Inversores de frequência variável HVAC: como dimensionar um, quais modelos escolher e o que vem depois

Você está segurando uma placa de identificação do motor em uma mão e uma cotação do fornecedor na outra, e os dois obviamente não estão alinhados. A maioria dos guias sobre o inversor de frequência HVAC explica por que a velocidade variável economiza energia. Este começa onde termina: qual drive se adapta ao seu motor, o que o drive acrescenta que você deve projetar e o que comprar quando seu modelo for descontinuado.

1. Resposta rápida: O que um VFD faz em um sistema HVAC

Um inversor de frequência variável varia a frequência e a tensão fornecidas a um motor CA, de modo que a velocidade do ventilador ou da bomba siga a carga real de aquecimento ou resfriamento, em vez de funcionar totalmente contra um amortecedor ou válvula.Em ventiladores centrífugos e bombas que ficam com carga parcial a maior parte do ano, isso reduz drasticamente a energia, porque a potência do eixo segue o cubo da velocidade.

Essa última coluna não é de preenchimento. Esses três itens decidem se a instalação funcionará por dez anos ou se você terá um rolamento com defeito em dezoito meses. A seção 6 cobre cada um deles.

2. O que realmente é um VFD e o que não é

VFD, VSD, inversor, inversor CA e conversor de frequência geralmente nomeiam o mesmo produto.Inversor significa estritamente o estágio de saída CC para CA, mas os fabricantes japoneses rotulam toda a unidade dessa forma, os europeus escrevem conversor de frequência, os norte-americanos dizem drive CA. Dica de fornecimento: uma consulta dizendo apenas "inversor" pode ser lida como um inversor solar, portanto anexe a placa de identificação ou um número de peça.

A energia funciona em uma direção: entrada CA, retificada para CC, suavizada no barramento CC, comutada de volta para CA de frequência variável por IGBTs sob modulação por largura de pulso. Os capacitores eletrolíticos do barramento CC definem a vida útil projetada de toda a unidade, e essa vida útil diminui drasticamente à medida que a temperatura interna aumenta. Pergunte a qualquer fornecedor sobre a vida útil projetada do capacitor e a temperatura ambiente que ele assume.

O controle V/f simples é suficiente para ventiladores e bombas centrífugas. Use o controle vetorial somente para cargas de deslocamento positivo que necessitam de torque em baixa velocidade, resposta dinâmica rápida ou limites de torque usados ​​como proteção. Muitos drives HVAC omitem-no completamente, o que indica a conclusão da indústria.

3. Por que o HVAC é adequado para VFDs e por que sua economia será menor que a do folheto

A relação do cubo é válida somente para cargas centrífugas de torque variável. Aplique-o a uma bomba de deslocamento positivo ou a um compressor de parafuso e a aritmética deixa de ser verdadeira. Os edifícios também quase nunca ficam com carga projetada, uma vez que o equipamento é selecionado para condições de pico, uma margem é adicionada e, então, a capacidade é reservada para futuros inquilinos.

Quatro coisas consomem a economia teórica, em ordem de tamanho.A carga estática vem primeiro: se a curva do sistema tiver uma interceptação estática, como qualquer circuito aberto com sustentação, a potência cai muito mais lentamente do que a lei do cubo sugere, e esta é a principal razão pela qual os resultados de campo perdem os números do folheto. Em segundo lugar, limites mínimos de velocidade, uma vez que as bombas enfrentam restrições mínimas de fluxo e cavitação. Terceiro, as perdas de acionamento, que crescem proporcionalmente com carga leve. Quarto, a eficiência do motor e o fator de potência caem em frequência reduzida. Portanto, pegue o valor da lei de afinidade e reduza-o pela fração estática da carga total. Mesmo após essa correção, um ventilador ou bomba funcionando por longas horas em carga parcial continua sendo um dos melhores retornos em um edifício.

4. Onde os VFDs passam em um sistema HVAC

Três detalhes que a mesa não pode conter. Os ventiladores da torre de resfriamento estimulam a ressonância estrutural em determinadas velocidades, portanto, o programa pula bandas de frequência em vez de encontrá-las através de soldas rachadas. As bombas de água gelada não podem desacelerar indefinidamente porque os circuitos da serpentina e o evaporador precisam de vazão mínima. E no controle de pressão estática da AHU, a posição do sensor limita suas economias antes de você comprar qualquer coisa.

Os ventiladores de exaustão de fumaça e de segurança podem funcionar em unidades, mas os requisitos vêm dos códigos de incêndio locais e da autoridade competente. Cada um precisa de um modo de disparo definido e geralmente de um bypass, abordado em 6.6. Confirme com seu AHJ.

5. Como dimensionar e selecionar um VFD HVAC

5.1 A lista de verificação de seis-etapas

1. Leia a placa de identificação e o tamanho do motor na corrente nominal, nunca apenas em kW.Dois motores de classificação idêntica diferem em corrente em bem mais de 10%, dependendo da classe de eficiência, contagem de pólos e tensão, e em retrofits a classificação plaqueada muitas vezes não corresponde à carga real.
2. Meça a tensão e a frequência de alimentação no localem vez de assumi-los.
3. Classifique a cargacomo torque variável ou torque constante. Consulte 5.2.
4. Verifique o requisito de sobrecarga.Ventiladores e bombas raramente precisam de mais do que uma modesta sobrecarga de curto prazo, razão pela qual existem classificações de torque variável.
5. Aplicar redução de classificação ambiental.Consulte 5.4.
6. Decida a interface, analógico ou fieldbus, antes de escolher um número de peça. Adicionar um cartão de comunicação posteriormente custa mais do que especificá-lo agora.

5.2 Torque variável versus torque constante

Um modelo de inversor carrega duas classificações de corrente e o valor de torque constante é o mais baixo. Ventiladores e bombas HVAC usam classificação de torque variável. Exceções: bombas de deslocamento positivo, compressores de parafuso e qualquer coisa que comece sob carga.

Fazer isso ao contrário custa dinheiro nos dois sentidos. Escolha o valor de torque variável para uma carga de torque constante e o inversor desarmará por sobrecorrente durante a partida ou oscilações de carga. Escolha o valor de torque constante para um ventilador e você pagará por uma estrutura desnecessária. O erro comercial comum é fazer o pedido com base no número maior em uma tabela de seleção quando a carga real é um torque constante.

5.3 Tensão e frequência por região

Três regras. A classe de tensão de entrada deve corresponder à alimentação local, uma vez que um inversor tolera muito menos desvios do que um soft starter e desarma em vez de passar. Acionar um motor de 50 Hz para 60 Hz leva-o ao enfraquecimento do campo, enquanto a potência do ventilador aumenta com o cubo da velocidade, de modo que a sobrecarga chega rapidamente em projetos-entre regiões. E a classe de tensão pode ser lida no código do pedido, que é como você verifica uma cotação antes de enviá-la. Nossobiblioteca de modelosdecodifica números de peça por marca.

5.4 Derating: ambiente, altitude, frequência portadora

Três condições aumentam o tamanho do quadro. Os drives normalmente são classificados em 40 graus, enquanto um painel fechado em uma sala de fábrica geralmente fica entre 45 e 50 graus. A redução de altitude geralmente começa acima de 1000 m. O aumento da frequência portadora reduz o ruído audível do motor, mas requer redução de capacidade e interage com o comprimento do cabo e EMC na seção 6. Pegue a curva do manual do número da peça e dimensione a ventilação do painel a partir da perda de calor publicada.

5.5 Exemplo resolvido: um ventilador de alimentação AHU de 22 kW

Dado:Motor de quatro pólos de 22 kW, placa de identificação 42 A, 400 V 50 Hz, painel de parede em sala de fábrica atingindo 45 graus, local a 500 m, Modbus RTU exigido pelo BMS.

1. Ventilador de alimentação centrífuga, portanto, torque variável e controle V/f são suficientes.
2. A classificação de torque variável contínuo deve exceder 42 A com margem. Rejeite exatamente qualquer modelo avaliado em 42 A.
3. A sobrecarga de torque variável padrão é adequada aqui.
4. 45 graus excede a classificação de 40 graus, portanto, reduza a capacidade de acordo com a curva do fabricante; 500 m não necessita de correção de altitude. A redução puxa a corrente utilizável abaixo de 42 A, então mova um quadro para cima.
5. O Modbus RTU está integrado na maioria das faixas atuais, portanto, não há cartão opcional, mas confirme pelo número da peça.

Resultado:um inversor de torque variável classe 30 kW, 400 V, com Modbus-integrado. Os candidatos incluem oSiemens SINAMICS G120eABB ACS580 ou ACH580famílias.

Envie a foto da placa de identificação e as condições do local e confirmaremos o tamanho do quadro em relação aos dados de redução de classificação do fabricante antes de fazer o pedido.

Peça um cheque.

6. Os problemas que um VFD apresenta e como elaborá-los

6.1 Tensão do eixo e estrias do rolamento

Sintoma: falha precoce do rolamento, padrão de tábua de lavar na pista, mudança no ruído de funcionamento. Causa: a tensão de modo comum da comutação PWM empurra a corrente através da capacitância parasita dentro do motor e, como os rolamentos selados modernos raramente falham por contaminação, a erosão elétrica tornou-se um dos principais modos de falha. As correções são um anel de aterramento do eixo, um rolamento isolado ou um filtro de saída. Em motores maiores, um anel de aterramento na extremidade do acionamento e um rolamento isolado na extremidade cortam o caminho da corrente circulante em vez de drenar uma extremidade. NEMA MG-1 Parte 31 é a referência para motores com operação de inversor e o custo é uma fração de um rebobinamento. O risco aumenta com o tamanho do motor, comprimento do cabo e frequência portadora, portanto, em um ventilador pequeno com cabo curto, você pode ignorá-lo.

6.2 Harmônicos

Comece quando você puder deixá-lo como está: um inversor modesto em uma fonte com ampla capacidade de transformador e sem cargas paralelas sensíveis raramente precisa de tratamento. Quando você faz isso, a escada passa de um indutor CC integrado-, a um reator de linha e a projetos de front-end ativo ou de 12 pulsos, aumentando acentuadamente o custo. E o IEEE 519 estabelece limites no ponto de acoplamento comum para a instalação, não para uma única unidade.

6.3 Comprimento do cabo do motor e ondas refletidas

Tempos rápidos de aumento de tensão refletem-se nos terminais do motor em cabos longos, e a onda refletida se soma à onda incidente, tensionando as primeiras espiras do enrolamento. Os limites publicados variam de acordo com a marca, tamanho do quadro, tipo de cabo e filtragem, portanto, consulte o valor do manual do seu número de peça. A parte contra-intuitiva: o cabo blindado geralmente permite um percurso mais curto do que o não blindado, porque sua capacitância distribuída é maior. Correções em custo crescente: reator de saída, filtro dv/dt e depois filtro senoidal.

6.4 Filtros EMC e blindagem

A IEC 61800-3 define as categorias C1 a C4, e a que você precisa depende da instalação e do mercado de destino. Faça a terminação das blindagens dos cabos com um grampo EMC de 360 ​​graus, nunca torcido em um pigtail, o erro mais comum no local. E em suprimentos de TI (desenterrado), desconecte o filtro EMC interno, uma etapa impressa em todos os manuais e ignorada com mais frequência do que qualquer um admite.

6.5 Disposição do aquecimento e do painel

Design do painel apenas aqui: fluxo de ar da entrada inferior para a saída superior, espaços acima e abaixo de cada unidade, empilhamento de calor quando as unidades ficam lado a lado e um intervalo de limpeza do filtro. O tamanho do quadro em relação ao ambiente pertence a 5.4.

6.6 Modo de disparo e bypass

O modo Fire faz com que o inversor ignore a maioria dos disparos de proteção e continue funcionando até falhar, de modo que a extração de fumaça continue enquanto for fisicamente possível. O bypass tira o inversor do circuito e conecta o motor através da linha, e precisa do intertravamento do contator para que as duas fontes nunca possam se fechar. Bypass é uma opção, não um padrão: indique-o em seu pedido, pois um gabinete bypass altera o preço e as dimensões do painel. O que sua instalação deve ter é definido pelo código local e pelo seu AHJ.

7. Conectando o Drive ao seu BMS

O controle analógico com fio é suficiente se você precisar apenas de velocidade. Mude para um fieldbus para diagnóstico, medição de energia, controle de múltiplas{{1}bombas ou um longo percurso de volta ao painel. O Modbus RTU está integrado em quase todas as faixas atuais. BACnet MS/TP é padrão em famílias HVAC, como ABB ACH580, e uma placa opcional em famílias de uso geral, incluindoSiemens SINAMICS, Schneider Altivar, Rockwell Powerflex, Mitsubishi FrançaeOmron MX2. Confirme cada cartão opcional com o número da peça.

Mapeie pelo menos seis pontos: frequência de saída, corrente, potência, tensão do barramento CC, palavra de falha e horas de funcionamento. Os três primeiros fornecem contabilização de energia, os três últimos fornecem avisos antecipados e evidências para uma reclamação de garantia. Se seus controles estiverem em um PLC, nossoCLPeIHMas gamas abrangem as mesmas marcas.

8. Referência cruzada-do modelo de inversor HVAC

Leia qualquer tabela de seleção nesta ordem: classe de potência e tensão, depois funções HVAC e depois comunicação. O HVAC premium compra PID integrado-e controle de múltiplas{{2}bombas, modo de disparo, BACnet, placas revestidas e conjuntos de parâmetros de ventiladores e bombas. Se você não usar nenhum desses, uma unidade de uso geral fará o trabalho por menos.

A coluna da direita é o ponto principal. Uma substituição raramente falha porque o sucessor está errado. Ele falha porque o recorte não cabe mais, o conjunto de parâmetros não é importado, a placa de comunicação antiga não se conecta ou o modo de controle padrão é diferente do esperado pelo site. Envie a placa de identificação antiga e nósreferência-cruzada por número de modeloantes de alterar o design.

9. Retrofit, custo e quando não instalar uma unidade

Nos equipamentos existentes, a adequação do motor decide tudo: classe de isolamento, classificação de funcionamento do inversor e qualquer histórico de falha de rolamento. Um motor mais antigo com isolamento padrão em um cabo longo é o caminho clássico para uma falha no enrolamento três meses após o comissionamento. Faça com que o trabalho seja assinado por um eletricista licenciado de acordo com o código local.

O custo total instalado não é o preço do drive. Contagem de reatores e filtros, proteção de mancais, modificação de painel, cabo, tempo de comissionamento e janela de desligamento. Em muitos trabalhos, a unidade custa menos da metade do total, e é por isso que comparar os preços das unidades vazias diz pouco. O retorno é o custo incremental dividido pela poupança anual, por isso indique a sua tarifa, horas de funcionamento e perfil de carga em vez de citar um valor genérico. Nossonotas de aplicação do setor de energiamostrar como essas suposições se comportam no campo.

Quatro casos em que a resposta é não: horas de funcionamento muito curtas, equipamentos que já possuem velocidade variável integrada, uma carga de torque constante incorretamente-especificada como torque variável e um motor cujo isolamento não está à altura.

10. Comissionamento e detecção de falhas

Antes da primeira partida, defina os dados da placa de identificação, limite de corrente, limites de frequência, tempos de rampa, modo de controle, frequência portadora, frequências de salto, comportamento de reinicialização e endereço de comunicação. Três são configurados errados mais do que o resto: aceleração muito curta (desarme por sobrecorrente), desaceleração muito curta (desarme por sobretensão) e frequência portadora elevada para silêncio sem a redução de 5,4.

Ventiladores e capacitores são consumíveis que vale a pena substituir. Uma falha no módulo de energia em uma unidade mais antiga geralmente não ocorre, e uma unidade sem peças sobressalentes precisa ser substituída, o que o leva de volta à seção 8.

11. Como obter a unidade certa

Faça essas perguntas a qualquer fornecedor antes de comparar preços.

1. O que a garantia cobre e ela começa no envio ou no comissionamento?
2. Você pode testar a unidade antes do envio e enviar evidências?
3. Qual é a política de devolução de uma unidade especificada incorretamente?
4. Você apoiará a seleção de acordo com minha placa de identificação e condições do local?
5. Qual é o prazo real de entrega do estoque que você possui?

Em seguida, verifique o que chega: placa de identificação em relação à etiqueta da caixa, número de série rastreável, versão de firmware declarada. Numa paralisação da fábrica, duas semanas extras de lead time custam muito mais do que a diferença entre as cotações, e é por isso que a disponibilidade supera o preço unitário.

É também assim que trabalhamos.Chentuoarmazena unidades ABB, Siemens, Schneider, Mitsubishi, Omron e Rockwell em Shenzhen, envia dentro de 48 horas por DHL, FedEx, UPS ou TNT, oferece um ano de suporte pós-venda e ajuda na seleção, instalação e testes. Todos os nomes de marcas e números de modelo acima são marcas registradas de seus respectivos proprietários e aparecem aqui apenas para referência-cruzada.

Perguntas frequentes

 

 

Minha unidade antiga foi descontinuada. O que devo pedir em vez disso?

Envie o número completo do modelo da placa de identificação. A família sucessora geralmente é óbvia; o trabalho está nas diferenças, ou seja, dimensões, layout dos terminais, migração de parâmetros e cartões de comunicação. Consulte a seção 8.

Qual tamanho de unidade eu preciso para um motor de 10 HP?

Observe a corrente da placa de identificação, não a potência. Escolha um inversor cuja classificação de torque variável contínuo exceda esse valor com margem e, em seguida, reduza a capacidade para ambiente e altitude. Uma unidade nominal de 10 HP é o ponto de partida, não a resposta.

Preciso de uma unidade específica para HVAC ou uma de uso geral funcionará?

Uma unidade de uso geral opera um ventilador ou bomba perfeitamente. Pague o prêmio apenas pelo modo de disparo, BACnet, controle de múltiplas{{1}bombas ou placas revestidas. Compare ambos em nossoCatálogo VFD.

Quanto tempo pode ter o cabo do motor?

Depende do modelo do drive, tamanho do chassi, tipo de cabo e filtragem, portanto, consulte o limite no manual do número da peça. O cabo blindado geralmente permite um percurso mais curto. Além disso, adicione um reator de saída ou um filtro dv/dt.

Posso operar um motor de 50 Hz a 60 Hz?

Mecanicamente, muitas vezes sim, eletricamente com cuidado. Acima da frequência nominal, o motor entra em enfraquecimento de campo enquanto a potência do ventilador aumenta com o cubo da velocidade, portanto a sobrecarga ocorre rapidamente. Verifique primeiro o motor e o equipamento acionado.

Quais certificações o drive deve ter para o meu mercado?

Depende do destino, geralmente CE na Europa, UL ou cUL na América do Norte, EAC para o mercado da Eurásia. Declaramos o que cada unidade carrega por número de peça, em vez de uma declaração geral.

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