Los proveedores de dispositivos de retroalimentación de energía para convertidores de frecuencia recuerdan que, en la industria moderna, los motores son equipos de alto consumo energético con una amplia gama de aplicaciones. Según las estadísticas, la capacidad instalada total de China es de aproximadamente 400 millones de kilovatios, con un consumo eléctrico anual de aproximadamente 600 mil millones de kilovatios hora, lo que representa entre el 70 % y el 80 % del consumo eléctrico industrial. China depende principalmente de motores pequeños y medianos, que representan alrededor del 80 %, mientras que la cantidad de electricidad consumida por estos motores representa el 90 % de la pérdida total. En la aplicación práctica de los motores en China, existe una brecha significativa en comparación con otros países, con una eficiencia unitaria del 75 %, un 10 % inferior a la de otros países; la eficiencia operativa del sistema es del 30 % al 40 %, un 20 % inferior al nivel avanzado internacional. Por lo tanto, los motores pequeños y medianos en China tienen un gran potencial de ahorro energético, y promover la conservación de la energía de los motores es imperativo.
Gracias a su estructura simple, fácil fabricación, bajo precio, durabilidad, funcionamiento fiable y su idoneidad para entornos hostiles, los motores asíncronos se han utilizado ampliamente en la producción industrial y agrícola. Especialmente para el arrastre de bombas y ventiladores en diversas industrias, el ahorro energético de los motores de arrastre es muy valorado.
Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, especialmente el alto desarrollo y la aplicación de la tecnología de electrónica de potencia, tecnología microelectrónica y tecnología de control automático, el efecto de ahorro de energía de los convertidores de frecuencia se ha vuelto más significativo. No solo puede lograr una regulación de velocidad continua, sino que también opera eficientemente bajo diferentes cargas, con buenas características dinámicas y puede lograr un alto rendimiento, alta confiabilidad y control automático de alta precisión. En comparación con otros métodos de regulación de velocidad, como la regulación de velocidad de reducción de voltaje, regulación de velocidad de cambio de polos, regulación de velocidad de deslizamiento, regulación de velocidad de CA en cascada, etc., la regulación de velocidad de frecuencia variable tiene un rendimiento estable, un amplio rango de regulación de velocidad y alta eficiencia. Con el desarrollo de la teoría de control moderna y la tecnología de electrónica de potencia, la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de CA se está volviendo cada vez más perfecta y se ha convertido en la tendencia de la regulación de velocidad de motores de CA. Los dispositivos de control de velocidad de frecuencia variable (VFD) han sido ampliamente utilizados en el campo industrial.
El uso de convertidores de frecuencia para la transmisión de señales de control de velocidad es rápido, el sistema de control tiene un pequeño retardo, la respuesta es sensible, la precisión del sistema de ajuste es alta, su uso es conveniente y contribuye a mejorar la producción, garantizar la calidad y reducir los costos de producción. Por lo tanto, el uso de convertidores de frecuencia es un producto popular para el ahorro y la reducción del consumo de energía en fábricas y empresas mineras.
El dispositivo de ahorro de energía para motores de frecuencia variable es una revolucionaria nueva generación de productos de control específicos para motores. Basado en tecnología de control digital por microprocesador, ajusta dinámicamente la tensión y la corriente en el funcionamiento del motor mediante su software integrado de optimización del ahorro de energía. Sin modificar la velocidad del motor, garantiza que el par de salida se ajuste con precisión a la demanda de carga, evitando así el desperdicio de energía eléctrica causado por una potencia excesiva.
Los motores de CA son los más utilizados actualmente, representando aproximadamente el 85% de todos los tipos de motores. Presentan las ventajas de una estructura sencilla, un bajo coste y la ausencia de mantenimiento. Sin embargo, su punto débil es la dificultad de regulación de la velocidad, lo que limita su uso en muchas aplicaciones o requiere medios mecánicos para lograrlo.
Existen dos aplicaciones típicas de los convertidores de frecuencia según el tipo de carga: 1. Aplicación de par constante; 2. Aplicación de par variable. En cuanto a su propósito, los principales objetivos son: 1. Mejorar el proceso, garantizando la velocidad de rotación durante el proceso, la velocidad de rotación bajo diferentes cargas y un posicionamiento preciso. Gracias a su excelente regulación de velocidad, puede mejorar la productividad, la calidad del producto, el confort, optimizar los equipos, adaptar o mejorar el entorno, etc. 2. El objetivo principal de la transformación para el ahorro energético es lograr resultados significativos mediante el control de la velocidad de ventiladores y bombas que requieren regulación de caudal o presión.
El principio de regulación de velocidad de frecuencia variable
Las cargas de motor, como ventiladores, bombas de agua, compresores de aire, bombas de aceite hidráulico y bombas de circulación, representan la gran mayoría de los equipos que consumen mucha energía en las empresas. Debido a limitaciones técnicas, casi todos los sistemas de control de caudal, presión o volumen de aire para estas cargas son sistemas controlados por válvulas, donde el motor se acciona a la velocidad nominal y el sistema proporciona un caudal, presión o volumen de aire constantes. Cuando cambian los requisitos de funcionamiento del equipo, el caudal, la presión o el volumen de aire de la carga se ajustan mediante válvulas de sobrepresión, de alivio o reguladores proporcionales ubicados en el extremo de salida para satisfacer las necesidades cambiantes de las condiciones de funcionamiento del equipo. Tras el sobreflujo de la válvula de sobrepresión o la válvula de control proporcional, se libera una gran cantidad de energía, que en realidad forma parte de la energía que el motor absorbe de la red eléctrica, lo que provoca un gran desperdicio de energía eléctrica. De las características de funcionamiento de este tipo de carga, se puede observar que la potencia del motor es proporcional al cubo de la velocidad, y la velocidad es proporcional a la frecuencia. Si cambiamos el modo de trabajo del motor para que no siempre funcione a la frecuencia de trabajo nominal, sino que utilice un sistema de control de ajuste de frecuencia variable para el control de inicio y parada y la operación de ajuste, su velocidad se puede ajustar continuamente dentro del rango de 0 ~ 2900r/min, es decir, el caudal de salida, la presión o el volumen de aire también se pueden ajustar continuamente dentro del rango de 0 ~ 100%, para adaptarse con precisión a las necesidades de trabajo de la carga y lograr el objetivo de conservación de energía y reducción del consumo.
La velocidad del motor de CA es la siguiente: n=60f (1-s)/p
En la fórmula: n=velocidad del motor
F=frecuencia de potencia
P=número de polos del motor
S=tasa de deslizamiento
Como se puede observar en la ecuación, la velocidad síncrona n de un motor de CA es directamente proporcional a la frecuencia de potencia f. Por lo tanto, al cambiar la frecuencia de potencia, se puede modificar la velocidad del motor y lograr la regulación de velocidad.
Principio de regulación de velocidad de frecuencia variable para ahorro de energía
La regulación de velocidad de frecuencia variable ahorra electricidad. Como su nombre indica, solo la regulación de velocidad de frecuencia variable puede ahorrar electricidad. A continuación, se presenta un análisis de los principios de ahorro de energía para dos aplicaciones de carga típicas.
(1) Aplicaciones de carga de par constante
La carga de par constante significa que, independientemente de los cambios en la velocidad, el par de carga permanece constante.
La siguiente fórmula: P=K * T * N
K=coeficiente
P=potencia en el eje
T=par de carga
N=velocidad de rotación
De la fórmula anterior se desprende que la potencia en el eje es directamente proporcional a la velocidad del motor. Al ajustar la velocidad del motor según las necesidades del proceso, se logra naturalmente el ahorro de energía correspondiente.
(2) Aplicaciones de carga de par variable
Los ventiladores y bombas centrífugos pertenecen a cargas de par variable típicas, y sus características de funcionamiento son: la mayoría funcionan de forma continua durante largos periodos. Dado que el par de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad, una vez que esta supera la velocidad nominal, se produce una sobrecarga grave del motor. Por lo tanto, los ventiladores y bombas generalmente no funcionan a frecuencias superiores a la nominal.