Avantajele utilizarii convertizoarelor de frecventa

Datorita preturilor energiei si reglementarilor legislative in materie de eficienta energetica, companiile sunt tot mai des nevoite sa gaseasca modalitati pentru a economisi energie si a reduce costurile.

Totusi, este de mirare ca in acest domeniu discutia se invarte in principal in jurul temei surselor alternative de energie si tehnicilor noi de economisire a energiei in timp ce solutiile tehnice care exista deja si ofera posibilitati mari de economisire a energiei primesc relativ putina atentie.

O solutie economica eficienta si care s-a impus in practica este utilizarea convertizoarelor de frecventa pentru reglarea turatiei motoarelor in aplicatii de pompare, incalzire, aerisire si climatizare (ventilatoare).

Desi principiul de functionare a ramas acelasi folosit in anii ’60, convertizoarele au suferit foarte multe modificari pe parcursul anilor, cele mai importante schimbari datorandu-se evolutiei elementelor constructive semiconductoare si, mai ales, a microprocesoarelor.

Primele convertizoare electronice au fost construite cu tiristoare si erau comandate analogic.

Datorita cresterii constante a nivelului de automatizare a proceselor industriale, nevoia de control automat cu o precizie si eficienta sporita este din ce in ce mai mare.

Convertizoarele folosite astazi in industrie se pot imparti, in functie de principiul de functionare, in 2 mari categorii:

  1. Convertizoare de frecventa cu circuit intermediar
  2. Convertizoare de frecventa fara circuit intermediar

Desi sunt sensibil mai ieftine, convertizoarele de frecventa fara circuit intermediar au numeroase probleme cauzate de armonici, elemente ce conduc la pierderi de putere.


Ce este un convertizor de frecventa?

Convertizorul de frecventa este un echipament electronic care comanda si controleaza viteza de rotatie a unui motor de curent alternativ prin reglarea frecventei si marimii tensiunii de alimentare a motorului.

Frecventa tensiunii de alimentare este direct proportionala cu viteza de rotatie a motorului.

Cu alte cuvinte, pe masura ce creste frecventa, creste si viteza motorului si invers.

Spre exemplu, daca intr-un proces nu este necesar ca motorul sa functioneze la turatia sa nominala, atunci poate fi folosit un convertizor de frecventa pentru a micsora controlat frecventa tensiunii de alimentare pentru a ajusta turatia si puterea motorului pana la cele necesare in aplicatia respectiva.

Convertizor de frecventa Eaton

Detalii convertizor de frecventa Eaton


 

Utilizari ale convertizoarelor de frecventa in industrie

Aproximativ 65% din energia electrica necesara consumatorilor industriali este consumata de motoare electrice.

In multe cazuri, motoarele sunt controlate pe iesire prin utilizarea de vane, valve ce reguleaza debitele fluidelor, actionate in timp ce turatia motorului ramane constanta.

Acestea, dar si alte metode, precum reglarea debitului volumetric prin reducerea cu ajutorul clapetelor sau al ventilelor, sunt metode ineficiente din punct de vedere energetic.

Graficul de mai jos compara consumul de energie la utilizarea de ventile sau clapete de reglare cu energia consumata la utilizarea unei reglari a turatiei.

Grafic control turatie

Convertizoarele de frecventa pot fi utilizate pentru:

  1. Ventilatoare si exhaustoare
  2. Pompe
  3. Compresoare
  4. Benzi transportoare si poduri rulante
  5. Linii de montaj si imbuteliere
  6. Masini-unelte din industria constructiilor de masini si industria prelucratoare (lemn, metal)
  7. Masini de ambalat si paletizat
  8. Lifturi, macarale, elevatoare
  9. Sonde de extractie
  10. Extrudere

Avantajele utilizarii convertizoarelor de frecventa

1. Reducerea consumului de energie si a costurilor cu energia

Acest avantaj poate fi cel mai usor de cuantificat in cazul pompelor si ventilatoarelor, unde consumul de energie scade cu cubul vitezei.

Daca in cadrul procesului dumneavoastra nu aveti nevoie de turatia si/sau puterea maxima a motorului, puteti obtine reduceri semnificative ale consumului de energie prin controlarea motorului cu ajutorul unui convertizor de frecventa.

