Produto Índice 1. Introdução – Máquina de indução na

s
Produto – Título
Produto
Calculando quantidade de energia regenerada com conversores
regenerativos.
Marcel Dorti
Objetivo: Cálcular de forma simples e abrangente a quantidade de energia regenerada
utilizando Power Modules regenerativos como Sinamics G120 PM250, 250-2, 260 e 260-2.
Aviso:
Este documento apresenta dicas e exemplos sobre o produto e supõe que o leitor possua conhecimento básico
prévio sobre o mesmo. Para informações completas e atualizadas, deve-se consultar o manual do produto. O intuito deste
texto é meramente didático, podendo ser alterado pela Siemens sem aviso prévio. Os exemplos devem ser adaptados ao uso
final e exaustivamente testados antes de utilizados em projetos reais.
Índice
1.
Introdução – Máquina de indução na região de motor/gerador ...................................... 1
2.
Equações e exemplos de regeneração .......................................................................... 2
3.
Qualidade de energia e paramêtros de rede .................................................................. 4
4.
Referências.................................................................................................................... 4
5.
Suporte técnico .............................................................................................................. 5
1. Introdução – Máquina de indução na região de motor/gerador
A máquina de indução pode atuar na região tanto de motor quanto de gerador, quando
utilizamos energia elétrica para mover o eixo do rotor o utilizamos como motor, quando
energia mecânica é aplicada na ponta do eixo e o rotor permanece ligado a rede, ou seja,
magnetizado, a máquina de indução se torna um gerador.
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Com conversores não regenerativos, temos que dissipar energia regenerada em resistores
de frenagem, com os módulos dos conversores regenerativos podemos retornar essa
energia para a rede para que outros equipamentos a usem, diminuindo a demanda da
concessionária e energia da mesma.
Aplicações nas quais a regeneração geralmente é viável na relação custo do equipamento /
econômia de energia por ciclo de regeneração e potência:
Moinhos
Pontes rolantes
Elevadores
Centrífugas
Transportadores de minério
Embora estas aplicações sejam mais vantajosas, a regeneração também pode ser usada
em qualquer aplicação onde há necessidade de parada rápida e o uso de resistores de
frenagem é inviável.
2. Equações e exemplos de regeneração
A quantidade de energia de regeneração, pode ser dada pela seguinte relação:
(
=
Onde
1
e
2
)/360000 [kWh]
são as velocidades de qual o acionamento descrece em rad/s, Jtotal o
somatório de todos os momentos de inércia atrelados ao eixo. Contudo, visto a eficiência da
máquina de indução e do conversor, a quantidade de energia recuperada para rede é:
Onde
= eficiência da redução,
=
[kWh]
= eficiência da máquina de indução e
=
eficiência do conversor de frequencia. Logo, quanto maior o momento de inércia, a
diferença de velocidade, e eficiciência do conversor, motor e redutor maior é quantidade de
energia que pode ser regenerada pela máquina de indução em modo gerador e então
reaproveitada.
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Exemplo 1 – Centrífuga
Uma centrífuga segue o seguinte ciclo de funcionamento, mostrado na figura abaixo:
Figura 2 – Ciclo de uma centrífuga
Tendo dados como momento de inércia, velocidade, podemos calcular a energia
regenerada em regime transiente na desaceleração da centrífuga, com velocidade
1
e
2
2
explícitas no gráfico, Momento de inércia Jtotal de 761 kgm , redução unitária e eficiência da
máquina de indução e do conversor respectivamente
=
=
(
=
)=
3600000
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=
250
3761998,849
3600000
= 0,92 ,
= 0,96.
1200 = 3761998,849 [J]
= 1,045 [
]
= 1 0,92 0,96 1,045 = 0,923 [
]/
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Exemplo 2 – Elevador
Uma vez calculados os dados mecânicos de torque e velocidade do elevador, é possível
verificar sua potência
, e consequentemente quanta energia pode ser reaproveitada,
considerando uma velocidade angular de 162,22 rad/s (1555 rpm) e Torque
de 30,71
Nm.
=
= 30,71 162,22 = 4905 [W]
=
ç
Supomos uma eficiência na redução = 0,8, eficiência do motor em 0,91 e eficiência do
conversor = 0,92.
= 4905 0,8 0,91 0,92 = 3,21 [kW]
Toda vez, que o elevador estiver descendo haverá uma regeneração de 3,21 kW de
potência e disponibiliza para a rede, para que ela possa ser consumida por outras cargas.
Supomos agora que este elevador, com velocidade = 1 m/s, percorra num prédio de 10m,
logo 10s descendo e regenerando, a quantidade de energia regenerada pode ser dada por:
( )
=
= 3208,17 (10
0) =
,
= 9,12 [kWh]
3. Qualidade de energia e paramêtros de rede
Conversores regenerativos possuem o mesmo THD(V) e THD(I) de conversores não
regenerativos, cerca de 30%, o que muda é a amplitude dos componentes na 5a e
7a harmônica.
Os PM 250 e 260 são conversores regenerativos não ativos, conversores ativos
como Sinamics ALM possuem níveis de THD de cerca de 5%.
4. Referências
Dorti, M. (2013). Caracterização de motores na região de gerador utilizando conversores
regenerativos. São Paulo: USP.
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5. Suporte técnico
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Requisição de suporte: www.siemens.com.br/Hotline/SR
Tel.: +55 11 3833-4040
Portal de Suporte: www.siemens.com.br/Hotline
Homepage Brasil: www.siemens.com.br
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