Como fornecedor de unidades de frequência variável de 7,5kW (VFDs), muitas vezes me perguntam sobre os princípios de economia de energia por trás desses dispositivos. Neste blog, vou me aprofundar nos principais princípios de energia - economizando um VFD de 7,5kW, lançando luz sobre como eles podem contribuir para uma economia significativa de energia em várias aplicações.
Controle de velocidade variável
Um dos princípios de economia de energia fundamental de um VFD de 7,5kW é sua capacidade de controlar a velocidade de um motor elétrico. Os motores de velocidade fixa tradicionais são executados a uma velocidade constante, independentemente dos requisitos de carga reais. Isso significa que, mesmo quando a carga é leve, o motor ainda consome uma quantidade significativa de energia.
Um VFD de 7,5kW, por outro lado, pode ajustar a velocidade do motor de acordo com a demanda de carga. A relação entre consumo de energia motora, velocidade e torque é governada pelas leis de afinidade. Para uma bomba centrífuga ou um ventilador, o consumo de energia é proporcional ao cubo da velocidade. Matematicamente, (p_2 = p_1 \ times (\ frac {n_2} {n_1})^3), onde (p_1) e (p_2) são os consumos de energia em velocidades (n_1) e (n_2), respectivamente.
Por exemplo, se a velocidade de um motor for reduzida em 20% (de (n_1) para (n_2 = 0.8n_1)), o consumo de energia será (p_2 = p_1 \ times (0.8)^3 = 0,512p_1). Isso significa que o motor consumirá apenas cerca de 51,2% da energia que consumiria a toda velocidade, resultando em uma economia substancial de energia.
Em aplicações industriais, como sistemas de bombeamento de água e sistemas de HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado), onde os requisitos de carga variam ao longo do dia, um VFD de 7,5kW pode ajustar a velocidade do motor para corresponder à demanda real. Isso garante que o motor não esteja exensado - trabalhando e consumindo energia desnecessária, levando a uma economia de custos significativa ao longo do tempo.
Início suave e pare
Outro importante recurso de economia de energia de um VFD de 7,5kW é sua capacidade de fornecer uma partida suave e parar para o motor. Quando um motor tradicional é iniciado diretamente, ele desenha uma grande corrente de entrada, que pode ser de até 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor. Essa alta corrente de entrada não apenas consome uma grande quantidade de energia, mas também coloca uma tensão significativa no motor e no sistema elétrico.
Um VFD de 7,5kW aumenta gradualmente a tensão e a frequência para iniciar o motor, reduzindo a corrente de entrada para um nível muito mais baixo, normalmente em torno de 1,5 - 2 vezes a corrente nominal. Isso não apenas economiza energia durante o processo de partida, mas também estende a vida útil do motor e outros componentes elétricos.
Da mesma forma, durante o processo de parada, um VFD pode reduzir gradualmente a velocidade do motor, em vez de cortar abruptamente a energia. Essa desaceleração suave reduz a tensão mecânica no motor e no equipamento conectado e também impede a geração de excesso de energia que, de outra forma, seria desperdiçada como calor ou vibrações mecânicas.
Correção do fator de potência
O fator de potência é um parâmetro importante nos sistemas elétricos. Ele mede a eficiência do uso de energia elétrica. Um fator de baixa potência significa que uma parte significativa da energia elétrica está sendo desperdiçada na forma de potência reativa.
A maioria dos motores industriais possui um fator de potência relativamente baixo, especialmente ao operar em cargas parciais. Um VFD de 7,5kW pode melhorar o fator de potência do motor, controlando as formas de onda de tensão e corrente. Ao ajustar a relação de fase entre a tensão e a corrente, o VFD pode reduzir o consumo de energia reativo e aumentar o fator geral de potência.
Um fator de potência mais alto significa que mais da potência elétrica fornecida ao motor está sendo usada para um trabalho útil, em vez de ser desperdiçado. Isso não apenas economiza energia, mas também reduz a demanda na rede elétrica e pode resultar em contas de eletricidade mais baixas, pois muitas empresas de serviços públicos cobram por baixo fator de potência.
Energia - algoritmos de controle eficientes
Os VFDs modernos de 7,5kW estão equipados com algoritmos avançados de controle eficiente. Esses algoritmos monitoram continuamente as condições de operação do motor, como velocidade, torque e consumo de energia, e ajustam os parâmetros de saída do VFD de acordo.
Por exemplo, alguns VFDs usam uma técnica chamada controle vetorial de fluxo. Esse método de controle permite o controle preciso do fluxo e torque magnético do motor, garantindo que o motor opere em seu ponto mais eficiente em todas as condições de carga. Ao otimizar o campo magnético dentro do motor, o VFD pode reduzir as perdas do motor e melhorar sua eficiência geral.
Outro algoritmo comum é o recurso de otimização de energia automática. Esse recurso ajusta automaticamente a tensão e a frequência de saída do VFD com base na demanda de carga para minimizar o consumo de energia. Quando a carga é leve, o VFD reduz a tensão e a frequência do motor, mantendo a velocidade e o torque necessário. Isso garante que o motor esteja operando em seu nível mais eficiente de energia o tempo todo.
Aplicações e economia de energia
Os princípios de economia de energia de um VFD de 7,5kW o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações. No setor industrial, ele pode ser usado em sistemas de transportadores, compressores e misturadores. Por exemplo, em um sistema transportador, a carga no motor varia dependendo da quantidade de material que está sendo transportado. Um VFD de 7,5kW pode ajustar a velocidade do motor para corresponder à carga, resultando em economia significativa de energia.
No setor comercial, os VFDs são comumente usados nos sistemas HVAC. As unidades de manuseio de ar e bombas de água gelada em edifícios grandes geralmente têm requisitos de carga variável. Ao usar um VFD de 7,5kW para controlar os motores desses sistemas, os proprietários de edifícios podem reduzir seu consumo de energia e custos operacionais.
No setor residencial, os VFDs podem ser usados em aplicações como bombas de piscina. Essas bombas geralmente são executadas por longos períodos, e um VFD de 7,5kW pode ajustar a velocidade da bomba com base no uso da piscina, economizando uma quantidade considerável de energia ao longo do tempo.
Conclusão
Em conclusão, o VFD de 7,5kW oferece vários princípios de economia de energia que podem levar a uma economia de custos e benefícios ambientais significativos. Através do controle de velocidade variável, partida e parada suaves, correção de fatores de potência e algoritmos de controle avançado, esses dispositivos podem otimizar o consumo de energia de motores elétricos em várias aplicações.
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Referências
- Chapman, SJ (2012). Fundamentos de máquinas elétricas. McGraw - Hill.
- Bose, BK (2002). Eletrônicos de potência e unidades CA. Prentice Hall.
- Mohan, N., Infeta, TM, & Robbins, WP (2012). Eletrônica de potência: conversores, aplicações e design. Wiley.