Putem optimiza functionarea si controlul motoarelor electrice prin utilizarea unui convertizor de frecventa, ceea ce conduce la cresterea productivitatii, per ansamblu, prin scaderea costurilor cu energia electrica utilizata la actionarea motoarelor cu pana la 50-60%.

Astfel, prin utilizarea unui convertizor de frecventa, in functie de tipul de industrie in care actioneaza, investitia initiala de retehnologizare poate fi amortizata in mai putin de 6 luni.

Pretul de cumparare este doar o mica parte a costurilor totale pentru ciclul de viata al ventilatoarelor si pompelor.

Intretinerea constituie o parte importanta a acestor costuri, insa marea majoritate a cheltuielilor de exploatare rezulta din consumul de energie.

Figura alaturata reprezinta cheltuielile tipice pentru ciclul de viata al unei pompe.

Aici devine clar ca economisirile de energie de pana la 70% au efecte substantiale asupra costurilor per ciclu de viata.

Costurile tipice pentru ciclurile de viata ale ventilatoarelor sunt foarte asemanatoare cu cele pentru pompe.

Grafic costuri

2. Optimizarea proceselor industriale, reducand timpii in care linia de productie este oprita

3. Extinderea duratei de exploatare a echipamentelor si mentenanta redusa

Prin optimizarea functionarii si controlului motoarelor de catre convertizoarele de frecventa se evita intrarea motoarelor in suprasarcina si incalzirea excesiva.

De asemenea, un convertizor de frecventa va actiona si ca un tampon la intrarea in sarcina a unui motor, protejand instalatia de socul electric de pornire a motorului, reguland, in schimb, intrarea in sarcina prin cresterea treptata atat a turatiei, cat si a puterii motorului pana la valorile nominale.

4. Convertizoarele de frecventa asigura cel mai mic curent de pornire dintre toate tipurile de startere

5. Convertizoarele de frecventa ofera un factor de putere mare, eliminand necesitatea altor echipamente externe de crestere a puterii

6. Cresterea sigurantei in exploatare

Studiu de caz – companie producatoare de gaze industriale – instalare convertizoare de frecventa

Aplicatie de pompare apa racita

In cadrul masuratorilor de audit energetic s-a determinat ca pompele 1 (75 kW) si 2 (30 kW) functioneaza cu grade de incarcare de 71.50%, respectiv 72,08%.

In ceea ce priveste randamentul global al agregatelor de pompare, acesta inregistreaza valori de 36.40% pentru pompa 1 (75 kW) si 37.00% pentru pompa 2 (30 kW).

Avand in vedere ca in cazul sistemelor de pompare debitul volumetric creste direct proportional cu turatia in timp ce presiunea creste proportional cu patratul turatiei, prin variatia turatiei ar putea rezulta economii importante de energie.

Pentru variatia turatiei este necesar sa se actioneze motorul de antrenare al unei pompe cu un convertizor de frecventa trifazat.

In acest caz, o pompa va functiona la sarcina nominala, iar cea condusa cu un convertizor de frecventa trifazat va prelua sarcina variabila.

Simulare consum energie electrica

Asa cum reiese din simularea facuta intr-un software specializat de la Eaton, actionarea cu un convertizor de frecventa trifazat asupra pompei 1 (75 kW) ofera o economie anuala de aproximativ 223 MWh, reducand consumul anual al pompei de la 345 MWh la 122 MWh.

Consumul anual de energie

Luand in calcul un cost mediu al energiei electrice de 0,07 eur/ kWh si costul convertizorului de frecventa (fara instalare), din punct de vedere economic rezulta o economie anuala de aproximativ 15.594 euro si o perioada de recuperare a investitiei de numai 4 luni si jumatate (0,379 ani).

Economii realizate

Dupa aceasta perioada, echipamentul aduce practic profit din punct de vedere financiar, dupa cum se poate observa:

Profit realizat

Citeste si studiul de caz realizat de Eaton pentru cresterea eficientei energetice prin utilizarea convertizoarelor de frecventa

Ventilatoare ce deservesc turnul de racire

Avand in vedere ca in cazul ventilatoarelor nu a fost posibila masurarea debitului de aer vehiculat, acestea au fost analizate doar din punct de vedere electric.

Cele 2 ventilatoare sunt antrenate cu motoare electrice asincrone cu 2 trepte de turatie.

La data masuratorilor, motoarele functionau cu grade de incarcare de 66.43%, respectiv 72.02%.

Eficienta energetica a ansamblului motor–ventilator poate fi crescuta prin actionarea unui agregat cu turatie variabila.

La actionarea ventilatoarelor, cuplul static al sarcinii este proportional cu patratul vitezei: Ms=k*ω².

In acest caz, puterea mecanica la arborele motorului este: Ps= k*ω³. Faptul ca puterea statica depinde de viteza de rotatie ofera posibilitatea obtinerii unei importante economii de energie prin variatia turatiei motorului de antrenare.

Se recomanda in acest caz actionarea motorului de antrenare al unui ventilator cu convertizoare de frecventa.

De asemenea, daca in cazul instalatiilor de pompare marimea in functie de care se face reglajul de turatie este presiunea, in cazul ventilatoarelor ce deservesc turnul de racire este temperatura (ecartul de temperatura).

Ciclu de viata ventilatorEstimare consum energie

Asa cum reiese din simularea facuta intr-un software specializat de la Eaton, actionarea cu un convertizor de frecventa a ventilatorului 1 ofera o economie anuala de aproximativ 52 MWh, reducand consumul anual al pompei de la 81 MWh la 29 MWh.

Consumul anual ventilator

Luand in calcul un cost mediu al energiei electrice de 0,07 eur/ kWh si costul convertizorului de frecventa (fara instalare), din punct de vedere financiar rezulta o economie anuala de aproximativ 3.664 euro si o perioada de recuperare a investitiei de numai 10,4 luni (0,868 ani).

Economii ventilator

Dupa aceasta perioada, echipamentul aduce practic profit din punct de vedere financiar, dupa cum se poate observa:

Profit ventilator

Perspective de viitor pentru convertizoare de frecventa

In prezent, in cadrul Uniunii Europene exista aproximativ 85 de milioane de motoare electrice de mari dimensiuni, acestea consumand intre 30 si 40% din energia electrica utilizata in Europa.

In momentul in care toate motoarele vor respecta cerintele privind eficienta energetica si vor fi controlate daca prezinta convertizoare de frecventa, consumul de energie al motoarelor va scadea cu un procent intre 20 si 30%, conform studiilor realizate de comisia Uniunii Europene.

Aceasta valoare corespunde unui procent de numai 7% din consumul total de energie electrica in cadrul UE.

 Convertizoare industriale Eaton

Stim ca solutiile pentru eficientizarea energetica sunt nenumarate, de aceea va rugam sa ne impartasiti din experienta dumneavoastra in zona de comentarii: care a fost modalitatea prin care ati reusit eficientizarea instalatiilor in care sunt utilizate motoare electrice de actionare supuse unor sarcini variabile?

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

Alătură-te conversației

2 comentarii

  1. 1. Care sunt caracteristicile minime pe care trebuie să le ofere un convertizor?
    2. Pentru 50 Hz, care este domeniul de variație solicitat convertizoarelor?
    3. Amortizarea armonicelor este solicitată drept caracteristică?
    4. Sunt motoare, alimentate de convertizoare, care se defectează din cauze care sunt presupuse (cu mare probabilitate) datorită supraîncălzirii prin armonici necontrolate).

  2. 1. Sa nu fie de mai mica putere ca cea a motorului si nici cu mult mai mare decat a acestuia daca este ales corect
    2. Nu inteleg intrebarea. 50 Hz este frecventa standard. Convertizoarele, in functie de producator si model pot varia frecventa in plaje foarte largi
    3. Nu, nu este solicitata drept caracteristica. Daca se doreste si amortizarea armonicilor atunci convertizorul poate fi echipat cu filtre de armonici
    4. Da sunt motoare care se defecteaza prin incalzire. De obicei sunt motoare special concepute pentru a fi actionate prin convertizoare de constructie speciala cu racire suplimentara

Lasă un comentariu

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Urmăriți-ne și pe Facebook: