Các nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng biến tần xin lưu ý rằng trong sản xuất tự động hóa công nghiệp hiện đại, phạm vi ứng dụng của bơm, quạt và các thiết bị khác đang ngày càng mở rộng. Mức tiêu thụ điện năng, tổn thất tiết lưu của van chặn, van và các thiết bị khác, cũng như chi phí bảo trì và sửa chữa hàng ngày, chiếm gần 20% chi phí sản xuất. Đây là một khoản chi phí sản xuất đáng kể. Với sự phát triển của nền kinh tế, việc cải cách sâu rộng và cạnh tranh thị trường ngày càng gay gắt, việc tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng đã dần trở thành một biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.
1. Lý thuyết cơ bản về công nghệ tiết kiệm năng lượng tần số biến thiên
Nguyên lý cơ bản của công nghệ biến tần là duy trì tần số dòng điện xoay chiều được thiết bị điện sử dụng ở trạng thái cố định trong thời gian dài. Ứng dụng của công nghệ biến tần là biến tần số thành một nguồn tài nguyên có thể điều chỉnh và sử dụng tự do. Ngày nay, công nghệ biến tần đang phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng nhất là công nghệ điều chỉnh tốc độ biến tần.
Công nghệ biến tần bao gồm công nghệ máy tính, công nghệ điện tử công suất và công nghệ truyền dẫn nhấp chuột. Đây là công nghệ toàn diện kết hợp thiết bị cơ khí và điện mạnh và yếu. Nó đề cập đến việc chuyển đổi tín hiệu của dòng điện tần số điện sang các tần số khác, chủ yếu đạt được thông qua các thành phần bán dẫn. Sau đó, dòng điện xoay chiều được chuyển đổi thành dòng điện một chiều và bộ biến tần điều chỉnh dòng điện và điện áp đồng thời đạt được điều chỉnh tốc độ vô cấp của thiết bị cơ điện. Tóm lại, công nghệ biến tần là điều khiển tốc độ của động cơ bằng cách thay đổi tần số của dòng điện, do đó điều khiển hiệu quả các thiết bị động cơ. Tất cả những điều này đều đạt được trên cơ sở tần số dòng điện và tốc độ động cơ tăng lên hàng năm. Đặc điểm của công nghệ biến tần là có thể đảm bảo động cơ hoạt động trơn tru, tự động điều khiển tăng tốc và giảm tốc, đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu suất làm việc.
Trong sử dụng hàng ngày của bộ biến tần, điều khiển mô-men xoắn trực tiếp và điều khiển vector chủ yếu được sử dụng. Trong tương lai, bộ biến tần sẽ được phát triển dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo và phương pháp điều khiển tự tối ưu hóa mờ. Hơn nữa, khi bộ biến tần tiếp tục phát triển, tính toàn diện của chúng sẽ ngày càng cao. Ngoài việc hoàn thiện các chức năng điều chỉnh tốc độ cơ bản, chúng còn được tích hợp các chức năng giao tiếp, lập trình và nhận dạng tham số.
2. Nguyên lý tiết kiệm năng lượng của bộ biến tần
2.1 Phương pháp tiết kiệm năng lượng tần số thay đổi
Theo cơ học chất lưu, công suất = áp suất * lưu lượng. Lưu lượng và tốc độ tỉ lệ thuận với lũy thừa 1, áp suất tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ, và công suất tỉ lệ thuận với lập phương tốc độ. Nếu hiệu suất của máy bơm nước cố định, khi lưu lượng giảm, tốc độ sẽ giảm theo tỉ lệ thuận, và công suất đầu ra cũng sẽ giảm theo bậc ba. Do đó, tốc độ của máy bơm nước gần như tỉ lệ thuận với mức tiêu thụ điện năng của động cơ. Ví dụ, khi động cơ máy bơm nước 55kW được quay ở 80% tốc độ ban đầu, mức tiêu thụ điện năng là 28kW/h, với tỷ lệ tiết kiệm điện là 48%. Nhưng nếu tốc độ được điều chỉnh ở 50% tốc độ ban đầu, mức tiêu thụ điện năng sẽ trở thành 6kW/h, và tỷ lệ tiết kiệm điện năng đạt 87%.
2.2 Áp dụng bù hệ số công suất để tiết kiệm năng lượng
Công suất phản kháng không chỉ làm thiết bị nóng lên và tăng độ mòn dây dẫn, mà quan trọng hơn, việc giảm hệ số công suất còn dẫn đến giảm công suất tác dụng của lưới điện. Kết quả là, một lượng lớn năng lượng phản kháng bị tiêu thụ trên đường dây, dẫn đến giảm hiệu suất thiết bị và gây lãng phí nghiêm trọng. Sau khi sử dụng thiết bị điều chỉnh tốc độ biến tần, tổn thất công suất phản kháng được giảm hơn nữa nhờ tụ lọc bên trong bộ biến tần, giúp tăng công suất tác dụng của lưới điện.
