Motor điện có tiềm năng tiết kiệm khổng lồ từ biến tần

MOTOR ĐIỆN CÓ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM KHỔNG LỒ TỪ BIẾN TẦN
Motor điện là bộ máy chủ lực của ngành công nghiệp. Motor điện rất phổ biến, sử dụng khoảng 2/ 3 lượng điện dùng cho công nghiệp, chiếm khoảng 25% mức điện năng tiêu thụ toàn thế giới.


Rõ ràng tất cả các hoạt động công nghiệp đều phải sử dụng motor điện. Chúng được sử dụng để vận hành máy móc, quạt, bơm, thiết bị vận chuyển và thiết bị nén trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, hóa chất, xi măng, mỏ và điện tử, v.v.

Tiềm năng tiết kiệm năng lượng của motor là rất lớn. Hầu hết motor đều chạy hết công suất thậm chí cả khi không cần thiết. Vận tốc của một số motor được điều chỉnh bằng cần điểu khiển, nhưng điều này giống như điều khiển vận tốc của ô tô bằng cách một chân dẫm vào phanh còn chân kia dẫm vào chân ga. Điều này không những làm hao phí năng lượng mà còn làm mòn thiết bị.

Một cách khác hiệu quả hơn đó làm điều khiển lượng năng lượng chuyển đến motor với bộ điều khiển tốc độ (VSD). VSD sẽ điều chỉnh tốc độ của motor một cách nhanh nhậy. Mức tiết kiệm năng lượng có thể đạt được ở trong các thiết bị điển hình vào khoảng 50%. Điều này có nghĩa là mức đầu tư vào bộ biến tần sẽ được bù lại chỉ trong vòng chưa đầy một năm.

Điều khiển tốc độ động cơ thay vì h.ãm phanh điện từ Chúng ta có thể thấy rõ tầm quan trọng của việc điều khiển tốc độ của ô tô. Bạn có thể tưởng tượng điều khiển ô tô với một chân đặt lên chân ga hoặc điều khiển tốc độ bằng phanh khó như thế nào. Cách dễ dàng hơn là thay đổi bánh răng truyền động ở phía dưới và giảm vận tốc động cơ. Đối với loại xe kích cỡ trung bình (100kW):

Motor điện ước tính nếu trang bị bộ biến tần đa tốc cho tất cả motor bán ra trên toàn thế giới trong năm 2006 thì có thể giảm lượng phát thải CO2 tới 200 triệu tấn, cao hơn lượng phát thải hàng năm của toàn đất nước Hà Lan.

Sử dụng kết hợp motor hiệu suất cao với bộ biến tần sẽ mang lại hiệu quả cao hơn nữa. Mức tiết kiệm năng lượng tiêu thụ sẽ nhanh chóng tăng lên vì mức năng lượng để chạy motor trong cả đời vận hành của nó sẽ tốn chi phí hơn 100 lần so với giá trị của motor.

Biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau như: tiết kiệm năng lượng, khởi động mềm…

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất của hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xuay chiều ba 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 chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất 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 ba pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, sự biến đổi tần số và điện áp phải tuân theo một luật nhất định tùy 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, 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 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/ quạt do bản thân mômen cũng lại là hàm bậc 2 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 được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Đáp ứng với nhu cầu ngày càng cao và sự phát triển của nền công nghiệp trên thị trường có rất nhiều Biến tần của các hãng khác nhau tạo nên sự phong phú đa dạng.