal quadro — ogni ora, continuamente.

Questo è il dato che quasi tutti ignorano. Molti ridimensionano l’armadio elettrico basandosi unicamente sull’ingombro fisico del VFD e considerano il lavoro finito.

Il derating per temperatura ambiente non è un errore di arrotondamento

Ogni VFD ha una temperatura ambiente nominale, solitamente di 40°C, oltre la quale non può più erogare la sua corrente nominale completa senza surriscaldarsi. Sopra questo limite, i produttori applicano un declassamento (derating) — un valore comune è una riduzione della corrente di uscita di circa il 2–3% per ogni °C superiore ai 40°C, fino a un limite massimo di 50°C per molti azionamenti industriali (verificare sempre il datasheet specifico, poiché varia in base a marca e taglia).

Far funzionare un VFD dimensionato per 40°C all’interno di un quadro a 45°C senza calcolare il derating non significa “forzare un po’ la mano”: rischi di trovarti con un 10–15% in meno della corrente necessaria al motore a pieno carico, il che si traduce in scatti intempestivi o in un motore che sembra sottodimensionato.

Anche l’altitudine conta. Sopra i 1000 metri s.l.m., la maggior parte dei VFD subisce un ulteriore derating — comunemente circa l’1% ogni 100 metri — perché l’aria più rarefatta raffredda meno efficacemente. Se stai specificando inverter per una stazione di pompaggio alpina o un impianto in montagna, questo non è un dettaglio facoltativo.

Le distanze minime sono requisiti obbligatori, non suggerimenti

I datasheet dei produttori specificano le distanze minime di montaggio attorno all’inverter: spesso 100 mm sopra e sotto, e 10 mm lateralmente per le taglie più piccole, con spazi maggiori per le potenze più elevate.

Vedo ancora VFD montati uno accanto all’altro sulla guida DIN con spazio zero per risparmiare posto nel quadro. L’inverter posizionato a monte del flusso d’aria finisce per aspirare aria già riscaldata dall’inverter adiacente — il risultato è che non si raffredda nulla.

Regola pratica dalle installazioni sul campo: se lo spazio nel quadro è ristretto, aumenta le dimensioni dell’armadio prima di risicare le distanze di montaggio. Un armadio più grande è un costo una tantum. Un inverter che va in derating o si guasta prima del tempo è un costo ricorrente.

Dimensionare il raffreddamento del quadro: un metodo reale, non una stima

Somma il carico termico di tutti i componenti all’interno del quadro: VFD, contattori, trasformatori, resistenze di frenatura. Utilizza i dati di dissipazione in Watt forniti dai costruttori, non la potenza nominale in kW degli azionamenti.
Sottrai la quantità di calore che l’armadio dissipa autonomamente attraverso la superficie metallica per convezione naturale. Esistono tabelle standard (IEC 60890) che mettono in relazione l’area superficiale del quadro e il delta T con la dissipazione naturale in Watt.
Il calore rimanente deve essere rimosso forzatamente:
- Torrini o ventole con filtro: la soluzione più economica, ma introduce polvere e umidità.
- Condizionatore da quadro: indispensabile per ambienti polverosi, umidi o ad alta temperatura ambiente.
- Scambiatori di calore aria-aria o aria-acqua: per quadri completamente sigillati in ambienti gravosi dove non è consentito l’ingresso di aria esterna.

Se salti il primo passaggio e ti limiti ad acquistare “una ventola che sembra adatta”, stai tirando a indovinare un valore che ha invece un calcolo matematico ben preciso.

I problemi che riscontro più speso durante gli interventi di assistenza

Filtri delle ventole intasati dalla polvere: è la causa principale del classico problema “il VFD ha funzionato bene per due anni e ora va continuamente in allarme OH”. I filtri richiedono una pulizia programmata, non interventi reattivi a guasto avvenuto.
VFD montati sopra o vicino a fonti di calore: trasformatori, compressori o quadri esposti alla luce solare diretta, senza che la temperatura ambiente nominale del VFD sia mai stata adeguata a quel carico termico extra.
Cuscinetti delle ventole oltre il limite di vita utile: le ventole di raffreddamento sono componenti di consumo, generalmente create per durare qualche anno di servizio continuo, non per l’intera vita dell’inverter. Se nessuno traccia le ore di funzionamento della ventola, nessuno saprà quando è il momento di sostituirla.
Fascette e fasci di cavi posizionati davanti alle alette del dissipatore o all’aspirazione della ventola, che riducono il flusso d’aria anche di un terzo senza che ce ne si accorga.

Conclusione

La dissipazione del calore in un’installazione con VFD non è una questione di “buona ventilazione” intesa come concetto astratto — è pura aritmetica:

Calore generato
meno Calore dissipato naturalmente dal quadro
uguale Calore che il sistema di raffreddamento deve rimuovere, corretto per la temperatura ambiente reale e l’altitudine dell’impianto.

Indovina questo numero in fase di progettazione e la maggior parte dei guasti “misteriosi” ai VFD non si verificherà mai.

Se stai dimensionando un inverter per una specifica temperatura ambiente, altitudine o tipologia di quadro e desideri un controllo sui calcoli di derating termico, inviami i dati del tuo impianto per una verifica preventiva prima dell’assemblaggio del quadro.

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