Motivação para uso de Inversores

Apresentação em tema: "Motivação para uso de Inversores"— Transcrição da apresentação:

1 Motivação para uso de Inversores
Variadores mecânicos estão sendo substituídos (PIV - polias cônicas, acoplamentos hidrocinéticos): – compressores – bombas, ventiladores – transportadores Economia de Energia: – centrífugas – compressores – carregadores e descarregadores Otimização de Processos, necessidades tecnológicas: – siderurgia, papel, embalagem, impressão - sincronismo – posicionamento When using a variable-speed drive, in addition to the motor, a drive converter is also required. This naturally increases the capital investment costs. Thus, the question arises: What are the reasons to use a variable-speed drive?  there are essentially 3 reasons, which will be listed with examples: To replace mechanical variable-speed drives, which were implemented up until now using control gearboxes or liquid couplings, by variable-speed electric drives Energy saving by replacing mechanical valves and controllers with variable-speed drives Process optimization

2 Mecanismos de controle de vazão/pressão
100% 100% 1 Controles mecânicos requerem manutenção periódica

3 Diagrama de Blocos - controle de vazão
Economia de Energia Diagrama de Blocos - controle de vazão M Drive converter Throttle valve From a business perspective, an example of a compressor drive will explain why and what amounts of electrical energy can be saved, if the flow quantity is continuously controlled using a variable-speed electric drive instead of a mechanical throttle value control. Fixed-speed drive with throttle valve control:  Motor is connected to the three-phase power supply, i.e. it rotates at a constant speed  The compressor is driven at a fixed speed  The flow is controlled using a throttle valve Variable-speed drive to control the flow:  The motor is connected to the three-phase supply network via a drive converter  The compressor is operated at a variable speed  The flow is controlled by changing the speed, a (mechanical) throttle valve is not required M M 3 ~ 3 ~ Motor Compressor Motor Compressor Acionamento velocidade fixa com válvula de controle Acionamento velocidade variável para controlar vazão

4 Controle de vazão usando válvula de controle
Economia de Energia Controle de vazão usando válvula de controle Delivery head H A3 Compressor characteristic H3 A2 H2 A1 H1 nn Plant characteristic Power consumption P P1 P2 Upper diagram:  Abscissa: Flow quantity Q [m3/h], Ordinate: delivery head H / pressure [bar]  Red characteristic = Compressor characteristic (H-Q characteristic) at nn  Plant characteristic = resistance characteristic of the piping system, if the throttle valve is fully open (so-called "natural" characteristic)  The rated operating point A1 of the compressor is obtained from the intersection of the compressor characteristic with the plant characteristic  Q1 and H1 are fixed Demand-dependent flow control by adjusting the throttle valve  This means an increase in the pressure drop along the pipe and therefore a change of the resistance characteristic of the piping system  New operating points are obtained, A2 (Q2, H2) and A3 (Q3, H3)  This means, that as the flow is to be reduced, the pressure drop along the pipe increases The power consumption of the compressor as a function of the flow quantity Q is shown in the lower diagram  Power consumption of the comrpessor and therefore the electric motor is only insignificantly reduced by the throttle value control Compressor characteristics: Flow Q ~ Compressor speed n Pump height H (pressure) ~ n Power drawn P ~ n3 P3 Motor: Velocidade fixa, o fluxo é ajustado usando a válvula de controle Q3 Q2 Q1 Flow Q

5 Controle de vazão usando velocidade variável
Economia de Energia Controle de vazão usando velocidade variável Delivery head H Compressor characteristic B1 H1 n2 nn B2 H2 n3 B3 Plant characteristic H3 Power consumption P P1 Now the relationships when controlling the flow using a variable-speed drive:  Red characteristic in the upper diagram = known compressor characteristic (H-Q characteristic, nn)  Know plant characteristic (so-called "natural" characteristic)  Rated operating point B1 of the compressor  Q1 and H1 If the compressor is now operated at lower speeds (n2 or n3), then different H-Q compressor characteristics are obtained, and therefore also new operating points B2 (Q2, H2) and B3 (Q3, H3). Thus, the flow is reduced by reducing the speed. Corresponding to the compressor characteristics (Q ~ n, H ~ n2, P ~ n3) the compressor power consumption and that of the electric motor is significantly redcued with the flow Q. P2 Inversor de freqüência para adaptar o vazão P3 Q3 Q2 Q1 Flow Q

