Ở việt nam, việc hướng tới sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đang là tiêu chí của đa số các ngành nghề, những đầu tư phát triển hệ thống tiết kiệm năng lượng được ưu tiên. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả vẫn còn rất lớn, thông tin hướng dẫn doanh nghiệp lựa chọn những thiết bị tiết kiệm năng lượng vẫn còn rất hạn chế.
Phần lớn các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các thiết bị, công nghệ lạc hậu có hiệu suất thấp, việc quản lý năng lượng chưa được chú ý đúng mức dẫn đến tổn thất cao. Bằng cách đầu tư nâng cao hiệu suất của các hệ thống sử dụng năng lượng, áp dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến sẽ giúp doanh nghiệp sử dụng năng lượng hiệu quả, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Dưới đây là một trong những giải pháp hiệu quả giúp các doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng biến tần nâng cao hiệu suất cho động cơ xoay chiều trong các dây chuyền sản xuất.
Nguyên lý hoạt động
Biến tần là thiết bị biến đổi tần số dòng điện xoay chiều với nguyên lý làm việc khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.
Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số tuỳ theo bộ điều khiển. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Các ứng dụng cụ thể
Về ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn được sử dụng hiệu quả trong các trường hợp như:
- Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc độ khác nhau;
- Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất máy, năng suất băng tải ;
- Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió, máy nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi'
- Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng tải;
- Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển những máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ ...
Với bơm và quạt ly tâm là những máy có mô men tải thay đổi theo tốc độ vòng quay như sau:
- Lưu lượng (m3/h) tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, Q1/Q2 = n1/n2.
- Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phương tốc độ, H1/H2 = (n1/ n2)2.
- Công suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phương với tốc độ, P1/P2 = (n1/ n2)3.
- Ở đây: Q1, H1, P1 - lưu lượng, áp suất và công suất điện tương ứng với số vòng quay định mức của động cơ ( n1= 2960, 1.460 vg/ph ...).
- Q2, H2, P2 - lưu lượng, áp suất, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay được điều chỉnh (n2<n1).
Từ đó dễ dàng nhận thấy, ở một số trường hợp mà công nghệ sản xuất đòi hỏi phải điều chỉnh lưu lượng, áp suất ở động cơ máy bơm, hoặc quạt gió theo mức tải phù hợp với từng thời điểm khác nhau thì việc thay đổi tốc độ động cơ dẫn động được xem là thích hợp nhất, đặc biệt tiết kiệm điện năng. Giải pháp này đã thay thế cho phương pháp cổ truyền là khi cần thay đổi sự lưu thông chất lỏng hay chất khí phải thông qua góc mở các van ở đầu vào hoặc đầu ra của đường ống.
Công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế giải pháp ứng dụng biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao so với động cơ làm việc với tốc độ không đổi (100% nđm).
Hiệu quả khi sử dụng
Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:
- Hiệu suất làm việc của máy cao;
- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn;
- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy ...
- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.
Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay ...), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra.
Điều cần lưu ý khi sử dụng bị biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ
Như đã nêu ở trên, ở đầu ra của biến tần chỉ có dòng điện là hình sin nhưng điện áp không phải là hình sin mà có dạng chuỗi xung vuông điều biên nối tiếp nhau. Nếu khoảng cách nối dây cáp điện giữa động cơ và biến tần lớn sẽ xảy ra hiện tượng quá điện áp (do hiện tượng phản xạ sóng điện áp), có thể dẫn đến lão hóa cách điện cuộn dây stato, giảm tuổi thọ thậm chí làm hỏng động cơ. Vì vậy, khi lắp ráp phải chú ý sao cho dây cáp càng ngắn càng tốt, đặc biệt đối với động cơ công suất vừa và nhỏ (thường có trở kháng đáp ứng xung lớn hơn so với trở kháng đáp ứng xung của cáp nối).
