Variadores de frecuencia HVAC: cómo dimensionar uno, qué modelos elegir y qué viene después

Usted sostiene una placa de identificación de un motor en una mano y una cotización de proveedor en la otra, y es evidente que ambas no están alineadas. La mayoría de las guías sobre el variador de frecuencia HVAC se detienen en por qué la velocidad variable ahorra energía. Esto comienza donde terminan: qué unidad se adapta a su motor, qué agrega la unidad que debe diseñar y qué comprar cuando su modelo esté descontinuado.

1. Respuesta rápida: Qué hace un VFD en un sistema HVAC

Un variador de frecuencia varía la frecuencia y el voltaje suministrados a un motor de CA, por lo que la velocidad del ventilador o de la bomba sigue la carga real de calefacción o refrigeración en lugar de funcionar a toda velocidad contra una compuerta o una válvula.En los ventiladores centrífugos y las bombas que funcionan con carga parcial la mayor parte del año, eso reduce drásticamente la energía, porque la potencia del eje sigue el cubo de la velocidad.

Esa última columna no es de relleno. Esos tres elementos deciden si la instalación dura diez años o si le entrega un rodamiento defectuoso en dieciocho meses. La Sección 6 cubre cada uno de ellos.

2. Qué es realmente un VFD y qué no es

VFD, VSD, inversor, variador de frecuencia y convertidor de frecuencia suelen denominar el mismo producto.Inversor significa estrictamente la etapa de salida de CC a CA, pero los fabricantes japoneses etiquetan toda la unidad de esa manera, los europeos escriben convertidor de frecuencia y los norteamericanos dicen unidad de CA. Consejo de abastecimiento: una consulta que diga que solo "inversor" puede leerse como un inversor solar, así que adjunte la placa de identificación o un número de pieza.

La energía funciona en un sentido: entrada de CA, rectificada a CC, suavizada en el bus de CC, conmutada nuevamente a CA de frecuencia variable mediante IGBT bajo modulación de ancho de pulso. Los condensadores electrolíticos del bus de CC establecen la vida útil de diseño de toda la unidad, y esa vida se acorta drásticamente a medida que aumenta la temperatura interna. Pregunte a cualquier proveedor sobre la vida útil del condensador y la temperatura ambiente que asume.

El control simple por V/f es suficiente para bombas y ventiladores centrífugos. Utilice el control vectorial sólo para cargas de desplazamiento positivo que necesiten torsión a baja velocidad, respuesta dinámica rápida o límites de torsión utilizados como protección. Muchos variadores de HVAC lo omiten por completo, lo que indica la conclusión de la industria.

3. Por qué el HVAC se adapta a los VFD y por qué su ahorro será menor que el folleto

La relación cúbica es válida únicamente para cargas centrífugas de par variable. Aplíquelo a una bomba de desplazamiento positivo o a un compresor de tornillo y la aritmética dejará de ser cierta. Los edificios casi nunca tienen la carga de diseño tampoco, ya que se selecciona el equipo para las condiciones pico, se agrega un margen y luego se reserva la capacidad para futuros inquilinos.

Cuatro cosas se comen el ahorro teórico, en orden de tamaño.La carga estática es lo primero: si la curva del sistema tiene una intersección estática, como la tiene cualquier bucle abierto con elevación, la potencia cae mucho más lentamente de lo que sugiere la ley del cubo, y esta es la razón principal por la que los resultados de campo no cumplen con las cifras del folleto. En segundo lugar, límites mínimos de velocidad, ya que las bombas enfrentan restricciones mínimas de flujo y cavitación. En tercer lugar, las pérdidas del impulsor, que crecen proporcionalmente con una carga ligera. Cuarto, la eficiencia del motor y el factor de potencia caen a una frecuencia reducida. Entonces tome la cifra de la ley de afinidad y luego redúzcala por la fracción estática de la altura total. Incluso después de esa corrección, un ventilador o una bomba funcionando durante muchas horas a carga parcial sigue siendo uno de los mejores rendimientos en un edificio.

4. Dónde van los VFD a través de un sistema HVAC

Tres detalles que la tabla no puede contener. Los ventiladores de las torres de enfriamiento excitan la resonancia estructural a ciertas velocidades, por lo que el programa omite bandas de frecuencia en lugar de encontrarlas a través de soldaduras agrietadas. Las bombas de agua enfriada no pueden desacelerar indefinidamente porque los circuitos del serpentín y el evaporador necesitan un flujo mínimo. Y en el control de presión estática de la AHU, la posición del sensor limita sus ahorros antes de comprar algo.

Los ventiladores de escape de humo y de seguridad humana pueden funcionar en las unidades, pero los requisitos provienen de los códigos de incendio locales y de la autoridad competente. Cada uno necesita un modo de incendio definido y normalmente una derivación, como se explica en 6.6. Confirme con su autoridad competente.

5. Cómo dimensionar y seleccionar un VFD de HVAC

5.1 La lista de verificación de seis-pasos

1. Lea la placa de identificación y el tamaño del motor en función de la corriente nominal, nunca únicamente en kW.Dos motores de idéntica clasificación difieren en corriente en más del 10% dependiendo de la clase de eficiencia, el número de polos y el voltaje, y en las modernizaciones la clasificación chapada a menudo no coincide con la carga real.
2. Mida el voltaje y la frecuencia de suministro en el sitioen lugar de asumirlos.
3. Clasificar la cargacomo par variable o par constante. Ver 5.2.
4. Verifique el requisito de sobrecarga.Los ventiladores y las bombas rara vez necesitan más que una modesta sobrecarga a corto plazo, razón por la cual existen clasificaciones de par variables.
5. Aplicar reducción ambiental.Ver 5.4.
6. Decidir la interfaz, analógico o bus de campo, antes de elegir un número de pieza. Agregar una tarjeta de comunicación más adelante cuesta más que especificarla ahora.

5.2 Par variable versus par constante

Un modelo de transmisión tiene dos clasificaciones de corriente y la cifra de par constante es la más baja. Los ventiladores y bombas de HVAC utilizan la clasificación de par variable. Excepciones: bombas de desplazamiento positivo, compresores de tornillo y cualquier cosa que arranque bajo carga.

Hacer esto al revés cuesta dinero en ambos sentidos. Elija la cifra de par variable para una carga de par constante y el variador se disparará por sobrecorriente durante el arranque o las oscilaciones de carga. Elija la cifra de par constante para un ventilador y pagará por un marco que no necesitaba. El error comercial común es ordenar con el número mayor en una tabla de selección cuando la carga real es un par constante.

5.3 Voltaje y frecuencia por región

Tres reglas. La clase de voltaje de entrada debe coincidir con el suministro del sitio, ya que un variador tolera mucho menos la desviación que un arrancador suave y se dispara en lugar de funcionar. Al conducir un motor de 50 Hz a 60 Hz, se debilita el campo, mientras que la potencia del ventilador aumenta con el cubo de la velocidad, por lo que la sobrecarga llega rápidamente en proyectos trans-regionales. Y la clase de voltaje se puede leer en el código de pedido, que es la forma de verificar una cotización antes de enviarla. Nuestrobiblioteca de modelosdecodifica números de piezas por marca.

5.4 Reducción de potencia: ambiente, altitud, frecuencia portadora

Tres condiciones te empujan a aumentar el tamaño del cuadro. Las unidades suelen tener una clasificación de 40 grados, mientras que un panel cerrado en una sala de máquinas comúnmente se ubica entre 45 y 50 grados. La reducción de altitud generalmente comienza por encima de los 1000 m. El aumento de la frecuencia portadora reduce el ruido audible del motor, pero requiere una reducción de potencia e interactúa con la longitud del cable y la EMC en la sección 6. Tome la curva del manual de su número de pieza y mida la ventilación del panel a partir de la pérdida de calor publicada.

5.5 Ejemplo resuelto: ventilador de suministro de una UTA de 22 kW

Dado:Motor de cuatro polos de 22 kW, placa de identificación 42 A, 400 V 50 Hz, panel de pared en una sala de máquinas que alcanza los 45 grados, sitio a 500 m, Modbus RTU requerido por el BMS.

