Biến tần điều khiển động cơ máy nén Danfoss

Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động, Ưu điểm của biến tần trong điều khiển động cơ

1. Biến tần là gì?

Biến tần hay VFD (variable frequency drive) là một loại bộ điều khiển động cơ điều khiển động cơ điện bằng cách thay đổi tần số và điện áp của nguồn điện. VFD cũng có khả năng điều khiển quá trình tăng tốc và giảm tốc mượt mà.

Biến tần điều khiển động cơ điện
Biến tần điều khiển động cơ máy nén, Nguồn ảnh: Danfoss

Ngoài ra, các biến tần ngày nay tích hợp khả năng kết nối mạng và chẩn đoán để kiểm soát hiệu suất tốt hơn và tăng năng suất. Vì vậy, tiết kiệm năng lượng, điều khiển động cơ thông minh và giảm dòng điện cực đại là ba lý do tuyệt vời để chọn VFD làm bộ điều khiển trong mọi hệ thống điều khiển động cơ.

Các ứng dụng phổ biến nhất của VFD là để điều khiển quạt, máy bơm và máy nén, và các ứng dụng này chiếm 75% tổng số biến tần hoạt động trên toàn cầu.

Bộ khởi động mềm và bộ công tắc tơ là các loại bộ điều khiển động cơ khác, ít phức tạp hơn. Bộ khởi động mềm cung cấp khả năng tăng tốc nhẹ nhàng đến tốc độ tối đa trong quá trình khởi động động cơ điện.

Công tắc tơ là một loại bộ điều khiển động cơ sử dụng điện áp đường dây đầy đủ cho động cơ điện.

2. Nguyên lý hoạt động của Biến Tần

Giai đoạn đầu tiên của Biến tần xoay chiều, hoặc VFD, là Bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi bao gồm sáu điốt, tương tự như van một chiều được sử dụng trong hệ thống ống nước. Chúng cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng; hướng được hiển thị bằng mũi tên trong biểu tượng diode. 

Ví dụ, bất cứ khi nào điện áp pha A (điện áp tương tự như áp suất trong hệ thống ống nước) dương hơn điện áp pha B hoặc C, thì điốt đó sẽ mở và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha B trở nên dương hơn pha A, thì điốt pha B sẽ mở và điốt pha A sẽ đóng. Điều này cũng đúng đối với 3 điốt ở mặt âm. Do đó, chúng ta nhận được sáu “xung” hiện tại khi mỗi diode mở và đóng. Đây được gọi là “VFD sáu xung”, là cấu hình tiêu chuẩn cho các biến tần hiện tại.

Nguồn ảnh: Instrumentatontool

Giả sử rằng biến tần đang hoạt động trên hệ thống điện 480V. Định mức 480V là “rms” hoặc bình phương gốc. Các cực đại trên hệ thống 480V là 679V. Như bạn có thể thấy, bus DC của VFD có điện áp một chiều với gợn sóng xoay chiều. Điện áp chạy trong khoảng từ 580V đến 680V.

Chúng ta có thể loại bỏ gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm một tụ điện. Tụ điện hoạt động theo kiểu tương tự như một bể chứa hoặc bộ tích lũy trong hệ thống đường ống dẫn nước. Tụ điện này hấp thụ gợn sóng xoay chiều và cung cấp điện áp một chiều êm. Độ gợn sóng AC trên bus DC thường nhỏ hơn 3 Volts. Do đó, điện áp trên bus DC trở thành “xấp xỉ” 650VDC. Điện áp thực tế sẽ phụ thuộc vào mức điện áp của dòng AC cấp cho biến tần, mức độ mất cân bằng điện áp trên hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ cuộn kháng hoặc bộ lọc sóng hài nào trên biến tần.

Bộ chuyển đổi cầu diode chuyển đổi AC-sang-DC, đôi khi chỉ được gọi là bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi chuyển đổi từ một chiều trở lại thành xoay chiều cũng là một bộ chuyển đổi, nhưng để phân biệt với bộ chuyển đổi diode, nó thường được gọi là “biến tần”. Nó đã trở nên phổ biến trong ngành khi coi bất kỳ bộ chuyển đổi DC-to-AC nào như một bộ biến tần.

Lưu ý rằng trong một VFD thực, các công tắc được hiển thị sẽ thực sự là bóng bán dẫn hoặc thyristor.

Khi chúng ta đóng một trong các công tắc trên cùng của biến tần, pha đó của động cơ được kết nối với bus một chiều dương và điện áp trên pha đó trở thành dương. Khi chúng ta đóng một trong các công tắc dưới cùng của bộ chuyển đổi, pha đó được kết nối với bus một chiều âm và trở thành âm. Do đó, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào trên động cơ trở nên dương hoặc âm theo ý muốn và do đó có thể tạo ra bất kỳ tần số nào mà chúng ta muốn. Vì vậy, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào là dương, âm hoặc bằng không.