6 Economia de Energia Consumo de Potência P P1 P2
Economia de Energia usando inversor de freqüência P3 P2 Economia de Energia: W [kWh] =  (P [kW]  t [h]) P3 Q3 Q2 Q1 Tempo de Operação % Vazão Q Potência da Bomba: 1850 kW Preço do Inversor: DM (incl.customs duty) Custo Energia: 0.10 DM/kWh Tempo Operação por ano: 5280 h (220 dias, 24 horas) Tempo de retorno: 2.15 anos 100 90 80 The characteristic of the power consumption of the compressor as a function of the flow is illustrated in the upper diagram, and more precisely, for the arrangement  with throttle valve control and  using a variable-speed drive. The difference in the power consumption at operating points (Q1, P1), (Q2, P2) and (Q3, P3) shows the power saving by using a variable-speed drive. It can be seen, that the power saved at rated operating point (Q1, P1) is zero and at lower quantities, quite significant. The annual energy saving [kWh] depends on  the number of operating hours, i.e. whether continuous operation or short-time operation,  the flow profile (flow-control range). If these values are know, then the annual energy saving W [kWh] =  (P [kW]  t [h]) as well as the payback time (capital investment costs), when the power costs are know, can be determined. Control couplings, e.g. liquid couplings from Voith operate, with an extremely high efficiency, but require maintenance. Program to determine the payback time: MASTERSAVE presentation 70 60 50 40 30 20 10 Q3 Q2 Q1 Vazão Q

7 Comparativo Bomba - Válvula de Controle x Inversor

8 Ventilador com Damper de saída

9 Ventilador com Damper de entrada

10 Ventilador com Inversor de Freqüência

11 Ventilador - Comparativo

12 Mastersave - Software para Cálculo de Economia de Energia
Dados de entrada Diagrama de consumo de energia custo da energia R$ 0,05/kWh potência a plena carga 37 kW dias por ano 365 custo do aparelho a definir Custos da energia anual Inversor Siemens Sistema Mecânico Economia R$ 4.835,00 R$ ,00 R$ 9.142,00 % amortização/ano função do custo cálculo de economia de energia - programa MASTERSAVE período de pay-back função do custo

13 Vantagens do acionamento de velocidade variável
em cargas centrífugas Em sistemas de bombeamento - - simplificação da rede de dutos do sistema com eliminação das válvulas de estrangulamento e “by-pass” - alívio da rede de dutos pela eliminação de altos choques de pressão Aumento da vida útil da bomba pela diminuição do desgaste mecânico devido à eliminação da contra-pressão Baixo nível de ruído Melhores rendimentos da bomba, ventiladores e compressores nas faixas de potência abaixo da nominal

14 Vantagens do acionamento de velocidade variável
em cargas centrífugas Alívio da rede elétrica pois os acionamentos com velocidades variáveis partem com corrente e conjugado nominais,enquanto que os acionamentos com motores CA ligados diretamente à rede, partem com correntes da ordem de 5 a 6 vezes a nominal Tendo em vista que o fator de potência visto pela rede é aproximadamente igual a 1 (cos phi = 1), o consumo de potência reativa da rede é praticamente nulo Ótima adaptação da máxima velocidade do motor à bomba, ao ventilador ou ao compressor, através da liberdade na escolha da freqüência/velocidade do acionamento

