Các nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng cho bộ biến tần xin nhắc bạn rằng trong ngành công nghiệp hiện đại, động cơ là loại thiết bị điện tiêu thụ năng lượng cao với phạm vi ứng dụng rộng. Theo thống kê, tổng công suất lắp đặt của Trung Quốc là khoảng 400 triệu kilowatt, với mức tiêu thụ điện hàng năm khoảng 600 tỷ kilowatt giờ, chiếm 70-80% mức tiêu thụ điện công nghiệp. Trung Quốc chủ yếu dựa vào động cơ vừa và nhỏ, chiếm khoảng 80%, trong khi lượng điện tiêu thụ của động cơ vừa và nhỏ chiếm 90% tổng tổn thất. Trong ứng dụng thực tế của động cơ ở Trung Quốc, có một khoảng cách đáng kể so với nước ngoài, với hiệu suất đơn vị là 75%, thấp hơn nước ngoài 10%; Hiệu suất vận hành của hệ thống là 30-40%, thấp hơn 20-30% so với trình độ tiên tiến quốc tế. Do đó, động cơ vừa và nhỏ ở Trung Quốc có tiềm năng tiết kiệm năng lượng lớn và việc thúc đẩy tiết kiệm năng lượng động cơ là điều cấp thiết.
Nhờ cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, độ bền cao, vận hành tin cậy và phù hợp với môi trường khắc nghiệt, động cơ không đồng bộ đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp khác nhau, động cơ kéo bơm và quạt tiết kiệm năng lượng được đánh giá cao.
Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, đặc biệt là sự phát triển và ứng dụng cao của công nghệ điện tử công suất, công nghệ vi điện tử và công nghệ điều khiển tự động, hiệu quả tiết kiệm năng lượng của bộ biến tần ngày càng rõ rệt. Nó không chỉ có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp mà còn hoạt động hiệu quả dưới các tải khác nhau, với các đặc tính động lực học tốt và có thể đạt được hiệu suất cao, độ tin cậy cao và điều khiển tự động có độ chính xác cao. So với các phương pháp điều chỉnh tốc độ khác như điều chỉnh tốc độ giảm điện áp, điều chỉnh tốc độ thay đổi cực, điều chỉnh tốc độ trượt, điều chỉnh tốc độ tầng AC, v.v., điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi có hiệu suất ổn định, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng và hiệu quả cao. Với sự phát triển của lý thuyết điều khiển hiện đại và công nghệ điện tử công suất, công nghệ điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi AC ngày càng hoàn thiện và đã trở thành xu hướng điều chỉnh tốc độ động cơ AC. Các thiết bị điều khiển tốc độ tần số thay đổi (VFD) đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp.
Việc sử dụng biến tần để truyền tín hiệu điều khiển tốc độ nhanh, hệ thống điều khiển có độ trễ thời gian nhỏ, phản ứng nhạy, độ chính xác điều khiển của hệ thống điều chỉnh cao, sử dụng thuận tiện, có lợi cho việc cải thiện năng suất sản xuất, đảm bảo chất lượng và giảm chi phí sản xuất. Do đó, việc sử dụng biến tần là một sản phẩm phổ biến để tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng trong các nhà máy và doanh nghiệp khai thác mỏ.
Thiết bị tiết kiệm năng lượng động cơ biến tần là một sản phẩm điều khiển chuyên dụng thế hệ mới mang tính cách mạng. Dựa trên công nghệ điều khiển kỹ thuật số vi xử lý, thiết bị này tự động điều chỉnh điện áp và dòng điện trong quá trình vận hành động cơ thông qua phần mềm điều khiển tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng chuyên dụng tích hợp sẵn. Không cần thay đổi tốc độ động cơ, thiết bị đảm bảo mô-men xoắn đầu ra của động cơ phù hợp chính xác với nhu cầu tải, tránh lãng phí điện năng do công suất động cơ quá mức.
Động cơ AC hiện là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm khoảng 85% tổng số loại động cơ. Chúng có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và không cần bảo trì. Tuy nhiên, điểm yếu của chúng là khó điều chỉnh tốc độ, điều này hạn chế việc sử dụng trong nhiều ứng dụng hoặc đòi hỏi các phương tiện cơ học để điều chỉnh tốc độ.
Có hai ứng dụng điển hình của biến tần xét theo loại tải: 1. Ứng dụng mô-men xoắn không đổi; 2. Ứng dụng mô-men xoắn thay đổi. Về mục đích ứng dụng, các mục tiêu chính là: 1. Cải thiện quy trình, đảm bảo tốc độ quay trong quá trình, tốc độ quay dưới các tải khác nhau và định vị chính xác. Với hiệu suất điều chỉnh tốc độ tuyệt vời, biến tần có thể cải thiện năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện sự thoải mái, hợp lý hóa thiết bị, thích ứng hoặc cải thiện môi trường, v.v. 2. Mục đích chính của việc chuyển đổi tiết kiệm năng lượng là đạt được kết quả đáng kể bằng cách kiểm soát tốc độ của quạt và bơm cần điều chỉnh lưu lượng hoặc áp suất.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi
Tải động cơ như quạt, bơm nước, máy nén khí, bơm dầu thủy lực và bơm tuần hoàn chiếm phần lớn các thiết bị tiêu thụ điện năng được sử dụng trong các doanh nghiệp. Do những hạn chế về kỹ thuật, hầu hết tất cả các hệ thống điều khiển lưu lượng, áp suất hoặc thể tích không khí cho các tải này đều là hệ thống điều khiển bằng van, trong đó động cơ được dẫn động ở tốc độ định mức và hệ thống cung cấp lưu lượng, áp suất hoặc thể tích không khí không đổi. Khi các yêu cầu vận hành của thiết bị thay đổi, lưu lượng tải, áp suất hoặc thể tích không khí được điều chỉnh bằng van tràn, van an toàn hoặc bộ điều chỉnh tỷ lệ nằm ở đầu ra để đáp ứng các nhu cầu thay đổi của điều kiện vận hành của thiết bị. Sau khi van tràn hoặc van điều khiển tỷ lệ tràn, một lượng lớn năng lượng sẽ được giải phóng và năng lượng tiêu tán này thực chất là một phần năng lượng được động cơ hấp thụ từ lưới điện, gây lãng phí điện năng lớn. Từ đặc điểm làm việc của loại tải này, có thể thấy rằng công suất động cơ tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ và tốc độ tỷ lệ thuận với tần số. Nếu chúng ta thay đổi chế độ làm việc của động cơ sao cho nó không phải lúc nào cũng hoạt động ở tần số làm việc định mức mà thay vào đó sử dụng hệ thống điều khiển điều chỉnh tần số thay đổi để điều khiển dừng khởi động và điều chỉnh hoạt động, thì tốc độ của nó có thể được điều chỉnh liên tục trong phạm vi 0~2900 vòng/phút, tức là lưu lượng đầu ra, áp suất hoặc thể tích không khí cũng có thể được điều chỉnh liên tục trong phạm vi 0~100%, để phù hợp chính xác với nhu cầu làm việc của tải và đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ.
Tốc độ động cơ AC như sau: n=60f (1-s)/p
Trong công thức: n=tốc độ động cơ
F=tần số công suất
P=số cực của động cơ
S=tốc độ trượt
Như có thể thấy từ phương trình, tốc độ đồng bộ n của động cơ AC tỷ lệ thuận với tần số công suất f. Do đó, việc thay đổi tần số công suất có thể thay đổi tốc độ động cơ và đạt được mục đích điều chỉnh tốc độ.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi để tiết kiệm năng lượng
Điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên giúp tiết kiệm điện, đúng như tên gọi, chỉ có điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên mới có thể tiết kiệm điện. Dưới đây là phân tích về các nguyên lý tiết kiệm năng lượng cho hai ứng dụng tải điển hình.
(1) Ứng dụng tải mô-men xoắn không đổi
Tải mô-men xoắn không đổi có nghĩa là bất kể tốc độ thay đổi, mô-men xoắn tải vẫn không đổi.
Công thức sau: P=K * T * N
K = hệ số
P=công suất trục
T = mô-men xoắn tải
N=tốc độ quay
Từ công thức trên, có thể thấy công suất trục tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ. Khi tốc độ động cơ được điều chỉnh theo nhu cầu của quá trình, tự nhiên có thể đạt được tỷ lệ tiết kiệm điện tương ứng.
(2) Ứng dụng tải mô-men xoắn thay đổi
Quạt ly tâm và bơm thuộc loại tải mô-men xoắn biến thiên điển hình, và đặc điểm hoạt động của chúng là: hầu hết đều hoạt động liên tục trong thời gian dài. Vì mô-men xoắn tải tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ, nên khi tốc độ vượt quá tốc độ định mức, động cơ sẽ bị quá tải nghiêm trọng. Do đó, quạt và bơm thường không hoạt động vượt quá tần số định mức.