Os fornecedores de unidades de frenagem com conversores de frequência alertam que, devido à forte promoção da tecnologia de conversores de frequência e à intensa atuação dos comerciantes desses equipamentos, algumas empresas industriais, inconscientemente, associaram o uso de conversores de frequência à conservação de energia e à economia de eletricidade. Contudo, na prática, devido às diferentes situações enfrentadas, muitas empresas percebem gradualmente que nem todos os locais onde os conversores de frequência são aplicados resultam em economia de energia e eletricidade. Quais são, então, os motivos para essa situação e quais são os equívocos comuns sobre os conversores de frequência?
1. O conversor de frequência pode economizar energia elétrica quando usado em todos os tipos de motores.
A capacidade de um conversor de frequência alcançar economia de energia depende das características de regulação de velocidade da sua carga. Para máquinas centrífugas, ventiladores e bombas d'água, que pertencem à categoria de cargas com torque quadrático, a potência de saída do motor deve seguir as condições P ∝ Tn e P ∝ n³, ou seja, a potência de saída no eixo do motor deve ser proporcional ao cubo da velocidade. Portanto, para cargas com torque quadrático, o efeito de economia de energia dos conversores de frequência é mais expressivo.
Para cargas de torque constante, como sopradores Roots, o torque é independente da velocidade. Geralmente, uma saída de exaustão é instalada e controlada por uma válvula. Quando o volume de ar excede a demanda, o excesso de ar é descarregado para realizar o ajuste. Nesse caso, a regulação da velocidade pode ser usada para a operação, o que também pode gerar economia de energia. Além disso, para cargas de potência constante, a potência é independente da velocidade. Nesses casos, não há necessidade de usar um conversor de frequência.
2. Conceitos errôneos sobre métodos incorretos no cálculo do consumo de energia
Muitas empresas costumam usar a compensação de potência reativa com base na potência aparente ao calcular a eficácia da economia de energia. Por exemplo, quando um motor está funcionando em plena carga sob condições de frequência da rede, a corrente operacional medida é de 194 A. Após a utilização da regulação de velocidade por frequência variável, o fator de potência durante a operação em plena carga aumenta para cerca de 0,99. Nesse momento, a corrente medida é de 173 A. A razão para a diminuição da corrente é que o capacitor de filtragem interno do conversor de frequência melhora o fator de potência do sistema.
De acordo com o cálculo da potência aparente, o efeito de economia de energia é o seguinte:
ΔS=UI=380×(194-173)=7,98kVA
O efeito de economia de energia é de cerca de 11% da potência nominal do motor.
Na verdade, a potência aparente S é o produto da tensão pela corrente. Sob as mesmas condições de tensão, a variação da potência aparente é proporcional à variação da corrente. Considerando a reatância do sistema no circuito, a potência aparente não representa o consumo real de energia do motor, mas sim a capacidade máxima de saída em condições ideais. O consumo real de energia do motor é geralmente expresso como potência ativa.
O consumo real de energia de um motor é determinado pelo próprio motor e sua carga. Após o aumento do fator de potência, a carga do motor não se altera, e a eficiência do motor também não. Portanto, o consumo real de energia do motor não se altera. Após o aumento do fator de potência, não houve alteração no estado de operação do motor, na corrente do estator, nas correntes ativa e reativa. Então, como o fator de potência é melhorado? A razão reside no capacitor de filtragem dentro do conversor de frequência, e parte do consumo do motor é a potência reativa gerada pelo capacitor de filtragem. A melhoria do fator de potência reduz a corrente de entrada real do conversor de frequência e também reduz as perdas na linha e no transformador da rede elétrica. No cálculo acima, embora a corrente real seja usada para o cálculo, a potência aparente é calculada em vez da potência ativa. Portanto, usar a potência aparente para calcular os efeitos de economia de energia é incorreto.
Como um circuito eletrônico, o próprio conversor de frequência também consome energia.
Pela composição do conversor de frequência, percebe-se que ele próprio possui circuitos eletrônicos e, portanto, consome energia durante o funcionamento. Embora consuma menos energia em comparação com motores de alta potência, seu próprio consumo é um fato objetivo. Segundo cálculos de especialistas, o consumo máximo de energia de um conversor de frequência é de cerca de 3 a 5% de sua potência nominal. Um ar-condicionado de 1,5 cavalos de potência consome de 20 a 30 watts de eletricidade, o equivalente a uma lâmpada acesa continuamente.
Em resumo, é fato que os conversores de frequência possuem funções de economia de energia quando operam na frequência da rede elétrica, mas para isso, é necessário: primeiro, alta potência e que a carga seja de um ventilador/bomba; segundo, que o próprio dispositivo possua função de economia de energia (com suporte de software); terceiro, operação contínua por longo período. Essas são as três condições sob as quais um conversor de frequência pode demonstrar efeitos de economia de energia.
A conservação de energia e a redução do consumo são objetivos e princípios eternos da indústria manufatureira. No entanto, para as empresas industriais, é fundamental compreender em que circunstâncias os conversores de frequência devem ser utilizados, em quais situações seu uso é inadequado e considerar de forma abrangente a configuração total dos conversores. Os riscos de harmônicos causados pela configuração excessiva de conversores de frequência são um consenso. Portanto, é necessário utilizar os conversores de frequência de forma racional para alcançar, de fato, a estratégia de conservação de energia, redução do consumo e desenvolvimento sustentável.