Các nhà cung cấp bộ phản hồi năng lượng xin nhắc lại rằng lịch sử ứng dụng của bộ biến tần tại Trung Quốc đã hơn 30 năm. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, phạm vi ứng dụng của bộ biến tần cũng đã bắt đầu bao gồm nhiều lĩnh vực và quy mô thị trường đang mở rộng qua từng năm. Hiện tại, có hơn 140 thương hiệu bộ biến tần trong và ngoài nước, và các nhà sản xuất và phân phối bộ biến tần mới thành lập cũng trải rộng trên khắp cả nước. Mặc dù vẫn còn một khoảng cách nhất định về hiệu suất giữa bộ biến tần trong nước và nhập khẩu, nhưng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ tại Trung Quốc, khoảng cách này không phải là không thể vượt qua. Đồng thời, được hưởng lợi từ tính toàn vẹn của chuỗi công nghiệp trong nước, có tiềm năng lớn về hiệu quả sản xuất và chi phí sản xuất của bộ biến tần trong nước.
Hệ thống truyền động biến tần được cấu thành từ bộ biến tần, đạt hoặc vượt hiệu suất của hệ thống điều khiển tốc độ DC. Bộ biến tần có ưu điểm là kích thước nhỏ, tiếng ồn thấp, chi phí thấp và dễ bảo trì động cơ không đồng bộ, giúp đơn giản hóa đáng kể quy trình sản xuất và giảm chi phí đầu tư ban đầu. Nhìn chung, việc sử dụng bộ biến tần hợp lý có thể cải thiện năng suất lao động, chất lượng sản phẩm và tự động hóa thiết bị, đồng thời tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất.
1、 Phân loại, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của bộ biến tần hạ áp
1. Phân loại bộ biến tần hạ áp
Có nhiều tiêu chuẩn khác nhau để phân loại biến tần. Biến tần có thể được chia thành biến tần thông dụng và biến tần chuyên dụng. Theo nguyên lý hoạt động, biến tần có thể được chia thành biến tần AC-AC và biến tần AC-DC-AC, trong đó biến tần AC-DC-AC cũng có thể được chia thành biến tần loại dòng điện và biến tần loại điện áp theo chế độ làm việc của mạch chính. Ngoài ra, theo hướng phát triển của công nghệ biến tần, nó có thể được chia thành biến tần VVVF, biến tần vector, biến tần điều khiển mô-men xoắn trực tiếp, v.v.
2. Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần điện áp thấp
Nhìn chung, bộ biến tần sử dụng chế độ hoạt động chéo trực tiếp. Về mặt tương đối, bộ biến tần điện áp thấp được sử dụng rộng rãi do công nghệ tiên tiến, chi phí thấp và dễ bảo trì. Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần đơn giản là chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành thiết bị điện có tần số điều chỉnh được. Theo công thức tốc độ đồng bộ N=60f/p đối với động cơ xoay chiều (trong đó N là tốc độ đồng bộ của động cơ, f là tần số công suất và p là số cực của động cơ), tốc độ của động cơ xoay chiều có thể thay đổi bằng cách thay đổi tần số. Bộ biến tần được phát triển dựa trên nguyên lý này.
3. Cấu trúc bộ biến tần điện áp thấp
Thành phần mạch chính của bộ biến tần:
Loại điện áp: Nguồn điện được chuyển đổi từ bộ biến tần DC sang AC, bộ lọc mạch là tụ điện.
Loại dòng điện: Nguồn điện cung cấp thay đổi từ biến tần DC sang AC, mạch lọc là cuộn cảm.
Bộ biến tần chủ yếu bao gồm bốn phần sau:
(1) Bộ chỉnh lưu: Hiện nay, bộ biến đổi diode được sử dụng rộng rãi, có thể biến đổi tần số điện năng thành điện năng một chiều và cũng có thể tạo thành bộ biến đổi thuận nghịch. Do hướng công suất của nó thuận nghịch nên nó có thể tái sinh và hoạt động.
(2) Mạch sóng phẳng: Điện áp một chiều do bộ chỉnh lưu tạo ra có điện áp dao động, tần số gấp 6 lần tần số nguồn điện. Để triệt tiêu dao động điện áp, cần sử dụng tụ điện và cuộn cảm để hấp thụ điện áp dao động (tức là dòng điện). Khi công suất của thiết bị nhỏ, nếu công suất dư thừa, có thể sử dụng trực tiếp mạch làm phẳng.
(3) Biến tần: Biến tần chuyển đổi điện một chiều thành điện xoay chiều, do đó thu được điện áp đầu ra ba pha trong thời gian cố định.
(4) Mạch điều khiển: Cung cấp mạch điều khiển tín hiệu cho mạch chính của nguồn cấp động cơ không đồng bộ. Bao gồm mạch vận hành tần số điện áp, mạch phát hiện dòng điện và điện áp mạch chính, mạch phát hiện tốc độ động cơ, mạch điều khiển mạch vận hành có thể khuếch đại tín hiệu điều khiển, mạch bảo vệ động cơ và biến tần.
2、 Lựa chọn các loại biến tần điện áp thấp
1. Tổng quan về lựa chọn loại biến tần điện áp thấp
Hiện nay, hầu hết người dùng lựa chọn biến tần dựa trên hướng dẫn hoặc sổ tay hướng dẫn sử dụng do nhà sản xuất biến tần cung cấp. Thông thường, nhà sản xuất biến tần sẽ cung cấp dòng điện định mức của biến tần, phù hợp với công suất và dung lượng định mức của động cơ. Các thông số của động cơ hiện có đều do nhà sản xuất cung cấp dựa trên động cơ tiêu chuẩn quốc gia hoặc nhà sản xuất, và không thể phản ánh chính xác khả năng chịu tải của biến tần. Do đó, khi lựa chọn biến tần, nguyên tắc dòng điện định mức của động cơ không được vượt quá dòng điện định mức của biến tần nên được xem xét làm tham chiếu. Ngoài ra, khi lựa chọn biến tần, người dùng cũng nên hiểu rõ các điều kiện vận hành và các thông số liên quan của động cơ, đồng thời chú ý đến loại và đặc tính làm việc của động cơ.
(1) Lựa chọn dòng điện định mức cho biến tần. Theo thông số kỹ thuật thiết kế, để đảm bảo biến tần hoạt động an toàn và tin cậy, dòng điện định mức của biến tần phải lớn hơn dòng điện định mức của tải (động cơ), đặc biệt đối với động cơ có đặc tính tải thay đổi thường xuyên. Theo kinh nghiệm, dòng điện định mức của biến tần lớn hơn 1,05 lần dòng điện định mức của động cơ.
(2) Lựa chọn điện áp định mức cho bộ biến tần. Điện áp định mức của bộ biến tần được lựa chọn dựa trên điện áp bus bên đầu vào của bộ biến tần. Về nguyên tắc, điện áp định mức của bộ biến tần phải phù hợp với điện áp đầu vào. Nếu điện áp đầu vào quá cao, bộ biến tần [3] sẽ bị hỏng.
2. Những lưu ý khi lựa chọn biến tần hạ áp
(1) Ghép loại tải với bộ biến tần.
Tải trọng của ngành công nghiệp hóa dầu chủ yếu bao gồm bơm và quạt. Bơm được chia thành bơm nước, bơm dầu, bơm phụ gia, bơm định lượng, bơm nâng, bơm trộn và bơm rửa. Trong số đó, bơm nâng, bơm trộn và bơm rửa chủ yếu là tải trọng nặng, trong khi phần còn lại là tải trọng thông thường. Quạt được chia thành quạt làm mát bằng không khí, quạt hút gió nồi hơi, quạt hướng trục, máy nén khí, v.v. Khi quạt làm mát bằng không khí và quạt hút gió nồi hơi được khởi động, cả hai đều là tải trọng nặng, thường được coi là tải trọng nặng và phần còn lại là tải trọng thông thường. Khi chọn bộ biến tần, việc lựa chọn nên dựa trên các đặc tính của tải. Nếu loại tải không rõ ràng hoặc có thể thay đổi trong các điều kiện quy trình khác nhau, nên chọn bộ biến tần dựa trên tải trọng nặng để tránh lựa chọn không khớp.
(2) Điều kiện môi trường ảnh hưởng đến bộ biến tần.
Thông thường, biến tần yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm môi trường cao hơn. Khi nhiệt độ môi trường dưới 30 độ C, độ ẩm tương đối dưới 80% và độ cao dưới 100 mét, biến tần hoạt động an toàn ở dòng điện định mức; nếu nhiệt độ môi trường vượt quá 40 độ C, công suất và dòng điện thực tế của biến tần sẽ giảm dần theo nhiệt độ môi trường. Nếu độ ẩm tương đối của môi trường vượt quá 90%, hiện tượng ngưng tụ có thể xảy ra, gây đoản mạch các linh kiện bên trong biến tần. Nếu độ cao vượt quá 100 mét, công suất đầu ra của biến tần sẽ giảm. Ngoài ra, nên tránh sử dụng biến tần trong môi trường nhiều bụi.
(3) Lựa chọn linh kiện tùy chọn cho bộ biến tần.
