Os Drives Economizam Energia

Como os drives economizam energia

A energia é definida como a capacidade que um sistema físico tem para realizar um trabalho. Em sua essência, a energia é uma quantidade fundamental que pode existir em uma gama de formas diferentes, mais especialmente como energia térmica, luminosa, cinética, elétrica e potencial. A energia não pode ser criada ou destruída, mas pode mudar de uma forma para outra. Por exemplo, a energia cinética (movimento) de uma palma pode ser tornar uma energia sonora quando as mãos entram em contato uma com a outra.

A eficiência energética se refere à proporção de energia útil que pode ser convertida de uma fonte 
em uma forma desejada. Em qualquer transferência de energia, a 'forma de energia desejada' de saída (se medida em joules) é sempre menor que a fonte de energia em joules, pois um pouco de energia é consumido em diferentes formas durante a conversão.

Os motores autônomos não podem alterar sua velocidade. Eles são projetados para girar em uma velocidade estabelecida com base no número de pólos magnéticos incorporados e na tensão de alimentação e frequência aplicadas neles. Mesmo em sistemas de velocidade fixa, talvez seja difícil encontrar um motor que gire na velocidade correta para uma aplicação designada. Talvez seja necessário adquirir peças adicionais como:[pic 1]

• Engrenagens
• Controles de processo (dampers)
• Drives CA

Todos os motores possuem uma placa de identificação que indica quão rápido eles girarão em revoluções por minuto (rpm) e a uma determinada frequência de tensão e corrente de carga. Os drives CA são dispositivos desenvolvidos para fornecer um controle de velocidade efetivo de motores CA ao manipular a tensão e a frequência e, portanto, o fluxo magnético dentro do circuito do motor.

Controlar a velocidade de um motor usando drives CA modernos não apenas fornece aos usuários um controle de processo muito melhor, mas também pode reduzir o desgaste nas máquinas, aumentar o fator de potência e proporcionar uma grande economia de energia.

Muitos perfis de carga de aplicação podem ser agrupados nas seguintes categorias de torque:

• Carga de torque constante - como os transportadores, que frequentemente exigem um torque inicial próximo ao torque nominal do motor e que mostram apenas pequenas alterações quando atingem a velocidade nominal.
• Cargas de torque linear - como os compressores de parafuso, que têm uma exigência de torque mais linear que aumenta proporcionalmente com a velocidade.
• Cargas de torque variável - como as bombas e ventoinhas, que têm requisitos de torque que aumentam em proporção ao quadrado da velocidade e atingem um torque de 100% bem abaixo da velocidade nominal.

[pic 2]

Usando o controle de velocidade, a economia mais significativa pode ser atingida em aplicações que obedecem a um requisito de torque variável como as bombas e ventoinhas. Devido à relação da lei do cubo entre a velocidade e a potência, reduzir simplesmente a velocidade de uma ventoinha em 20% poderá render uma economia de energia de quase 50%.

A redução da velocidade do motor é normalmente a primeira etapa na redução de contas de energia, pois pequenas alterações na velocidade podem render uma grande economia de energia. Os drives CA fornecem meios para isso, mas eles podem fazer ainda mais?

Torque quadrático

O torque quadrático, chamada de 'torque variável’ ou ‘lei do quadrado', é um recurso dentro dos drives CA Control Techniques que pode proporcionar uma economia de energia adicional ao controlar cargas de torque variável como as de bombas e ventoinhas.

A variação na velocidade das cargas de torque variável pode render uma economia de energia proporcional ao cubo da redução da velocidade. Isso ocorre porque a energia é um produto do torque e da velocidade, com cargas de torque variável que têm exigências de torque que aumentam em proporção ao quadrado da velocidade. No modo de tensão-frequência linear, os drives CA podem fornecer um torque de 100% para a velocidade nominal do motor, o que significa que, nas aplicações de torque variável, sempre há muita capacidade de torque 'à mão' abaixo da velocidade nominal.

[pic 3]

O modo de lei do quadrado manipula a relação linear de tensão para frequência de modo que a capacidade de torque e, portanto, a oscilação, nas bobinagens do estator seja reduzida, minimizando as perdas.

Dinâmica do modo V/F

Os drives Control Techniques incluem o modo dinâmico de V para F, que se destina a aplicações em que a perda de potência no motor deve ser mantida em um nível mínimo sob condições de carga baixa. Nesse modo, o drive irá variar a característica de tensão para frequência que aplica no motor dependendo do nível de carga como, por exemplo, em níveis de carga leve, em que a tensão no motor é reduzida para certa frequência. Isso reduz a corrente de magnetização (ou produção de oscilação) que, por sua vez, diminui as perdas no motor.

Controle PID

Conforme previamente discutido, os drives CA podem reduzir significativamente o consumo de energia ao variar a velocidade do motor para corresponder precisamente ao esforço requerido pela aplicação. Para variar a velocidade do motor de modo dinâmico, é necessário um regulador de malha fechada (ou malha de controle) que considere a saída medida de um processo. Aplicações comuns onde esse procedimento é usado incluem controle de pressão, de nível e de temperatura. O método mais comum de regulagem é a malha de controle PID (Derivada-Integral-Proporcional). Todos os drives Control Techniques possuem malhas PID simples ou múltiplas incorporadas no produto.