Inversores x Economia de Energia– compressores
– 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
1
½
s
Acionamento velocidade fixa
M
3 ~
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
s
a válvula de controle
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) ~ n2
Power drawn P ~ n3
Controle de vazão usando velocidade variável
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)
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.
s
Preço do Inversor: 795000DM (incl.customs duty)
Custo Energia: 0.10 DM/kWh
(220 dias, 24 horas)
Vazão Q
P1
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
s
s
s
s
s
cálculo de economia de energia - programa MASTERSAVE
Mastersave -
% Fluxo
horas
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
s
*
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
Vantagens do acionamento de velocidade variável
em cargas centrífugas
Operação com regulador PID
Este sistema garante, independente da necessidade, uma pressão de água de 50 psi (345 KPa)
Transdutor de Pressão
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:
Simoreg DC Master (Retrofitting)
Aplicações em Ventiladores / Exaustores
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:
Aplicações em Compressores Centrífugos
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 1.500 KW)
Simovert MV (até 6,5 MW)
Aplicações em Compressores Alternativos
e Compressores de Fuso
Características
Produtos
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:
Aplicações em Bombas Centrífugas
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)
5
s
Indústria de Papel( esteiras de cavacos )
Aeroportos/Supermercados/Armazéns
Mineradoras/Siderúrgicas
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)
Aplicações em Correias/Esteiras Transportadoras
Mineradoras / Siderúrgicas
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 1.500 KW)
Simovert MV 4Q / AFE (até 6,5 MW)
Simoreg DC Master 4Q
Aplicações em Correias/Esteiras Transportadoras
Regime intermitente e com ciclo definido.
4Q - Dois sentidos de rotação e com frenagem
Alta dinâmica
Precisão Irrelevante
Masterdrives VC (até 1.500 KW) regenerativo ou AFE
Simoreg DC Master 4Q (Retrofitting)
Aplicações em Centrífugas Automáticas
Maior produtividade
Menor manutenção
s
*
Controle do ciclo de trabalho de um moinho de argila para
a produção de pisos e revestimentos cerâmicos
s
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.
s
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
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:
Grande potencial de Economia de energia.
s
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’.
s
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.
s
- Diagnóstico de falhas amigável
- Eliminação de contatores de potência das resistências do rotor
- Eliminação das escovas dos motores
Menor gasto com manutenção mecânica
- Operação suave
Economia de energia
- Eliminação da perda de energia nas resistências do rotor
Conforto na operação
- Controle linear da velocidade
% Fluxo
horas
0
0
10
0
20
0
30
1
40
2
50
5
60
6
70
6
80
2
90
1
100
1
Total