Việc lựa chọn không đúng các thành phần tùy chọn cho bộ biến tần có thể dẫn đến tỷ lệ hỏng hóc cao, chủ yếu tập trung ở việc lựa chọn bộ lọc và lò phản ứng.
3、 Ứng dụng thực tế của bộ biến tần hạ áp
1. Kết nối chính của bộ biến tần hạ áp
Do vị trí lắp đặt các tiếp điểm, bộ lọc và cuộn kháng trong mạch sơ cấp có tác động đáng kể đến bộ biến tần, nên phần sau sẽ tập trung phân tích ba thiết bị này.
(1) Công tắc tơ
Có hai phương pháp kết nối chính cho contactor: lắp đặt ở mặt sau của thân biến tần và lắp đặt ở mặt trước của thân biến tần. Contactor được lắp đặt ở mặt sau của thân biến tần, ưu điểm là biến tần không bị va đập thường xuyên khi động cơ khởi động thường xuyên. Nhược điểm là thời gian sạc của biến tần dài và có tổn thất điện năng. Contactor được lắp đặt ở mặt trước của thân biến tần và có ưu điểm là ngắt hoàn toàn nguồn điện khi động cơ ở chế độ chờ mà không bị mất điện. Nhược điểm là việc khởi động động cơ thường xuyên sẽ gây ra các cú sốc sạc thường xuyên cho biến tần, ảnh hưởng đến tuổi thọ của các linh kiện biến tần.
Tóm lại, nếu động cơ khởi động không thường xuyên, có thể lắp contactor ở mặt trước và mặt sau của thân biến tần, nhưng lắp ở mặt sau của thân biến tần sẽ phù hợp hơn. Nếu động cơ khởi động thường xuyên, khuyến nghị lắp contactor ở mặt sau của thân biến tần.
(2) Bộ lọc
Bộ lọc đầu vào chủ yếu được sử dụng để lọc lưới điện, triệt tiêu các tác động sóng hài của lưới điện lên bộ biến tần và triệt tiêu sóng hài do chỉnh lưu bộ biến tần tạo ra không quay trở lại lưới điện; Bộ lọc đầu ra chủ yếu tối ưu hóa bộ biến tần, lọc sóng hài và làm cho dạng sóng đầu ra có dạng sin hơn.
(3) Lò phản ứng
Lò phản ứng đầu vào có thể triệt tiêu sóng hài ở phía lưới điện và bảo vệ cầu chỉnh lưu; Khi cáp đầu ra của bộ biến tần vượt quá chiều dài quy định (thường cho phép chiều dài cáp là 250m), nên chọn lò phản ứng đầu ra.
2. Môi trường lắp đặt cho bộ biến tần hạ áp
Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng tỷ lệ hỏng hóc của biến tần tăng đáng kể trong môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là khi nhạy cảm với nhiệt độ, độ ẩm và bụi. Do đó, khi lựa chọn môi trường lắp đặt, cần chọn môi trường có nhiệt độ, độ ẩm có thể kiểm soát được và ít bụi.
(1) Nhiệt độ môi trường
Trong thực tế sử dụng, người ta thấy rằng biến tần thích hợp để làm việc trong môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn hoặc bằng 35 độ C, ngược lại, nhiệt độ càng cao thì khả năng chịu tải của biến tần càng thấp.
(2) Độ ẩm môi trường
Khi độ ẩm môi trường cao, biến tần dễ bị ngưng tụ bên trong, dễ gây ra sự cố đoản mạch. Do đó, chúng ta phải kiểm soát độ ẩm môi trường cho biến tần.
(3) Môi trường bụi
Bộ biến tần nên được sử dụng trong môi trường nhiều bụi nhất có thể, vì bụi tích tụ có thể gây đoản mạch và làm hỏng các linh kiện điện tử của bộ biến tần.
4、 Các lỗi thường gặp và cách khắc phục của biến tần hạ áp
1. Không thể khởi động
Nguyên nhân: Do quán tính quay hoặc mô men xoắn của tải quá lớn.
Giải pháp: Tăng tần số khởi động và mô-men xoắn một cách thích hợp và kiểm tra cài đặt bảo vệ.
2. Ngắt quá áp
Nguyên nhân: Do điện áp nguồn cao hoặc thời gian xuống dốc ngắn.
Giải pháp: Kiểm tra xem trạng thái chạy có bình thường không.
3. Quá tải
Lý do: Khả năng quá tải của biến tần điện áp thấp tương đối kém hoặc cài đặt thông số động cơ không hợp lý.
Giải pháp: Kiểm tra mạch phát hiện dòng điện bên trong và cài đặt thông số của bộ biến tần.