2.3 Sử dụng phương pháp khởi động mềm để tiết kiệm năng lượng
Do động cơ được khởi động bằng Y/D hoặc khởi động trực tiếp, dòng điện khởi động cao gấp bốn đến bảy lần dòng điện định mức, có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến lưới điện và thiết bị cơ điện. Hơn nữa, điều này đòi hỏi công suất lưới điện rất lớn, tạo ra dòng điện tương đối lớn trong quá trình khởi động và gây hư hỏng đáng kể cho van và vách ngăn trong quá trình rung, điều này cũng rất bất lợi cho tuổi thọ của đường ống và thiết bị. Việc sử dụng biến tần tận dụng chức năng khởi động mềm của biến tần để khởi động dòng điện từ 0 và giá trị cực đại sẽ không vượt quá dòng điện định mức. Do đó, tác động lên lưới điện và yêu cầu về công suất cung cấp điện được giảm đáng kể, đồng thời kéo dài đáng kể tuổi thọ của van và thiết bị.
3. Ví dụ ứng dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng tần số thay đổi
Chúng tôi đã sử dụng ví dụ lắp đặt bộ điều khiển tốc độ biến tần trên máy bơm nước tuần hoàn 160kW để cải tạo thiết bị tiết kiệm năng lượng biến tần. Chúng tôi đã kiểm tra mức tiêu thụ điện trước và sau khi cải tạo và đạt được kết quả rất khả quan.
3.1 Chế độ điều khiển trước khi biến đổi tần số
Trong quá trình vận hành bơm nước tuần hoàn, khi lưu lượng thay đổi do yêu cầu của quy trình, cần phải điều chỉnh độ mở của cửa ra và cửa vào của bơm để thay đổi lưu lượng thực tế của bơm. Phương pháp điều chỉnh này được gọi là điều chỉnh tiết lưu. Trong ví dụ này, độ mở của van ra và cửa vào khoảng 60%. Xét về mặt sử dụng năng lượng, đây là một phương pháp điều chỉnh rất không kinh tế.
3.2 Chế độ điều khiển sau khi biến đổi tần số
Trong quá trình vận hành bơm nước tuần hoàn, khi lưu lượng thay đổi do yêu cầu của quy trình, cả van đầu vào và van đầu ra đều được mở hoàn toàn. Bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ, có thể tìm ra điểm vận hành mới phù hợp để đạt được lưu lượng phù hợp. Tùy thuộc vào tình hình thực tế và nhu cầu tại chỗ, có thể thực hiện điều khiển thủ công hoặc tự động. Trong ví dụ này, do không cần điều chỉnh lưu lượng thường xuyên, tần số vận hành thực tế của động cơ được xác định là 40Hz dựa trên tình hình thực tế và nhu cầu tại chỗ, và việc điều khiển thủ công chủ yếu nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng.
4. Những thay đổi trong hoạt động sau khi sử dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi
Khởi động mềm hoàn toàn đã đạt được. Khi động cơ khởi động, tốc độ rotor tăng dần theo tần số nguồn điện đầu vào, giúp tăng tốc độ một cách mượt mà. Thời gian khởi động của toàn bộ hệ thống được thiết lập khoảng 20 giây, không gây ảnh hưởng đến hệ thống và mượt mà hơn so với phương pháp khởi động ban đầu.
Dòng điện sử dụng trong lưới điện cũng đã giảm đáng kể, giúp việc sử dụng thiết bị điện an toàn hơn. Đồng thời, khi tần số giảm, tốc độ động cơ cũng giảm, giúp giảm hao mòn cơ học và giảm đáng kể khả năng hỏng hóc cũng như chi phí bảo trì. Máy biến áp cung cấp điện cho máy bơm nước đã tiết kiệm được phần lớn công suất cung cấp điện. Chỉ cần giảm tải hoạt động, công suất tiết kiệm được khoảng 50 kilowatt, cải thiện hiệu suất sử dụng của thiết bị. Hệ số công suất của động cơ cũng được cải thiện tương ứng, giúp động cơ hoạt động tiết kiệm hơn.
Việc sử dụng công nghệ biến tần đã cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm tiêu thụ năng lượng, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hơn nữa lợi ích kinh tế của doanh nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ biến tần đòi hỏi phải chuyển đổi các thiết bị này để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng.