KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG LÀ GÌ?
Quy trình kiểm toán năng lượng
Các loại kiểm toán năng lượng

Định nghĩa máy biến tần là gì?

Gần đây, rất nhiều sản phẩm từ điều hòa, tủ lạnh, quạt máy... đã ứng dụng công nghệ biến tần (inverter) nhằm tiết kiệm điện, tuy nhiên nguyên lý hoạt động của công nghệ inverter thế nào thì không phải ai cũng biết.

Để tìm hiểu kỹ về công nghệ may bien tan (inverter), Tiến sĩ Trần Văn Thịnh, Viện Điện - ĐH Bách khoa Hà Nội cho biết: Biến tần (Inverter) là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động cơ. Trên thế giới hiện nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngoài ý nghĩa về mặt điều khiển, nó còn có nhiều chức năng khác như khởi động mềm, phanh, đảo chiều, điều khiển thông minh…Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần còn mang lại hiệu quả kinh tế, giúp tiết kiệm điện.

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất biến tần, có nhiều loại khác nhau: Loại 1 pha, 3 pha và có nhiều dải công suất khác nhau

Nguyên lý hoạt động của máy biến tần

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha 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. 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.

Ngoài ra, biến tần đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Biến tần có tích hợp cả bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống quản lý và giám sát điện năng SCADA.

Vì sao mấy biến tần giúp tiết kiệm điện?

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 của 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.

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 giúp tiết kiệm khoảng 44% điện năng.

Các ứng dụng công nghệ biến tần hiện nay

- Điều hòa, máy biến tần dùng cho máy bơm, tủ lạnh, lò vi sóng, quạt, máy biến tần dùng cho thang máy,...

- Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.

- Trong các ngành công nghiệp (ngành giấy, xi măng, hóa chất, dệt may, biến tần cho máy CNC,...)

Tiết kiệm điện nhờ ứng dụng biến tần trong sản xuất

Hiện nay trong sản xuất ở Việt Nam, nhiều doanh nghiệp đã lựa chọn những sản phẩm công nghệ biến tần (inverter) với tính năng cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống máy và đem lại hiệu quả tiết kiệm điện rất lớn.

Công nghệ biến tần là gì?

Theo các nhà khoa học, công nghệ Inverter xuất hiện cách đây khoảng 20 năm, nhưng đến nay mới được các nhà sản xuất lưu ý. Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha 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. 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. Tính năng "thông minh" này giúp thiết bị có thể giảm tiêu thụ điện từ 20 - 40%.

Ứng dụng công nghệ biến tần trong sản xuất công nghiệp

Hiện nay, biến tần được ứng dụng ngày càng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cả các máy móc trong các ngành công nghiệp ở nước ta như máy nghiền, máy cán, kéo, máy tráng màng, máy tạo sợi, máy nhựa, cao su, sơn, hóa chất, dệt, nhuộm, đóng gói, chế biến gỗ, băng chuyền, cần trục, nâng hạ tiết kiệm năng lượng cho máy nén khí, bơm và quạt...

Với nguyên lý hoạt động thông minh của công nghệ inverter, công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế giải pháp ứng dụng biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện cao.

Ngoài công dụng tiết kiệm điện và chi phí, biến tần còn giúp tăng hiệu suất làm việc, tăng tuổi thọ của máy cao; giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy. Bên cạnh đó, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay ...), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra.

Nhờ ứng dụng biến tần trong sản xuất, Nhà máy Gang Thép Thái Nguyên đã tiết kiệm điện năng hiệu quả. Ông Phan Mạnh Hùng - Phó Giám đốc Nhà máy Gang Thép Thái Nguyên cho biết: “Nhà máy đã giảm tối đa việc tiêu hao điện năng bằng cách hạn chế giờ máy ngừng và thời gian chạy không tải, nâng cấp phần thu hồi nhiệt, sử dụng máy biến tần, dùng bóng đèn tiết kiệm điện, không cán sản phẩm trong giờ cao điểm để hạn chế tối đa chi phí điện năng. Với những giải pháp đó, mức tiêu hao năng lượng đã giảm 20% so với trước đây.