Sóng hình sin màu xanh lam chỉ được hiển thị cho mục đích so sánh. Biến tần không tạo ra sóng sin này.

Lưu ý rằng đầu ra từ VFD là dạng sóng “hình chữ nhật”. VFD không tạo ra đầu ra hình sin. Dạng sóng hình chữ nhật này sẽ không phải là lựa chọn tốt cho hệ thống phân phối mục đích chung, nhưng hoàn toàn phù hợp cho động cơ.

Nếu chúng ta muốn giảm tần số động cơ xuống 30 Hz, thì chúng ta chỉ cần chuyển các bóng bán dẫn đầu ra của biến tần chậm hơn. Nhưng, nếu chúng ta giảm tần số xuống 30Hz, thì chúng ta cũng phải giảm điện áp xuống 240V để duy trì tỷ số V / Hz. Làm thế nào chúng ta sẽ giảm điện áp nếu điện áp duy nhất mà chúng ta có là 650VDC?

Đây được gọi là Điều chế độ rộng xung hoặc PWM. Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có thể kiểm soát áp suất trong đường nước bằng cách bật và tắt van ở tốc độ cao. Mặc dù điều này sẽ không thực tế cho các hệ thống ống nước, nhưng nó hoạt động rất tốt đối với VFD. Chú ý rằng trong nửa chu kỳ đầu tiên, điện áp BẬT một nửa thời gian và TẮT một nửa thời gian. Như vậy, điện áp trung bình là một nửa của 480V hoặc 240V. Bằng cách tạo xung đầu ra, chúng ta có thể đạt được bất kỳ điện áp trung bình nào trên đầu ra của VFD.

3. Tại sao tôi nên sử dụng Biến tân

3.1 Giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí năng lượng

Nếu bạn có một ứng dụng không cần chạy ở tốc độ tối đa, thì bạn có thể cắt giảm chi phí năng lượng bằng cách điều khiển động cơ bằng biến tần, đây là một trong những lợi ích của bộ truyền động tần số thay đổi. VFD cho phép bạn điều chỉnh tốc độ của thiết bị điều khiển động cơ với yêu cầu tải. Không có phương pháp điều khiển động cơ điện xoay chiều nào khác cho phép bạn thực hiện điều này.

Hệ thống động cơ điện chiếm hơn 65% lượng điện năng tiêu thụ trong ngành công nghiệp ngày nay. Tối ưu hóa hệ thống điều khiển động cơ bằng cách cài đặt hoặc nâng cấp lên VFD có thể giảm tiêu thụ năng lượng trong cơ sở của bạn tới 40-70%. Ngoài ra, việc sử dụng VFD giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Kết hợp các ưu đãi về thuế tiết kiệm năng lượng và giảm giá tiện ích, lợi tức đầu tư cho việc lắp đặt VFD có thể kéo dài ít nhất là 6 tháng.

3.2 Tăng sản lượng thông qua kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn

Bằng cách vận hành động cơ của bạn ở tốc độ hiệu quả nhất cho ứng dụng của bạn, sẽ ít lỗi hơn xảy ra và do đó, mức sản xuất sẽ tăng lên, mang lại doanh thu cao hơn cho công ty của bạn. Trên băng tải và dây đai, bạn loại bỏ hiện tượng giật khi khởi động cho phép vận chuyển cao.

3.3 Kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm bảo trì

Thiết bị của bạn sẽ tồn tại lâu hơn và sẽ có ít thời gian ngừng hoạt động hơn do bảo trì khi thiết bị được điều khiển bởi VFDs đảm bảo tốc độ ứng dụng động cơ tối ưu. Do điều khiển tối ưu của VFD đối với tần số và điện áp của động cơ, VFD sẽ bảo vệ tốt hơn cho động cơ của bạn khỏi các vấn đề như quá tải nhiệt điện, bảo vệ pha, dưới điện áp, quá áp, v.v. Khi bạn bắt đầu tải với VFD, bạn sẽ không làm cho động cơ hoặc tải truyền động bị “sốc tức thời” khi bắt đầu khởi động, VFD giúp khởi động trơn tru, do đó loại bỏ sự mài mòn của dây đai, bánh răng và ổ trục. Đây cũng là một cách tuyệt vời để giảm và / hoặc loại bỏ búa nước vì chúng ta có thể có các chu kỳ tăng tốc và giảm tốc mượt mà.


Cảm ơn Bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết được tham khảo từ Instrumentationtool

Bài viết cùng chuyên mục:

  1. Máy nén khí biến tần (VSD) có phải là lựa chọn phù hợp để đạt hiệu quả năng lượng tối ưu không?
  2. Hiểu về Máy nén khí, Các cân nhắc khi chọn Máy nén khí
  3. Quạt công nghiệp, Phân loại, Cấu tạo, Ưu và Nhược điểm từng loại
  4. Cảm biến áp suất là gì? Các công nghệ chế tạo và Nguyên lý hoạt động
  5. Các loại Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Thư viện bài viết:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.