Webinar ABB - Voltimum Softstarter Especificação, Aplicação e Vantagens

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1 ABB Produtos Baixa Tensão Seminário online Economia de energia através de Inversores de frequência e seu funcionamento Webinar ABB - Voltimum Softstarter Especificação, Aplicação e Vantagens Por: José Francisco Rodrigues Neto Engenheiro eletricista, chefe de produto de Inversores de Frequência e Soft-starters na Schneider Electric 17 Setembro 2014 Voltimum 1

2 Economia de energia com inversores de frequencia Jose F. R. Neto Chefe de Produto

3 Antes de irmos ao inversor, vamos primeiro dar uma olhada no lado da carga! 3

4 Tipos de carga Tenha em mente... I(corrente de saida) α C (conjugado do sistema) Para tanto, existem, basicamente, 2 tipos de cargas: Conjugado variável ( torque variável ) Conjugado constante ( torque constante ) 4

5 Tipos de carga Torque variável: o perfil de conjugado (torque) que a carga demanda varia numa taxa conhecida em relação à velocidade da carga. Tipicamente bombas centrifugas e ventiladores; Torque constante: o perfil de conjugado (torque) que a carga demanda varia SEM uma taxa conhecida em relação à velocidade da carga. Na real, o torque depende pouco da velocidade da carga. Sobrecargas de torque PODEM ser requeridas em toda a faixa de velocidade; Todas as outras cargas que não sejam Torque Variável 5

6 Tipos de carga Torque variável T torque T = k. ω 2 ω speed 6

7 Tipos de carga Torque constante T torque T = k ω speed 7

8 Tipos de carga Potencia Mecanica (T x w) P ω 8

9 Tipos de carga Torque constante P = k.ω Potencia Mecanica (T x w) P ω 9

10 Tipos de carga Torque constante P = k.ω Potencia Mecanica (T x w) Torque variável P = k.ω 3 P ω 10

11 Inversores de frequencia

12 Inversor de Frequencia Estrutura geral Inversor Parte de potencia Feedback de Velocidade Corrente Alimentação de entrada Filtro EMC Conversor de frequencia M Frenagem Proteções Parte de controle HMI Controle da aplicação Controle do motor I/O Comunicação PLC 12

13 Inversor de Frequencia Parte de potencia Ponte Retificadora Filtro Ponte inversora D1 D2 D3 Link CC T1 T3 T5 R S T C M 3 ~ D4 D5 D6 T2 T4 T6 Controle do PWM 13

14 Inversor de Frequencia Parte de potencia R S T Ponte Retificadora D1 D2 D3 Link CC Filtro T1 Ponte inversora T3 T5 R S T C M 3 ~ D4 D5 D6 T2 T4 T6 Retificador Retifica a onda de entrada Controle do PWM 14

15 Inversor de Frequencia Parte de potencia R S T Ponte Retificadora D1 D2 D3 Link CC Filtro T1 Ponte inversora T3 T5 R S T C M 3 ~ D4 D5 D6 T2 T4 T6 Retificador Retifica a onda de entrada Controle do PWM Filtro Suaviza o ripple 15

16 Inversor de Frequencia Parte de potencia R S T Ponte Retificadora D1 D2 D3 Link CC Filtro T1 Ponte inversora T3 T5 u m i m R S T C M 3 ~ D4 D5 D6 T2 T4 T6 Retificador Retifica a onda de entrada Controle do PWM Filtro Suaviza o ripple Ponte inversora Produção de onda trifasica com tensão e frequencia controlada 16

17 Inversor de Frequencia Parte de potencia Forma de onda na saida do inversor Tensão Corrente 17

18 Inversor de frequencia Parte de controle Inversor Set-point de velocidade PI de velocidade + - ε ε x k PI de torque + - ε PWM Sensor Corrente M Encoder Feedback Feedback velocidade corrente Estimador de velocidade Malha aberta Malha fechada PI de velocidade diz ao PI de torque: Me forneça torque suficiente para atingir o set-point de velocidade 18

19 Inversor de frequencia Parte de controle Inversor Set-point de velocidade PI de velocidade + - ε ε x k PI de torque + - ε PWM Sensor Corrente M Encoder Feedback Feedback velocidade corrente Estimador de velocidade Malha aberta Malha fechada PI de velocidade diz ao PI de torque: Me forneça torque suficiente para atingir o set-point de velocidade 19

