Os fornecedores de dispositivos de realimentação de energia para conversores de frequência lembram que, na indústria moderna, os motores são um tipo de equipamento de alta potência com uma ampla gama de aplicações. Segundo as estatísticas, a capacidade instalada total da China é de cerca de 400 milhões de quilowatts, com um consumo anual de eletricidade de cerca de 600 bilhões de quilowatts-hora, representando 70-80% do consumo de eletricidade industrial. A China depende principalmente de motores de pequeno e médio porte, que representam cerca de 80% do consumo total, enquanto a quantidade de eletricidade consumida por esses motores corresponde a 90% das perdas totais. Na aplicação prática de motores na China, existe uma lacuna significativa em comparação com outros países, com uma eficiência unitária de 75%, 10% inferior à de outros países; a eficiência operacional do sistema é de 30-40%, 20-30% inferior ao nível avançado internacional. Portanto, os motores de pequeno e médio porte na China têm um grande potencial de economia de energia, e promover a conservação de energia em motores é imprescindível.
Devido à sua estrutura simples, facilidade de fabricação, baixo custo, durabilidade, operação confiável e adequação a ambientes agressivos, os motores assíncronos têm sido amplamente utilizados na produção industrial e agrícola. Em especial, para o acionamento de bombas e ventiladores em diversos setores, a eficiência energética proporcionada por esses motores é altamente valorizada.
Com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, especialmente o alto desenvolvimento e aplicação da tecnologia de eletrônica de potência, da tecnologia de microeletrônica e da tecnologia de controle automático, o efeito de economia de energia dos conversores de frequência tornou-se mais significativo. Eles não apenas permitem a regulação contínua da velocidade, como também operam de forma eficiente sob diferentes cargas, com boas características dinâmicas, e podem alcançar controle automático de alto desempenho, alta confiabilidade e alta precisão. Comparado a outros métodos de regulação de velocidade, como regulação por redução de tensão, regulação por mudança de polos, regulação por escorregamento, regulação em cascata CA, etc., a regulação de velocidade por frequência variável apresenta desempenho estável, ampla faixa de regulação de velocidade e alta eficiência. Com o desenvolvimento da teoria de controle moderna e da tecnologia de eletrônica de potência, a tecnologia de regulação de velocidade por frequência variável CA está se tornando cada vez mais perfeita e se consolidou como tendência na regulação de velocidade de motores CA. Os dispositivos de controle de velocidade por frequência variável (VFDs) têm sido amplamente utilizados no setor industrial.
A utilização de conversores de frequência para a transmissão de sinais de controle de velocidade proporciona rapidez, baixo atraso no sistema de controle, resposta sensível, alta precisão no ajuste e facilidade de uso, contribuindo para o aumento da produtividade, a garantia da qualidade e a redução dos custos de produção. Portanto, o uso de conversores de frequência é uma solução popular para economia de energia e redução do consumo em fábricas e empresas de mineração.
O dispositivo de economia de energia para motores de frequência variável é uma nova geração revolucionária de produtos de controle específicos para motores. Baseado em tecnologia de controle digital por microprocessador, ele ajusta dinamicamente a tensão e a corrente durante a operação do motor por meio de um software de otimização de economia de energia integrado. Sem alterar a velocidade do motor, garante que o torque de saída corresponda com precisão à demanda de carga, evitando o desperdício de energia elétrica causado pela sobrecarga do motor.
Os motores CA são atualmente os motores mais utilizados, representando cerca de 85% de todos os tipos de motores. Eles têm como vantagens a estrutura simples, o baixo custo e a ausência de necessidade de manutenção. No entanto, sua desvantagem reside na dificuldade de regulação da velocidade, o que limita seu uso em muitas aplicações ou exige meios mecânicos para se obter essa regulação.