15 Operação com regulador PID
MICRO/MIDIMASTER Transdutor de Pressão Válvula de comando Motor 1500 l/min Bomba Este sistema garante, independente da necessidade, uma pressão de água de 50 psi (345 KPa)

16 Cargas Torque Constante
Consumo de Energia T = K P = K.n

17 APLICAÇÕES

18 Aplicações em Ventiladores / Exaustores
Sistemas de ventilação , ar condicionado, refrigeração, exaustores, sopradores de alto-forno em indústria siderúrgica, ventiladores de tiragem e exaustores na indústria de cimento, etc Carga tipo M = K.n2 ( torque quadrático ) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar e sem taco/encoder Cuidados especiais: - tempo de partida ( alta inércia ) - casos que exigem frenagem (chopper), como nos ventiladores de tiragem e exaustores na indústria de cimento. Micro/Midimaster ECO (até 315 KW) Ou ainda: Micro/Midimaster Vector (até 75 KW) Masterdrives VC (até KW) Simovert MV (até 6,5 MW) Simoreg DC Master (Retrofitting) Onde aplicar? Características Produtos 5

19 Aplicações em Compressores Centrífugos
Sistemas de ventilação , ar condicionado, refrigeração, etc Carga tipo M = K.n2 ( torque quadrático ) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar e sem taco/encoder Micro/Midimaster ECO (até 315 KW) Ou ainda: Micro/Midimaster Vector (até 75 KW) Masterdrives VC (até KW) Simovert MV (até 6,5 MW) Onde aplicar? Características Produtos 5

20 Aplicações em Compressores Alternativos e Compressores de Fuso
Sistemas de abastecimento de Gases Industriais, Sistemas Ar Condicionado / Refrigeração, Indústria Petroquímica , etc. Carga tipo M = K ( torque constante ) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar e sem taco/encoder Micro/Midimaster Vector (até 75 KW) Masterdrives VC (até KW) Simovert MV (até 6,5 MW) Onde aplicar? Características Produtos 5

21 Aplicações em Bombas Centrífugas
Sistemas de tratamento e abastecimento de águas públicas, sistema de tratamento de água industrial, sistemas de bombeamento de óleo, sistemas de irrigação, bombas de mistura em processos industriais, etc. Carga tipo M = K.n2 ( torque quadrático ) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar e sem taco/encoder Micro/Midimaster ECO (até 315 KW) Ou ainda: Micro/Midimaster Vector (até 75KW) Masterdrives VC (até KW) Simovert MV (até 6,5 MW) Onde aplicar? Características Produtos 5

22 Aplicações em bombas de fuso
Onde aplicar? Características Produtos Sistemas dosagem industrial, poços de petróleo. Carga tipo M = K ( torque constante ) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar/vetorial e sem taco/encoder. Também aplicável a : bombas Netzsch, bombas de deslocamento positivo e bombas de cavidade progressiva Micro/Midimaster Vector (até 75KW) Masterdrives VC (até KW) 5

23 Aplicações em Correias/Esteiras Transportadoras ( Básico )
Usina de açúcar: Esteiras de cana, mesa 45 Graus Indústria de Papel( esteiras de cavacos ) Aeroportos/Supermercados/Armazéns Mineradoras/Siderúrgicas Carga tipo M = K ( torque constante ) Conjugado de partida acima do nominal ( M=1,5Mn) 1Q - Um sentido de rotação e sem frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar/vetorial e sem taco/encoder Alguns casos requerem frenagem por injeção de corrente contínua ou com módulo chopper Micro/Midimaster Vector (até 75KW) Masterdrives VC (até KW) Simovert MV (até 6,5 MW) Onde aplicar? Características Produtos 5