20 Inversor de Frequencia Beneficios Vantagens: Torna o motor CA um equipamento de alto desempenho Economia de energia Redução de picos de partida no motor Possibilita o sub-dimensionamento da rede de alimentação (trafos, cabos) Aumenta vida util das partes mecanicas do sistema Aumenta a vida util do motor Compensa algumas falhas na rede de alimentação Custo: O inversor de frequencia é um gerador de perturbações eletromagneticas (harmonicas) 20

21 Economia de energia com Inversores de frequencia

22 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 22

23 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 23

24 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 24

25 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 25

26 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 26

27 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 27

28 Economia de Energia Como é feito o controle de fluxo hoje nos sistemas de bombeamento? 28

29 Economia de Energia 29

30 Potencial de economia de energia no Brasil 30

31 O dilema da energia veio para ficar Os fatos A necessidade Demanda de energia Em 2050 Eletricidade em 2030 vs Emissões de CO 2 para evitar mudanças climaticas catastroficas até 2050 Source: IPCC 2007, figure (vs level) Apagões mais frequentes Preços da energia subindo Mudanças climáticas Conflitos por acesso e controle de recursos 31

32 O dilema da energia veio para ficar Os fatos A necessidade Demanda de energia Em 2050 Eletricidade em 2030 vs Emissões de CO 2 para evitar mudanças climaticas catastroficas até 2050 Source: IPCC 2007, figure (vs level) Apagões mais frequentes Preços da energia subindo Mudanças climáticas Conflitos por acesso e controle de recursos 32

33 O dilema da energia no Brasil 42% do consumo de energia eletrica no Brasil é realizado na Industria 33

34 O dilema da energia no Brasil 42% do consumo de energia eletrica no Brasil é realizado na Industria 62% deste consumo é responsabilidade de motores elétricos, ou seja, 1/4 do total de energia eletrica do Brasil é consumido por motores eletricos 34

35 O dilema da energia no Brasil 42% do consumo de energia eletrica no Brasil é realizado na Industria 62% deste consumo é responsabilidade de motores elétricos, ou seja, 1/4 do total de energia eletrica do Brasil é consumido por motores eletricos Aproximadamente 70% das aplicações com motores eletricos na Industria são bombas e ventiladores 35

36 O dilema da energia no Brasil 42% do consumo de energia eletrica no Brasil é realizado na Industria 62% deste consumo é responsabilidade de motores elétricos, ou seja, 1/4 do total de energia eletrica do Brasil é consumido por motores eletricos Aproximadamente 70% das aplicações com motores eletricos na Industria são bombas e ventiladores Ou seja, aproximadamente 17% de toda energia eletrica consumida no Brasil é drenada em aplicações de bombas e ventiladores, justamente os tipos de aplicações que trazem maior potencial de economia de energia na utilização de inversores de frequencia 36

37 O dilema da energia no Brasil Por outro lado, em paises mais desenvolvidos, tais como EUA e Japão o total de aplicações de bombas e ventiladores rodando com inversor de frequencia é de 30% 37

38 O dilema da energia no Brasil Por outro lado, em paises mais desenvolvidos, tais como EUA e Japão o total de aplicações de bombas e ventiladores rodando com inversor de frequencia é de 30% No Brasil, este numero beira apenas 2%!! 38

39 O dilema da energia no Brasil Por outro lado, em paises mais desenvolvidos, tais como EUA e Japão o total de aplicações de bombas e ventiladores rodando com inversor de frequencia é de 30% No Brasil, este numero beira apenas 2%!! Fazendo uma conta de padeiro, estima-se que existam 13 milhões de motores eletricos instalados na industria brasileira. Se 70% é bomba e ventilador, logo falamos de 9,1 milhões destes equipamentos. No Brasil, apenas 2% estão instalados com inversores, ou seja, aprox. 180 mil. Já em economias maiores, isto beira a 30%, ou digamos, aprox. 2,7 milhões. Estamos falando de aprox. 2,5 milhões de OPORTUNIDADES IMEDIATAS!! 39

40 Obrigado!! Jose F. R. Neto Chefe de Produto IDVSD