1. Ventilador de suministro centrífugo, por lo que el par variable y el control V/f son suficientes.
2. La clasificación de par variable continua debe exceder los 42 A con margen. Rechace cualquier modelo clasificado exactamente para 42 A.
3. La sobrecarga de par variable estándar es adecuada aquí.
4. 45 grados excede la clasificación de 40 grados, por lo que se reduce según la curva del fabricante; 500 m no necesita corrección de altitud. La reducción de potencia reduce la corriente utilizable por debajo de 42 A, así que mueva un marco hacia arriba.
5. Modbus RTU está integrado en la mayoría de las gamas actuales, por lo que no hay tarjeta de opción, pero se confirma mediante el número de pieza.

Resultado:un variador de torsión de 30 kW, 400 V y con Modbus integrado. Los candidatos incluyen elSiemens SINAMICS G120yABB ACS580 o ACH580familias.

Envíe la foto de su placa de identificación y las condiciones del sitio y confirmaremos el tamaño del marco con los datos de reducción del fabricante antes de realizar el pedido.

Solicite un cheque.

6. Los problemas que presenta un VFD y cómo diseñarlos

6.1 Tensión del eje y acanalado del rodamiento

Síntoma: fallo prematuro de los rodamientos, patrón de tabla de lavar en la pista, ruido de marcha cambiante. Causa: el voltaje de modo común de la conmutación PWM empuja la corriente a través de una capacitancia parásita dentro del motor y, dado que los cojinetes sellados modernos rara vez fallan debido a la contaminación, la erosión eléctrica se ha convertido en un modo de falla principal. Las soluciones son un anillo de puesta a tierra del eje, un cojinete aislado o un filtro de salida. En motores más grandes, un anillo de conexión a tierra en el extremo de transmisión más un cojinete aislado en el otro extremo interrumpe la ruta de la corriente circulante en lugar de drenar un extremo. NEMA MG-1 Parte 31 es la referencia para motores de servicio inversor y el costo es una fracción de un rebobinado. El riesgo aumenta con el tamaño del motor, la longitud del cable y la frecuencia portadora, por lo que en un ventilador pequeño con un cable corto puedes omitirlo.

6.2 Armónicos

Comience cuando pueda dejarlo en paz: un variador modesto con un suministro con amplia capacidad de transformador y sin cargas paralelas sensibles rara vez necesita tratamiento. Cuando lo hace, la escalera va desde un inductor de CC- incorporado hasta un reactor de línea y diseños de 12 pulsos o de extremo frontal activo, lo que aumenta considerablemente el costo. Y IEEE 519 establece límites en el punto de acoplamiento común para la instalación, no para una sola unidad.

6.3 Longitud del cable del motor y ondas reflejadas

Los tiempos rápidos de aumento de voltaje se reflejan en los terminales del motor en cables largos, y la onda reflejada se suma a la onda incidente, tensionando las primeras vueltas del devanado. Los límites publicados varían según la marca, el tamaño del marco, el tipo de cable y el filtrado, así que tome la cifra del manual de su número de pieza. La parte contraria a la intuición: el cable apantallado suele permitir un recorrido más corto que el no apantallado, porque su capacitancia distribuida es mayor. Correcciones en el costo ascendente: reactor de salida, filtro du/dt, luego filtro sinusoidal.

6.4 Filtros y blindajes CEM

IEC 61800-3 define las categorías C1 a C4, y la que necesita depende de la instalación y el mercado de destino. Termine los blindajes de los cables con una abrazadera EMC de 360 ​​grados, nunca retorcida en forma de cable flexible, el error más común en el sitio. Y en los suministros de TI (desenterrados), desconecte el filtro EMC interno, un paso impreso en cada manual y que se omite con más frecuencia de lo que nadie admite.

6.5 Diseño de paneles y calefacción

Diseño de panel solo aquí: flujo de aire desde la entrada inferior hasta la salida superior, espacios libres por encima y por debajo de cada unidad, acumulación de calor cuando las unidades se ubican una al lado de la otra y un intervalo de limpieza del filtro. El tamaño del marco en comparación con el ambiente pertenece a 5.4.

6.6 Modo incendio y bypass

El modo de incendio hace que la unidad ignore la mayoría de los disparos de protección y siga funcionando hasta que falla, por lo que la extracción de humo continúa tanto tiempo como sea físicamente posible. El bypass saca el variador del circuito y conecta el motor a través de la línea, y necesita enclavamiento del contactor para que las dos fuentes nunca puedan cerrarse juntas. El bypass es una opción, no un valor predeterminado: indíquelo en su pedido, ya que un gabinete bypass cambia tanto el precio como las dimensiones del panel. Lo que debe tener su instalación lo establece el código local y su autoridad competente.

7. Conexión del disco a su BMS

El control analógico cableado es suficiente si solo necesitas velocidad. Pase a un bus de campo para realizar diagnósticos, medición de energía, control de bombas múltiples o un recorrido largo de regreso al panel. Modbus RTU está integrado en casi todas las gamas actuales. BACnet MS/TP es estándar en familias de HVAC como ABB ACH580 y una tarjeta opcional en familias de uso general, incluidasSiemens SINÁMICA, Schneider Altívar, Rockwell PowerFlex, mitsubishi francoyOmron MX2. Confirme cada tarjeta de opción con el número de pieza.

Mapee al menos seis puntos: frecuencia de salida, corriente, potencia, voltaje del bus de CC, palabra de falla y horas de funcionamiento. Los tres primeros brindan contabilidad energética, los tres últimos brindan alerta temprana y evidencia para un reclamo de garantía. Si sus controles se encuentran en un PLC, nuestroSOCIEDAD ANÓNIMAyHMILas gamas cubren las mismas marcas.

8. Referencia cruzada-del modelo de unidad HVAC

Lea cualquier tabla de selección en este orden: clase de potencia y voltaje, luego funciones HVAC, luego comunicación. La prima HVAC compra PID integrado y control de bombas múltiples-, modo de incendio, BACnet, tableros revestidos y conjuntos de parámetros de ventiladores y bombas. Si no utiliza ninguno de ellos, una unidad de uso general hace el trabajo por menos.

La columna de la derecha es el punto central. Un reemplazo rara vez fracasa porque el sucesor está equivocado. Falla porque el recorte ya no encaja, el conjunto de parámetros no se importa, la tarjeta de comunicación antigua no se conecta o el modo de control predeterminado difiere de lo que espera el sitio. Envíe la placa de identificación antigua y lo haremosreferencia cruzada-por número de modeloantes de cambiar el diseño.

9. Modernización, costo y cuándo no instalar una unidad

En los equipos existentes, la idoneidad del motor lo decide todo: clase de aislamiento, clasificación de servicio del inversor y cualquier historial de fallas de rodamientos. Un motor antiguo con aislamiento estándar en un cable largo es la ruta clásica hacia una falla del devanado tres meses después de la puesta en servicio. Haga que un electricista autorizado apruebe el trabajo según el código local.

El costo total de instalación no es el precio de la unidad. Cuente los reactores y filtros, la protección de los cojinetes, la modificación del panel, el cable, el tiempo de puesta en servicio y la ventana de apagado. En muchos trabajos, el disco cuesta menos de la mitad del total, por lo que comparar los precios de los discos desnudos dice poco. La recuperación es el costo incremental dividido por el ahorro anual, así que indique su tarifa, horas de funcionamiento y perfil de carga en lugar de citar una cifra genérica. Nuestronotas de aplicación del sector energéticomostrar cómo se comportan esos supuestos en el campo.

Cuatro casos en los que la respuesta es no: horas de funcionamiento muy cortas, equipos que ya tienen velocidad variable integrada, una carga de par constante mal-especificada como par variable y un motor cuyo aislamiento no está a la altura.

10. Puesta en marcha y localización de fallos

Antes del primer arranque, configure los datos de la placa de identificación, el límite de corriente, los límites de frecuencia, los tiempos de rampa, el modo de control, la frecuencia portadora, las frecuencias de salto, el comportamiento de reinicio y la dirección de comunicación. Tres se configuran mal más que el resto: aceleración demasiado corta (disparo por sobrecorriente), desaceleración demasiado corta (disparo por sobretensión) y frecuencia portadora elevada para lograr silencio sin la reducción de 5.4.

Los ventiladores y los condensadores son consumibles que vale la pena reemplazar. Una falla en el módulo de energía en una unidad más antigua generalmente no lo es, y una unidad sin repuestos debe ser reemplazada, lo que lo lleva de regreso a la sección 8.

11. Cómo conseguir la unidad adecuada

Haga estas preguntas a cualquier proveedor antes de comparar precios.

1. ¿Qué cubre la garantía? ¿Comienza en el momento del envío o en la puesta en servicio?
2. ¿Puede realizar una prueba de potencia de la unidad antes del envío y enviar pruebas?
3. ¿Cuál es la política de devolución de una unidad especificada incorrectamente?
4. ¿Apoyará la selección según mi placa de identificación y las condiciones del sitio?
5. ¿Cuál es el tiempo de entrega real de las existencias que posee?

Luego verifique lo que llega: placa de identificación contra etiqueta de la caja, número de serie rastreable, versión de firmware indicada. En el caso de una parada de la sala de máquinas, dos semanas adicionales de tiempo de entrega cuestan mucho más que la diferencia entre las cotizaciones, razón por la cual la disponibilidad supera al precio unitario.

Así también trabajamos.Chentuoalmacena variadores ABB, Siemens, Schneider, Mitsubishi, Omron y Rockwell en Shenzhen, se envía en 48 horas por DHL, FedEx, UPS o TNT, brinda un año de soporte posventa y ayuda con la selección, instalación y pruebas. Todos los nombres de marcas y números de modelos anteriores son marcas comerciales de sus respectivos propietarios y aparecen aquí solo como referencia cruzada-.

Preguntas frecuentes

 

 

Mi antiguo disco está descontinuado. ¿Qué ordeno en su lugar?

Envíe el número de modelo completo que figura en la placa de identificación. La familia sucesora suele ser obvia; el trabajo se centra en las diferencias, es decir, dimensiones, disposición de terminales, migración de parámetros y tarjetas de comunicación. Ver sección 8.

¿Qué tamaño de unidad necesito para un motor de 10 HP?

Mire la corriente de la placa de identificación, no los caballos de fuerza. Elija una unidad cuya clasificación de par variable continua exceda esa cifra con margen, luego reduzca la potencia según el ambiente y la altitud. Una unidad nominal de 10 HP es el punto de partida, no la respuesta.

¿Necesito un variador específico para HVAC o funcionará uno de uso general?

Un variador de propósito general hace funcionar perfectamente bien un ventilador o una bomba. Paga la prima solo por modo fuego, BACnet, control multi-bomba o tableros revestidos. Compara ambos en nuestroCatálogo VFD.

¿Qué longitud puede tener el cable del motor?

Depende del modelo de unidad, el tamaño del marco, el tipo de cable y el filtrado, así que tome el límite del manual de su número de pieza. El cable blindado normalmente permite un recorrido más corto. Más allá de eso, agregue un reactor de salida o un filtro dv/dt.

¿Puedo hacer funcionar un motor de 50 Hz a 60 Hz?

Mecánicamente a menudo sí, eléctricamente con cuidado. Por encima de la frecuencia nominal, el motor entra en campo debilitado mientras que la potencia del ventilador aumenta con el cubo de la velocidad, por lo que la sobrecarga llega rápidamente. Primero verifique el motor y el equipo impulsado.

¿Qué certificaciones debería tener el variador para mi mercado?

Depende del destino, normalmente CE en Europa, UL o cUL en Norteamérica, EAC para el mercado euroasiático. Indicamos lo que lleva cada unidad por número de pieza en lugar de un reclamo general.

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