Ở các xí nghiệp, nhà máy
và ở các nhà máy điện đều có các thiết bị hút thổi gió, khói, hơi nước...có sử
dụng động cơ ba pha xoay chiều làm động cơ sơ cấp. Tại các xí nghiệp khác,
thường là các thiết bị làm mát (điều hoà trung tâm ), máy bơm nước...
Trong quá trình sản
xuất, lưu lượng của các thiết bị này luôn cần thay đổi để phù hợp với nhu cầu
cụ thể về sản xuất của xí nghiệp, nhà máy.... Với động cơ sơ cấp là các động cơ
xoay chiều ba pha, việc điều chỉnh lưu lượng của các thiết bị này là khó khăn
vì như ta đã biết, lưu lượng của các môi chất thông qua thiết bị là phụ thuộc
vào tốc độ qua của động cơ sơ cấp. Với cấu tạo của các động cơ xoay chiều ba
pha truyền thống thì tốc độ quay của động cơ coi như không đổi với hệ thống
lưới điện xoay chiều có tần số công nghiệp f = 50Hz thông qua quan hệ
f="p.n/60" - trong đó p là số đôi cực của động cơ, và n là tốc độ
quay. Với quan hệ này, tốc độ quay của động cơ chỉ còn phụ thuộc vào tần số của
lưới điện. Vì vậy để thực hiện thay đổi được lưu lượng, điều tốt nhất là thay
đổi tốc độ động cơ sơ cấp, có nghĩa là cần thay đổi tần số của lưới điện. Thêm
nữa, như ta đã biết, đối với các hệ truyền động loại bơm và quạt, mômen tải phụ
thuộc vào tốc độ quay của trục theo hàm bình phương. Lưu lượng ra của hệ tỉ lệ
thuận với tốc độ quay:
Do rằng việc điều chỉnh
tần số của lưới điện là điều không thể được, nên cho đến nay tại các xí nghiệp,
nhà máy thường để điều chỉnh lưu lượng, người ta thường sử dụng biện pháp điều
chỉnh các lá chắn đầu vào, đầu ra hoặc làm một đường quay trở lại. Thí dụ như ở
nhà máy nhiệt điện, ở các quạt hút khói, thổi gió, 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.
Hiển nhiên là trong các
phương pháp trên đây, năng lượng tiêu thụ của toàn hệ thống lớn hơn nhiều so
với năng lượng yêu cầu khi lưu lượng yêu cầu giảm đi so với thiết kế. 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. Các phương pháp điều chỉnh lá
chắn khác nhau cho thấy tổn hao trên các lá chắn cũng khác nhau rất nhiều. Việc
làm mất đi những tổn hao trên các lá chắn này gợi ra một tiềm năng tiết kiệm
rất lớn.
Như đã biết ở trên, lưu
lượng của các thiết bị này phụ thuộc vào tốc độ của động cơ sơ cấp, mà tốc độ
này lại phụ thuộc vào tần số của nguồn điện. Vì vậy với một động cơ sơ cấp đã
có, việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng thực hiện được nhất là thay đổi tần số của
nguồn điện. Giải pháp cho vấn đề trên chính là sử dụng biến tần để thay thế cho
các van.
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 kỹ 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 điều chỉnh tốc độ của các động cơ ba pha xoay
chiều và đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế.
Việc điều chỉnh đầu ra
(v.d lưu lượng) của bơm/quạt được thực hiện ngay tại đầu vào là nguồn sinh ra
lưu lượng, cũng chính là thông qua điều chỉnh tốc độ của động cơ truyền động
bơm/quạt ấy. Khi không phải dùng van (hoặc để các van sẵn có mở tối đa) đương
nhiên sẽ không còn tổn thất trên van. Động cơ cũng không phải sinh công suất cơ
trên trục lớn hơn nhu cầu thực để thắng sức cản trên các van.
Ngoài ra, với việc sử
dụng các lá chắn, chẳng những năng lượng tổn hao đã gây ra lãng phí lớn mà bản
thân nó còn gây ra những tác hại không nhỏ cho hệ thống. Các lá chắn bị mòn đi
rất nhanh. Các chi tiết cơ khí trên hệ thống bị chịu áp lực nhiều hơn cần
thiết, chóng mỏi hơn và mau hỏng. Như vậy, chúng ta lại còn mất thêm những chi
phí cho bảo trì hệ thống.
Vậy bộ biến tần làm việc
như thế nào?
Nguyên lý làm việc của bộbiến tần cũng khá đơn giản . Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha 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 (tụ DC link). 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. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc
4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. 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.
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--------------------------------------
Lê Hoài Thanh
Công ty thương mại và kỹ thuật châu Á - Asitec
SĐT: 0976770046
Email: lehoaithanh@asitec.com.vn
Skype: vanthanhndle
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét