Anàlisi dels principis i aplicacions d'estalvi d'energia de VFD (primera part)

Anàlisi dels principis i aplicacions d’estalvi d’energia VFD (primera part)

Els principis d’estalvi d’energia de la VFD varien en diferents aplicacions. Per exemple, les càrregues variables-tòrciques com els ventiladors i les bombes ofereixen un estalvi energètic important, mentre que les càrregues constants que poden requerir una velocitat més variable.

Quan un motor funciona a freqüència nominal, la seva potència de sortida es manté constant, però la demanda real pot fluctuar. Per exemple, una bomba d’aire condicionat experimenta càrregues baixes a la nit i la fa funcionar a tota velocitat energia. VFDS ajusta la velocitat del motor ajustant la freqüència i la tensió, coincidint amb la potència de sortida a la demanda de càrrega i estalviant així energia. La clau aquí és la relació entre potència i velocitat. Per a les bombes i els ventiladors, la potència és proporcional al cub de la velocitat, de manera que fins i tot una lleugera reducció de la velocitat pot estalviar significativament energia.

El principi bàsic dels VFD en la conservació de l’energia del motor és controlar amb precisió la velocitat del motor variant la freqüència i la tensió d’alimentació, coincidint dinàmicament amb la potència de sortida del motor a la demanda de càrrega real i evitant residus d’energia innecessaris. A continuació es mostra un desglossament detallat dels seus principis d’estalvi d’energia:

1. Demanda de càrrega variable:

En moltes aplicacions (especialment ventiladors, bombes, compressors, etc.), la demanda d’energia de la càrrega impulsada pel motor varia. Per exemple:
Una bomba d’aigua en un sistema d’aire condicionat: el cabal requerit (és a dir, la velocitat de la bomba) varia segons la temperatura interior. Un ventilador de ventilació en un taller de fàbrica: el volum d’aire requerit (és a dir, velocitat del ventilador) varia segons les condicions de producció i la temperatura ambient. Una bomba de circulació d’aigua de refrigeració en un sistema de climatització central: el cabal necessari (és a dir, la velocitat de la bomba) varia segons la temperatura exterior. Sota mètodes de control tradicionals (com vàlvules, amortidors i deflectors), el motor normalment funciona a tota velocitat a una velocitat constant (que funciona a 50Hz/60Hz), mentre que els mitjans mecànics (com ara les vàlvules de tancament i els amortidors) s’utilitzen per ajustar el flux o la pressió. Això equival a produir constantment la màxima potència i després utilitzar "frens" (vàlvules i amortidors) per dissipar l'excés d'energia, donant lloc a residus energètics importants.

2. Relació entre la potència del motor i la velocitat:

La potència de sortida (p) d’un motor està relacionada amb la seva velocitat (n) i el parell (t): P ∝ N * T. Per a càrregues com els ventiladors i les bombes (anomenades càrregues de parell variable o càrregues de parell quadrat), el parell de càrrega (t) és aproximadament proporcional al quadrat de la velocitat (n) (t ∝ n²).
Per tant, la potència (P) requerida pel motor per conduir aquestes càrregues és aproximadament proporcional al cub de la velocitat (P ∝ N³).
Aquesta és una relació extremadament crítica! Això significa:
Quan el cabal o la pressió requerit disminueixi, simplement reduir lleugerament la velocitat del motor reduirà significativament la potència requerida.
Per exemple, reduir la velocitat del ventilador/bomba al 80% de la velocitat nominal teòricament només requereix (0,8) ³=51.2% de la potència nominal! Això estalvia gairebé la meitat de l’energia.

3. Funció del VFD:

Regulació de velocitat: la VFD converteix la potència de CA d’entrada d’una freqüència fixa (per exemple, 50 Hz) i la tensió fixa en potència de CA amb freqüència i tensió regulables mitjançant rectificació, filtratge i inversió interna (normalment utilitzant tecnologia de modulació d’amplada de pols PWM i dispositius de potència com IGBTS).

Control V/F (o control vectorial): Per assegurar un funcionament del motor eficient i un flux magnètic constant a velocitats variades (per evitar sobreescalfament o saturació), l’inversor redueix proporcionalment la tensió de sortida (V) alhora que redueix la freqüència de sortida (F), mantenint una proporció V/F aproximadament constant. (Aquest és el mètode de control bàsic per a les càrregues constants i també és aplicable als ventiladors i bombes.) Els mètodes de control més avançats (com el control vectorial) aconsegueixen un parell i un control de velocitat encara més precisos.

Potència en demanda: reduint la freqüència i la tensió, la velocitat del motor es redueix amb precisió als requisits de càrrega de corrent. El motor ja no comporta la màxima potència constantment, sinó que proporciona energia prou per satisfer les demandes de la càrrega.