Trong sản xuất nông nghiệp ứng dụng máy biến tần như thế nào?

Biến tần cũng đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, được người tiêu dùng đánh giá cao. Một số máy chủ chốt dùng trong nông nghiệp đã được hoàn thiện dần về mức độ tự động hóa. Khi được trang bị hệ thống điều khiển tiên tiến, ngoài lợi ích để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, nó còn làm giảm đáng kể chi phí điện năng trong vận hành. Đó chính là những thiết bị điều khiển thích hợp như hệ thống truyền động biến tần - động cơ AC, bộ biến đổi tốc độ động cơ điện một chiều và thiết bị khởi động mềm giúp giảm chi phí và tiết kiệm điện năng cho cơ sở, đồng thời còn làm tăng tuổi thọ của động cơ và thiết bị đi kèm.

Biến tần AC là bộ nguồn bán dẫn điều khiển kết hợp với động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha để thực hiện khởi động/dừng và điều chỉnh chính xác số vòng quay động cơ theo yêu cầu công nghệ. Có nhiều loại biến tần được thiết kế phù hợp với dẫy động cơ công suất từ rất nhỏ (vài trăm Woat) đến hàng 100 kW.

Nhiều cơ sở sản xuất có công suất tiêu thụ điện lớn và trung bình như các trạm bơm nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, xí nghiệp sản xuất và chế biến nông hải sản, hoa quả,quạt thông gió, băng truyền tải, máy nén khí, máy lạnh ở nhà bảo quản… đã sử dụng thiết bị “khởi động mềm” nhằm giảm trị số dòng điện khi khởi động, do đó tổn thất điện năng cũng sẽ giảm. Khởi động mềm là thiết bị điện tử chỉ thay thế cho phương pháp khởi động “sao/tam giác” nhằm giảm dòng điện khi khởi động, nhưng không có khả năng điều khiển tốc độ động cơ. Khởi động mềm thường kết hợp với động cơ điện không đồng bộ công suất trung bình và lớn nhưng không đòi hỏi phải thay đổi số vòng quay, ví dụ một số thiết bị và máy như: Bơm nước nông nghiệp, quạt thông gió trong kho bảo quản, máy nghiền thức ăn chăn nuôi...

Anh Nguyễn Văn Chung, cán bộ kỹ thuật Trạm bơm Yên Sở, Hà Nội, cho biết: Ở giai đoạn II, trạm bơm đã ứng dụng "khởi động mềm" với đầu tư 9 máy bơm hỗn lưu trục ngang, có công suất từng máy là 5m3/s, 9 động cơ lồng sóc cảm ứng công suất 650 kW. 9 máy này khởi động tự động lần lượt trong tổng thời gian 4 phút 30 giây, mỗi máy cách nhau 10 giây. Trong khi 6 máy bơm của giai đoạn I phải khởi động từng máy bơm, mỗi máy cách nhau 5 phút và hết 30 phút mới khởi động xong. Máy móc hiện đại này phát huy hiệu quả tốt góp phần giải quyết tình trạng ngập úng ở Hà Nội.

Trong dây chuyền chế biến có nhu cầu về điều chỉnh số vòng quay động cơ không đồng bộ cho phù hợp với công nghệ sản xuất thì sử dụng bộ biến tần xoay chiều. Nhờ ứng dụng các thiết bị này vào đúng vị trí của dây chuyền sản xuất nên chi phí điện năng sẽ giảm cũng như chất lượng lưới điện được cải thiện và tuổi thọ của động cơ và cáp sẽ tăng.

Nhờ tính năng vượt trội của biến tần trong sản xuất đã đem lại hiệu quả kinh tế cao, giảm chi phí cho các doanh nghiệp, đặc biệt là đối với những doanh nghiệp tiêu thụ điện năng lớn như sắt, thép, xi măng. Trong tình hình lạm phát như hiện nay, đó là một trong những giải pháp tối ưu giúp doanh nghiệp vượt qua khó khăn.