Nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng biến tần lưu ý rằng mức tiêu thụ năng lượng của động cơ điện dẫn động tải chiếm hơn 70% tổng mức tiêu thụ điện năng. Do đó, việc tiết kiệm năng lượng của động cơ điện và tải mà nó dẫn động có ý nghĩa xã hội và lợi ích kinh tế đặc biệt quan trọng.
Có hai cách chính để động cơ điện và tải của chúng tiết kiệm năng lượng: một là cải thiện hiệu suất vận hành của động cơ hoặc tải, chẳng hạn như lắp đặt thang máy với "bộ não nhớ" - trong một tòa nhà, nhiều thang máy thường chạy cùng một hướng, tiêu thụ rất nhiều điện năng. Làm thế nào để thang máy thông minh và tiết kiệm năng lượng? Công nghệ điều khiển hiện đại có thể được cho là đã giải quyết được vấn đề này. "Nơ-ron nhân tạo" giống như các ngân hàng xử lý thông tin và bộ nhớ, ghi lại hoạt động của thang máy trong mỗi tuần dưới dạng một khoảng thời gian. Dựa trên thông tin được ghi lại, "nơ-ron nhân tạo" sẽ tạo ra chế độ vận hành tiết kiệm năng lượng nhất, điều khiển nhiều thang máy trong tòa nhà, phân công lao động rõ ràng, đến đúng vị trí vào đúng thời điểm, tạo điều kiện thuận lợi cho hành khách lên xuống thang máy, giảm số lần khởi động và chạy thang máy. Đối với thang máy nhóm, mức tiết kiệm năng lượng có thể đạt hơn 30%. Ngoài ra, các biện pháp tiết kiệm năng lượng nhằm nâng cao hiệu suất vận hành của động cơ điện bao gồm tự động tắt đèn thang máy khi không có người sử dụng, tự động dừng hoặc vận hành thang cuốn ở tốc độ thấp, v.v. Thứ hai là chuyển đổi năng lượng cơ học được động cơ chuyển đổi thành năng lượng điện và truyền trở lại lưới điện, từ đó giảm mức tiêu thụ điện năng của động cơ và tải trong một đơn vị thời gian, từ đó đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Phản hồi năng lượng là một thiết bị tiết kiệm điện điển hình thuộc loại thứ hai.
Như đã biết, động cơ điện có động năng cơ học khi chúng truyền động cho tải quay. Nếu động cơ điện kéo tải chuyển động lên xuống (như thang máy, cần cẩu, cửa xả, v.v.), chúng có thế năng. Khi động cơ điện truyền động cho tải giảm tốc, động năng cơ học của nó sẽ được giải phóng; khi tải giảm thế năng khi chuyển động (thế năng giảm), năng lượng cơ học của nó cũng sẽ được giải phóng. Nếu hai phần năng lượng cơ học này có thể được chuyển đổi hiệu quả thành năng lượng điện và truyền trở lại lưới điện xoay chiều, mục tiêu tiết kiệm năng lượng có thể đạt được.
Phân tích tiết kiệm năng lượng của thang máy
Thang máy sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ biến tần có động năng cơ học cực đại sau khi đạt tốc độ vận hành cực đại. Trước khi đến tầng mục tiêu, thang máy cần giảm tốc độ dần dần cho đến khi dừng hẳn. Quá trình này là giai đoạn tải trọng của thang máy giải phóng động năng cơ học. Bộ biến tần có thể chuyển đổi năng lượng cơ học trong giai đoạn này thành năng lượng điện thông qua động cơ điện và lưu trữ trong tụ điện lớn của liên kết DC của bộ biến tần. Lúc này, tụ điện lớn giống như một bể chứa nhỏ có dung lượng lưu trữ hạn chế. Nếu nước được bơm vào bể chứa nhỏ không được xả kịp thời, có thể xảy ra sự cố tràn nước trong bể chứa. Tương tự như vậy, nếu nguồn điện trong tụ điện không được xả kịp thời, cũng có thể xảy ra quá áp. Hiện nay, phương pháp khuếch đại tụ điện trong bộ biến tần là sử dụng các bộ phận phanh hoặc điện trở công suất cao bên ngoài, làm lãng phí điện năng trong tụ điện lớn vào điện trở công suất cao bên ngoài. Biến tần có thể đưa điện năng được lưu trữ trong tụ điện lớn trở lại lưới điện mà không tiêu thụ, do đó đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và loại bỏ nhu cầu về điện trở công suất cao tiêu thụ điện và tỏa nhiệt, cải thiện đáng kể môi trường hoạt động của hệ thống.
Thang máy vẫn là tải trọng tiềm năng, và để kéo tải đều, tải trọng thang máy được cấu thành từ cabin hành khách và các khối cân bằng đối trọng. Chỉ khi tải trọng của cabin thang máy đạt khoảng 50% (chẳng hạn như thang máy chở khách 1000kg với khoảng 7 hành khách), khối cân bằng đối trọng của cabin thang máy mới ở trạng thái cân bằng cơ bản về khối lượng giữa hai bên. Nếu không, sẽ có sự chênh lệch khối lượng giữa cabin thang máy và khối cân bằng đối trọng, điều này sẽ tạo ra thế năng cơ học trong quá trình thang máy vận hành. Khi các thành phần nặng của thang máy di chuyển lên, thế năng cơ học được động cơ điện hấp thụ và chuyển đổi từ lưới điện tăng lên. Khi các thành phần nặng của thang máy di chuyển xuống, thế năng cơ học giảm và thế năng cơ học giảm được giải phóng và chuyển đổi thành năng lượng điện được lưu trữ trong tụ điện lớn của liên kết DC của bộ biến tần thông qua động cơ điện. Thiết bị phản hồi năng lượng sau đó gửi phần năng lượng điện này trở lại lưới điện.
Phân tích, tính toán và thử nghiệm nguyên mẫu cho thấy tốc độ thang máy càng nhanh, tầng càng cao, mức tiêu thụ năng lượng quay càng thấp thì năng lượng trả về lưới điện càng lớn. Lượng điện trả về có thể đạt khoảng 50% tổng mức tiêu thụ của thang máy, đồng nghĩa với việc hiệu suất tiết kiệm năng lượng đạt khoảng 50%.
Phân tích trên cho thấy việc sử dụng thiết bị phản hồi năng lượng có hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể đối với các thiết bị di chuyển lên xuống nhanh như thang máy và cần cẩu. Ngoài ra, còn có hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể đối với các thiết bị như đầu máy điện và máy bào cổng trục thường xuyên khởi động và phanh.
Cấu trúc và nguyên lý điều khiển cơ bản của thiết bị tiết kiệm năng lượng
Cấu trúc mạch chính của thiết bị phản hồi năng lượng được thể hiện trong Hình 1, chủ yếu bao gồm cầu toàn phần IGBT (Transistor lưỡng cực cổng cách điện) ba pha, cuộn cảm nối tiếp, tụ lọc và một số mạch ngoại vi.
Ứng dụng của thiết bị phản hồi năng lượng trong tiết kiệm năng lượng thang máy
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc mạch chính và phương pháp kết nối của thiết bị phản hồi năng lượng PFE
Đầu ra của nó được kết nối với các đầu vào R, S và T của bộ biến tần thang máy; Có hai điốt cách ly VD1 và VD2 được mắc nối tiếp ở đầu vào, sau đó được kết nối với đường PN của bộ biến tần. Khi thang máy tạo ra điện thông qua quá trình tái tạo, điện áp thanh cái của bộ biến tần thang máy tăng lên, và sau khi đi qua VD1 và VD2, điện áp thanh cái của thiết bị phản hồi cũng tăng lên. Khi điện áp thanh cái cao hơn giá trị mở cài đặt, thiết bị phản hồi bắt đầu hoạt động và phản hồi năng lượng điện về phía lưới điện.
Chức năng của thiết bị phản hồi năng lượng có thể được mô tả bằng Hình 2. Mạch điều khiển (trong hộp nét đứt) bao gồm một chip logic lập trình vi xử lý đơn chip và một bộ lấy mẫu tín hiệu ngoại vi, kết hợp với thiết kế phần mềm có tính dự phòng cao, cho phép mạch điều khiển tự động xác định các giá trị tức thời về trình tự pha, pha, điện áp và dòng điện của lưới điện xoay chiều ba pha và điều khiển có trật tự IPM (Mô-đun nguồn thông minh) hoạt động ở trạng thái PWM, đảm bảo nguồn điện một chiều có thể được trả lại lưới điện xoay chiều ngay lập tức.
Ứng dụng của thiết bị phản hồi năng lượng trong tiết kiệm năng lượng thang máy
Hình 2 Sơ đồ khối chức năng của thiết bị phản hồi năng lượng
Hiện nay có các sản phẩm thiết bị phản hồi năng lượng có những đặc điểm sau:
① Thay thế các bộ phận gia nhiệt như điện trở phanh, loại bỏ các nguồn nhiệt, cải thiện môi trường phòng máy, giảm tác động bất lợi của nhiệt độ cao lên các bộ phận như động cơ và hệ thống điều khiển, đồng thời kéo dài tuổi thọ của thang máy;
② Có thể loại bỏ điện áp bơm ngay lập tức, cải thiện hiệu quả hiệu suất phanh thang máy và nâng cao hiệu suất thoải mái của thang máy;
③ Bằng cách sử dụng chiến lược điều khiển pha, nhiễu sóng hài của bộ biến tần điều khiển thang máy trên lưới điện có thể được triệt tiêu hiệu quả, làm sạch lưới điện;
④ Dạng sóng điện áp đầu ra tốt, hệ số công suất cao, không có hiện tượng tuần hoàn xung động và điện áp phù hợp với điện áp lưới;
⑤ Có biện pháp cách ly điện hiệu quả, không gây nhiễu cho các thiết bị điện khác hoặc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài;
⑥ Sản phẩm có độ thông minh cao, hoạt động ổn định, an toàn và tin cậy, có đầy đủ các chức năng bảo vệ và cảnh báo lỗi;
⑦ Chỉ cần lựa chọn đúng, đấu dây đúng và không cần phải gỡ lỗi thì có thể đưa vào sử dụng;
⑧ Sản phẩm có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt và bảo trì.