24 Aplicações em Correias/Esteiras Transportadoras ( Casos especiais )
Indústria de Papel (esteiras de cavacos) Mineradoras / Siderúrgicas Supermercados / Aeroportos: Escadas rolantes Carga tipo M = K ( torque constante ) Conjugado de partida acima do nominal ( M=1,5.Mn) Deslocamento de carga em declive. 4Q - Um ou dois sentidos de rotação e com frenagem Baixa dinâmica e sem necessidade de precisão Controle escalar/vetorial e sem taco/encoder Masterdrives VC 4Q (com tiristores) ou AFE (até KW) Simovert MV 4Q / AFE (até 6,5 MW) Simoreg DC Master 4Q Onde aplicar? Características Produtos 5

25 Aplicações em Centrífugas Automáticas
Indústrias de Açúcar Indústrias Químicas Dimensionamento para carga tipo M = K ( torque constante ) Conjugado de partida acima do nominal ( M=1,5.Mn) Regime intermitente e com ciclo definido. 4Q - Dois sentidos de rotação e com frenagem Alta dinâmica Precisão Irrelevante Controle vetorial sem encoder ou com encoder Normalmente conversores regenerativos devido a alta inércia. Masterdrives VC (até KW) regenerativo ou AFE Simoreg DC Master 4Q (Retrofitting) Onde aplicar? Características Produtos 5

26 MICRO/MIDIMASTER ECO Onde aplicar?
Bombas centrífugas Ventiladores Exaustores Compressores centrífugos

27 Inversor substituindo o variador eletromagnético
Controle de uma máquina de fabricação de papel Maior produtividade Menor manutenção Redução de perdas na produção Economia de energia elétrica

28 Controle do ciclo de trabalho de um moinho de argila para
a produção de pisos e revestimentos cerâmicos

29 Aplicação em Bombeamento
O Controlador PID embutido mantém a pressão constante na tubulação. Alta Freqüência de chaveamento garante baixo nível de ruído. Risco de danos à tubulação é reduzido graças às rampas controladas. Operação em 1Q. The advantages shown in the previous foil apply here, but the smoother stop start is important because damage to the old pipework was causing breakdowns. By using the built in PID controller, the pressure can be continuously controlled without the need for additional components.

30 Sistema de Extração de Fumaça
Um sistema de controle em malha fechada aciona o sistema de extração somente quando necessário, e em velocidades limitadas. Possibilita uma grande economia de energia e melhor controle do processo. Operação em 1Q

31 Sistema de Ventilação - Exaustor de Extração
Um sistema de ventilação monitora os níveis de fumaça em uma fábrica e controla a velocidade do exaustor através do PID do MIDIMASTER. Vantagens: Excelente sistema de controle simples. Grande potencial de Economia de energia.

32 Aplicação em Central de Aquecimento
Bomba para Sistema de Aquecimento Central. A economia de energia possibilita um retorno do investimento em 18 meses. Operação em 1Q. The pump application shown here is a good example where the improved control reduces energy consumption both in the overall process (by better control of heating), and in the drive itself, where a small reduction in speed gives a large reduction in pump power consumption. The other advantages such as smoother stop/start, quieter running are ‘icing on the cake’.

33 Ar Condicionado Aplicação comum, com diversos drives.
Unidades de ar condicionado para Centrais Telefônicas, como também para aplicações genéricas. Curva de operação do ventilador com alta inércia - Tempos de rampa longos e Regeneração. The use of variable speed drives gives much better system control, resulting in very considerable energy savings.

34 Justificativas para o investimento
Maior disponibilidade da ponte - Baixo índice de defeitos - Poucas paradas para manutenção preventiva - Diagnóstico de falhas amigável - Possibilidade de monitoração à distância Menor gasto com manutenção elétrica - Eliminação de contatores de potência das resistências do rotor - Eliminação das escovas dos motores Menor gasto com manutenção mecânica - Operação suave - Baixa solicitação dos redutores e freios Economia de energia - Eliminação dos picos de corrente nas partidas - Eliminação da perda de energia nas resistências do rotor Conforto na operação - Movimentos com rampas de partida/parada - Controle linear da velocidade - Possibilidade de monitoração das condições de operação “on-line”