Trước khi tìm hiểu sâu về các xu hướng ứng dụng Máy biến tần hiện nay chúng ta không thể bỏ qua ít phút vừa ăn bánh vừa uống nước vừa tìm hiểu sơ lược về : Máy biến tần là gì ? Và tại sao phải sử dụng máy biến tần ? trước đã :
1.PHỔ CẬP KIẾN THỨC
Máy Biến Tần :
Hiểu một cách đơn giản nhất mà nói thì Biến là chuyển đổi , Tần là tần số dòng điện kí hiệu là I mà chúng ta vẫn biết từ kiến thức trung học . Vậy rap lại Máy- Biến – Tần có thể hiểu đơn giản nó là một cái máy chuyên dùng để biến dổi tần số dòng điện từ tần số này sang tần số khác . Còn để làm gì chúng ta đọc tiếp bên dưới sẽ rõ .
Vậy biến tần để làm gì ?
Càng ngày thì nhu cầu về năng lượng càng cao mà các nguồn năng lượng thì ngày cạn kiệt do đó tiết kiệm năng lượng là một vấn đề khá quan trọng và gâyy đau đầu cho không ít bộ óc lãnh đạo trước đây, vừa áp lực về tuân thủ nguyên tắc sử dụng năng lượng vừa đứt ruột khi phải đầu tư mức chi phí khác cao ( 30 đến 60%) chi phí cho thu nhập cho năng lượng.
Bài toán đặt ra là : Muốn kinh doanh sản xuất bắt buộc phải sử dụng nguồn năng lượng cụ thể là dòng điện =>mà càng mở rộng sản xuất nhu cầu năng lượng càng cao => nguồn cung cấp năng lượng thì có hạn và đang cạn kiệt dần, vậy để giải bài toán này thì phải làm gì ?
Trước đây khi máy biến tần chưa phổ biến để giảm lưu lượng dòng điện người ta thường sử dụng biện pháp điều chỉnh các lá chắn đầu vào , đầu ra hoặc làm 1 đường quay trở lại nhầm giảm bớt lưu lượng tiêu thụ . Ví dụ : ở nhà máy nhiệt điện, ở các quạt hút khói, thổi gió thì ở đầu ra hoặc đầu vào của quạt thường có một lá chắn động, gồm các cánh hình cánh quạt, có trục quay theo các bán kính. Có một động cơ nhỏ điều khiển độ quay của các lá chắn này, để tạo ra các khe hở rộng hay hẹp tuỳ theo yêu cầu cho gió, khói lọt qua. Việc điều chỉnh lưu lượng khói gió kiểu đối phó này tuy có đem lại hiệu quả về điều chỉnh lưu lượng khói gió nhưng không kinh tế vì động cơ vẫn làm việc gần như không thay đổi, lượng điện tiêu thụ không giảm được bao nhiêu. Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi nhưng tổn hao trên các thiết bị khống chế như các lá chắn vẫn còn lớn.
Mấu chốt : lưu lượng nguồn điện sẽ phụ thuốc vào lá chắn – lá chắn hoặt động như một động cơ sơ cấp , tốc độ hoặt động của động cơ này phụ thuộc vào tần số của dòng điện, vậy thì có phải cách để điều chỉnh tốc độ này dễ dàng nhất chính là thay đổi tần sô của dòng điện không chứ ?
Đáp án cho bài toán : sử dụng 1 thiết bị có thể điều chỉnh được tần độ dòng điện phù hợp với lưu lượng năng lượng cần hoạt động , và không gì khác đó chính là chức năng của Máy biến tần .
Thế máy biến tần làm việc thế nào ?
Nguyên lý làm việc của bộ Biến tần cũng 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 cosphi 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 hiện nay 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 vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển.
Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi(v/f). Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ Biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
2. XU HƯỚNG ỨNG DỤNG MÁY BIẾN TẦN
Không biết vô tình hay cố ý nếu đã đọc đến đây bạn cũng đã biết đôi nét về công dụng của máy biến tần , vậy tiếp theo chúng ta sẽ tim hiểu sâu thêm về xu hướng ứng dụng máy biến tần theo thời gian và theo các ngành khác nhau .
2.1 Ứng dụng :
Theo các công nghệ truyền thống trước đây mới chỉ thực hiện được việc biến tần ở các tần số cao, với công suất nhỏ trong kỹ nghệ truyền thanh và truyền hình. Còn với tần số công nghiệp và với công suất lớn hàng trăm kilô wat thì chưa thực hiện được. Cho đến nay, rào cản về trình độ công nghệ này đã bị tháo bỏ, các nước có nền công nghệ tiền tiến đã chế tạo được các máy Biến tần công suất lớn, và ngay lập tức đã được áp dụng vào sản xuất, giải quyết được vấn đề như :
+ Khi chỉ sử dụng lá chắn muốn chỉnh tốc độ của các động cơ ba pha xoay chiều nếu giảm muốn lưu lượng nguồn điện giảm đi 20% => thì năng lượng tiêu thụ sẽ giảm gần 50% so với giá trị thiết kế . Còn khi sử dụng bộ Biến tần thì năng lượng tiêu thụ giảm chỉ còn 2-3%. Khi lưu lượng tiêu thụ giảm xuống còn 50% thì năng lượng tiêu thụ với bộ Biến tần chỉ còn 15% so với 56% khi sử dụng lá chắn đầu vào.
+ Ngoài ra, Biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay Biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.
+Tiết kiệm điện : Đặc tính khởi động của Biến tần cho phép khống chế dòng khởi động không vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tiết kiệm điện năng khi khởi động. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ Biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Tuy nhiên vốn đâu tư ban đầu hơi cao. Qua tính toán với các dữ liệu thực tế, với các chi phí thực tế thì với một động cơ sơ cấp khoảng 100 kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ Biến tần là khoảng từ 3 tháng đến 6 tháng.
+ Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí nghiệp sử dụng máy Biến tần này và đã có kết quả rõ rệt. Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển hệ thống, các bộ Biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ truyền động cho bơm và quạt. Nhờ tính năng kỹ thuật cao với công nghệ điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối ưu về năng lượng) các bộ Biến tần đang và sẽ làm hài lòng nhiều nhà đầu tư trong nước, trong khu vực và trên thế giới.
2.2 Xu hướng
Hiện nay trong các ngành công nghiệp đòi hỏi công suất ngày càng lớn, chúng ta có thể nghĩ đến biến tần vậy chúng ta sao không nghĩ đến biến tần đa bậc để nâng cao hơn nữa công suất.?
Cùng điểm qua số hiệu máy biến tần “sịn” công suât tối ưu được đánh giá cao trong ngành nhé :
- Biến tần DANFOSS – ABN
Được sản xuất đầu tiên năm 1968, đến nay đã trở thành một thương hiệu nổi tiếng toàn cầu và được chứng minh về chất lượng, với các nhà máy chế tạo hiện chỉ đặt tại các nước Đan Mạch, Đức, Mỹ và NewZealand. Biến tần DANFOSS – ABN đáp ứng được dải công suất rộng, đặc tính momen thay đổi cũng như cố định, phù hợp với tất cả các loại động cơ điện trong công nghiệp.
Các Biến tần của DANFOSS – ABN được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và trong hầu hết các ngành công nghiệp, giao thông vận tải, khai khoáng gồm các loại VLT6000, VLT8000 (ứng dụng điều khiển bơm, quạt, hệ thống lạnh, có các đặc tính momen thường xuyên thay đổi và thay đổi trong các giải rộng), VLT5000, VLT5000FLUX (ứng dụng với yêu cầu momen tải lớn như máy nén, băng tải, máy nghiền, v.v…).
- Ưu điểm :
Theo đánh giá của các chuyên gia đầu ngành thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, Biến tần của DANFOSS – ABN tỏ ra hơn hẳn so với các loại Biến tần khác nhờ có các tính năng kỹ thuật ưu việt đặc biệt, như:
+ Dãy công suất rộng đến 500kW (có thể sử dụng cho hầu hết các chủng loại thiết bị điện trong các mỏ hầm lò, lộ thiên và các nhà máy sàng tuyển than, cũng như trong các công trình công nghiệp nặng khác)
+Cấp bảo vệ IP20 và IP54 (rất phù hợp với điều kiện vận hành trong các môi trường của các ngành công nghiệp nặng).
+ Có thể lắp cạnh nhau (rất thuận tiện cho việc thiết kế lắp đặt và phù hợp với các khoảng không gian tối thiểu có sẵn, không làm thay đổi kết cấu lớn).
+Thiết kế thân thiện với người sử dụng, rất dễ dàng lắp đặt, cài đặt và vận hành (phù hợp với mọi trình độ quản lý vận hành của công nhân trực tiếp sản xuất). Màn hình điều khiển hiển thị có thể tháo rời. Có thể vận hành tại chỗ hoặc từ xa.
+ Mômen khởi động lớn, có chế độ tự động cập nhật thông số động cơ AMA nhằm tối ưu hoạt động của hệ thống. Có bộ điều khiển PID Có chế độ Sleep mode cho phép tiết kiệm năng lượng. Các chân vào/ra kỹ thuật số, vào/ra tương tự với chức năng lập trình được. Giao thức truyền thông nối tiếp RS485, cho phép truyền thông với PLC hoặc máy tính.
+ Có đủ các chức năng bảo vệ cần thiết: bảo vệ quá nhiệt động cơ bằng điện tử chống quá tải, giám sát nhiệt độ của bộ tản nhiệt nhằm bảo vệ khi nhiệt độ bộ tản nhiệt tăng tới 800C. Bảo vệ ngắn mạch trên động cơ, bảo vệ chạm đất, chạm vỏ động cơ, giám sát mạch trung gian nhằm bảo vệ điện áp DC quá cao hoặc quá thấp. bảo vệ mất pha động cơ, bảo vệ mất pha nguồn.
- Biến tần Danfoss VLT 6000
Một trong những dòng máy nổi bật của Danfos – Biến tần Danfoss VLT6000 HVAC là dòng biến tần chuyên dùng cho Bơm, Quạt, Hệ thống thông gió,hút bụi, hệ thống điều hòa không khí trong tòa nhà với rất nhiều tính năng vượt trội.
Biến tần Danfoss VLT 6000 HVAC với hiệu suất cao, tiết kiệm điện năng và kiểm soát quá trình điều khiển và vận hành của hệ thống HVAC. Tích hợp tính năng truyền thông BACNet ( Building Automation Control Network : Hệ thống mạng truyền thông, tự động hóa điều khiển trong tòa nhà ) VLT6000 có khả năng kiểm soát và điều khiển chính xác nhiệt độ, áp suất, lưu lượng giúp tọa ra một môi trường xanh, nâng cao chất lượng không khí trong phòng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Máy biến tần Yaskawa A1000
Máy biến tần Yaskawa A1000 là dòng biến tần tích hợp nhiều tính năng cao cấp, linh hoạt, chất lượng vượt trội, giao diện thân thiện, công suất lên đến 1000HP. A1000 có đầy đủ các card hỗ trợ về truyền thông (Mechantrolink, DeviceNet, Profibus, Can Open,…) đầy đủ các card hồi tiếp encodr và các card mở rộng I/O. Cộng với khả năng cho phép lập trình trực tiếp trên biến tần, A1000 có thể hỗ trợ điều khiển cho tất cả các hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. A1000 là giải pháp lựa chọn tốt nhất, tối ưu nhất cho các ứng dụng của bạn với các ưu điểm sau :
+ Khả năng điều khiển vòng hở, vòng kín, moment và có thể điều khiển vị trí (vòng kín)
+Chế độ Auto turning thông minh giúp hệ thống vận hành tối ưu
+ Điều khiển động cơ đồng bộ với độ chính xác cao ở chế độ vector vòng hở
+ Tích hợp braking unit đến 37Kw, tích hợp DC reactor từ 30Kw trở lên