Existem duas aplicações típicas de conversores de frequência em termos de tipos de carga: 1. Aplicação de torque constante; 2. Aplicação de torque variável. Em termos de finalidades de aplicação, os principais objetivos são: 1. Melhorar o processo, garantindo a velocidade de rotação durante o processo, a velocidade de rotação sob diferentes cargas e o posicionamento preciso. Com seu excelente desempenho de regulação de velocidade, pode melhorar a produtividade, aprimorar a qualidade do produto, aumentar o conforto, racionalizar o equipamento, adaptar-se ou melhorar o ambiente, etc. 2. O principal objetivo da transformação para economia de energia é alcançar resultados significativos controlando a velocidade de ventiladores e bombas que requerem regulação de fluxo ou pressão.
O princípio da regulação de velocidade por frequência variável
Cargas motorizadas, como ventiladores, bombas d'água, compressores de ar, bombas de óleo hidráulico e bombas de circulação, representam a grande maioria dos equipamentos que consomem energia em empresas. Devido a limitações técnicas, quase todos os sistemas de controle de vazão, pressão ou volume de ar para essas cargas são controlados por válvulas, onde o motor opera em sua velocidade nominal e o sistema fornece vazão, pressão ou volume de ar constantes. Quando os requisitos de operação do equipamento mudam, a vazão, a pressão ou o volume de ar da carga são ajustados por válvulas de alívio, válvulas de alívio de pressão ou reguladores proporcionais localizados na saída para atender às necessidades variáveis das condições de operação do equipamento. Após a válvula de alívio de pressão ou a válvula de controle proporcional liberar energia, uma grande quantidade de energia é dissipada, e essa energia dissipada representa parte da energia absorvida pelo motor da rede elétrica, causando um grande desperdício de energia elétrica. Pelas características de funcionamento desse tipo de carga, observa-se que a potência do motor é proporcional ao cubo da velocidade, e a velocidade é proporcional à frequência. Se alterarmos o modo de funcionamento do motor para que ele não opere sempre na frequência nominal de trabalho, mas sim utilize um sistema de controle de ajuste de frequência variável para controle de partida, parada e operação de ajuste, sua velocidade poderá ser continuamente ajustada na faixa de 0 a 2900 rpm, ou seja, a vazão, a pressão ou o volume de ar de saída também poderão ser continuamente ajustados na faixa de 0 a 100%, de modo a atender com precisão às necessidades de trabalho da carga e atingir o objetivo de conservação de energia e redução do consumo.
A velocidade do motor CA é dada por: n=60f (1-s)/p
Na fórmula: n = velocidade do motor
F = frequência de potência
P = número de polos do motor
S = taxa de deslizamento
Como se pode observar na equação, a velocidade síncrona n de um motor CA é diretamente proporcional à frequência da rede elétrica f. Portanto, a alteração da frequência da rede elétrica permite alterar a velocidade do motor e, assim, atingir o objetivo de regulação de velocidade.
Princípio da regulação de velocidade por frequência variável para economia de energia
A regulação de velocidade por frequência variável economiza eletricidade, como o próprio nome sugere; somente a regulação de velocidade por frequência variável pode economizar eletricidade. Abaixo, segue uma análise dos princípios de economia de energia para duas aplicações de carga típicas.
(1) Aplicações de carga de torque constante
Carga de torque constante significa que, independentemente das mudanças de velocidade, o torque da carga permanece constante.
A seguinte fórmula: P = K * T * N
K = coeficiente
P = potência no eixo
T = torque de carga
N = velocidade de rotação
A partir da fórmula acima, pode-se observar que a potência no eixo é diretamente proporcional à velocidade do motor. Quando a velocidade do motor é ajustada de acordo com as necessidades do processo, a correspondente economia de energia pode ser alcançada naturalmente.
(2) Aplicações de carga de torque variável
Ventiladores e bombas centrífugas pertencem à categoria de cargas de torque variável típicas, e suas características de funcionamento são: a maioria opera continuamente por longos períodos. Como o torque da carga é proporcional ao quadrado da velocidade, quando a velocidade excede a velocidade nominal, ocorre uma sobrecarga grave no motor. Portanto, ventiladores e bombas geralmente não operam acima da frequência nominal.