Conversores de frequência VLT AQUA Drive para unidades de bombeamento

Nas modernas instalações de bombeamento, o mais difundido é o acionamento elétrico com controle de frequência. A base deste tipo de drive é um conversor de frequência semicondutor. Primeiro conversores de frequência semicondutores começou a ser usado em unidades de bombeamento no final dos anos 1960.

A Danfoss foi uma das primeiras a usar conversores de frequência semicondutores no acionamento de instalações centrífugas. Foi a primeira no mundo (desde 1968) a produzir uma série de conversores de frequência utilizados em instalações de bombeamento.

Utilizando seus muitos anos de experiência na utilização de conversores de frequência neste ramo da tecnologia, a empresa criou uma série de conversores de frequência VLT AQUA Drive destinados ao uso em instalações de bombeamento de sistemas de abastecimento de água e esgoto. Os conversores de drive VLT AQUA são fabricados para drives de 0,37 kW a 1400 kW.

O fator de potência do conversor também é bastante alto (cosphi ≥ 0,9), portanto, usar um inversor variável baseado no conversor VLT AQUA Drive não requer dispositivos adicionais que aumentem o cosphi (baterias de compensação estática, etc.).

Na fig. 1 mostra um diagrama esquemático do transdutor do VLT AQUA Drive e um diagrama típico de conexão externa (fonte de alimentação, motor da bomba, sensores, etc.). A visão externa dos conversores VLT AQUA Drive é mostrada na fig. 2.

Arroz. 1. Diagrama de conexão do conversor VLT AQUA Drive

Arroz. 2. Conversores de frequência «Danfoss» série VLT AQUA Drive

O VLT AQUA Drive destina-se ao uso em instalações de bombeamento para abastecimento de água, descarte de águas residuais e sistemas de irrigação. Nesse sentido, possui uma série de particularidades que conferem as propriedades necessárias para operar nessas condições, listadas a seguir.

1. O sistema de controle do conversor fornece regulação automática de controladores integrais proporcionais, devido aos quais os ganhos dos reguladores PI são ajustados dependendo da resposta do objeto de controle (reservatório-bomba-linha de água) a mudanças no modo de operação inserido de o sistema acionamento variável.

Graças a esta propriedade, o controlador PI é ajustado individualmente para cada objeto específico e não requer ajuste preciso dos componentes proporcional (P) e integral do controlador ao comissionar o conversor.

2. O sistema de controle do conversor VLT AQUA Drive garante o enchimento gradual da tubulação vazia, evitando o risco de choque hidráulico e consequentes danos às tubulações e equipamentos hidromecânicos.Essa propriedade é especialmente valiosa para unidades de bombeamento de irrigação, que geralmente são incluídas na operação de canos de água vazios. O enchimento do abastecimento de água é realizado por um sinal sensor de pressão em alguns passos.

3. O sistema de controle do conversor VLT AQUA Drive tem a capacidade de sinalizar a queda de pressão na tubulação abaixo do valor ajustado quando a bomba atingir a velocidade nominal (ponto A). Este sinal indica a necessidade de ligar uma bomba adicional se um grupo de bombas estiver funcionando na linha de água.

Se uma única bomba for destinada a operar em rede de água isolada, o sinal indica uma ruptura de água ou um grande vazamento de água do sistema. Nesse caso, a unidade da bomba é desligada e são tomadas medidas para eliminar o mau funcionamento do abastecimento de água.

4. O sistema de controle do conversor tem a capacidade de regular a velocidade da bomba quando esta está parada. Graças a esta propriedade, a velocidade de rotação é gradualmente reduzida para a velocidade de rotação correspondente ao momento de fechamento da válvula, o que evita a ocorrência de golpe de aríete no sistema e influências mecânicas na própria válvula.

5. O sistema de controle do inversor VLT AQUA Drive tem a capacidade de detectar funcionamento a seco. O sistema avalia continuamente as condições de operação da bomba com base nos resultados da medição dos parâmetros do drive (velocidade e potência do drive). Com baixo consumo de energia, que ocorre com pouco ou nenhum fluxo, a unidade de bombeamento para.

6. O controlador de frequência do VLT AQUA Drive pode operar no modo hibernação.Este modo é entendido como o funcionamento da bomba com uma vazão muito baixa, o que corresponde a um baixo consumo de energia. Isso geralmente acontece quando a bomba está funcionando em baixa velocidade.

O sistema de controle, comparando a velocidade da bomba e a potência consumida por ela, coloca o sistema em «modo hibernação». Em fluxo baixo, a bomba aumenta a pressão até o valor necessário e para. Além disso, o sistema de controle monitora a pressão no sistema de abastecimento de água ou o nível de águas residuais no tanque receptor da estação de esgoto.

Quando a pressão no sistema de abastecimento de água cai ou o nível de esgoto no tanque receptor da estação de bombeamento aumenta, a bomba é colocada em operação. Devido à propriedade do sistema de controlo de proporcionar um «modo de suspensão», reduz-se o desgaste da unidade elevatória, impedindo o seu funcionamento com uma pequena entrada de água ou um pequeno caudal de águas residuais no depósito recetor da estação elevatória. A presença desta função do conversor permite economizar em média 5% da energia consumida para o abastecimento de água.

7. O sistema de controle do conversor VLT AQUA Drive possui uma função que considera a perda de carga na linha de água da estação de bombeamento até o ponto de comando da rede de água. Graças a esta função, a pressão necessária é ajustada na saída da estação de bombeamento de acordo com a mudança no abastecimento de água. Isso leva em consideração que a perda de pressão nas tubulações é proporcional ao quadrado da vazão.

Esta propriedade permite fornecer a carga necessária no final da linha de água sem um sensor de pressão.No entanto, pode ser usado com eficácia apenas na ausência de drenagem intermediária de água ao longo da tubulação.

8. Junto com as propriedades mencionadas do conversor VLT AQUA Drive do sistema de controle, o seguinte deve ser observado:

• garantir uma partida suave com uma determinada intensidade de partida e parada da bomba, o que evita danos aos mancais da bomba, reduz a probabilidade de choque hidráulico nas tubulações, reduz as correntes de partida na rede elétrica;

• garantindo a alternância das unidades de bombeamento como trabalhando e em modo de espera. Isso garante desgaste uniforme do recurso motor das unidades de bombeamento;

• Indicação de pagamento do conversor mostrando quanto tempo resta até que o VLT AQUA Drive seja totalmente restaurado.

Além disso, observamos separadamente recursos especiais de economia de energia de inversores de frequência baseados em conversores Danfoss.

1. Função AEO (função automática de otimização de energia). Graças a esta função, o inversor consome toda a energia necessária para fornecer o líquido em um determinado momento.

O uso desse recurso economiza 5 a 10% de energia adicional. Além disso, esse recurso reduz o consumo do drive potência reativa e, consequentemente, a corrente de carga do motor elétrico. Esta função é particularmente eficaz para mecanismos com momento de arrasto do ventilador (o momento de arrasto é proporcional ao quadrado da velocidade), incluindo bombas centrífugas. Esse recurso também reduz o ruído acústico do dispositivo.

2.Função de adaptação automática do motor embutida no inversor.O ajuste do conversor de frequência depende significativamente dos parâmetros internos do motor elétrico (resistência, indutância, etc.).

A função de adaptação automática permite determinar com precisão os parâmetros do motor conectado ao inversor e ajustá-lo. Esta função é importante nos casos em que os motores das bombas são substituídos, quando os parâmetros do motor mudam após o reparo e quando diferentes tipos de motores elétricos são conectados em série ao mesmo conversor.

A presença dessa função reduz o consumo de energia em 3-5% e, ao usar motores elétricos recondicionados, a economia chega a 10%. O uso de conversores de frequência de alta potência está associado à geração de harmônicos de ordem superior.

A presença de harmônicos mais altos na corrente leva ao superaquecimento dos fios do cabo, aumenta as perdas nos transformadores, piora as condições de trabalho bancos de capacitores… Além disso, o isolamento dos elementos das redes de energia envelhece prematuramente, os elementos dos dispositivos de proteção (dispositivos automáticos, fusíveis) são acionados de forma irracional, ocorrem interferências em redes de telecomunicações localizadas perto de cabos de energia.

Atualmente, muitos modelos de conversores de frequência são equipados com filtros de compatibilidade eletromagnética (EMC) integrados. Em particular, para evitar que harmônicos de corrente mais altos entrem na rede de alimentação externa, os conversores de frequência VLT AQUA Drive são equipados com indutores no link de corrente intermediário para reduzir as distorções harmônicas.