Variable frequency drives – Biến tần?

Các giải pháp truyền động điều khiển bằng tần số đảm bảo chuyển động trong hầu hết các ngành công nghiệp. Phạm vi ứng dụng khổng lồ tương phản với một số lượng lớn các ngành nghề. Với sự trợ giúp của một số giải thích và mẹo cơ bản để xử lý bộ biến tần, bạn có thể dễ dàng chọn hệ thống truyền động tối ưu cho ứng dụng của mình ngay lập tức

Biến tần là gì?

Bộ biến tần là thiết bị điện tử biến đổi tần số và điện áp cố định (nhiều hơn hoặc ít hơn) thành tần số và điện áp thay đổi được. Thiết bị này cho phép động cơ điện hoạt động với tốc độ thay đổi.

Biến tần sử dụng để làm gì?

Ngày nay, máy biến tần được sử dụng thực tế ở mọi nơi để vận hành động cơ điện một pha và ba pha với tốc độ thay đổi. Và không chỉ trong môi trường công nghiệp, mà trong cuộc sống hàng ngày. Bắt đầu từ xếp hạng công suất rất thấp để kiểm soát thùng máy giặt cho đến xếp hạng công suất trung bình cho máy bơm được sử dụng trong các nguồn cung cấp nước thành phố. 

Bộ truyền động tần số thay đổi được sử dụng trong bối cảnh công nghiệp cho các ứng dụng sau, ví dụ:

• Bơm, thông gió và nén
• Định vị, xử lý, di chuyển và gia công

Các chức năng này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp:

• Ngành thực phẩm và đồ uống
• Công nghiệp ô tô
• Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC)
• Ngành nước và nước thải
• Công nghiệp giấy
• Dâu khi
• Công nghiệp hóa chất
• Logistics
• Tua bin gió, thủy điện và hệ thống quang điện
• Gần biển

Bộ khởi động động cơ, bộ khởi động mềm, bộ biến tần – làm cách nào để chọn giải pháp tối ưu cho ứng dụng cụ thể của tôi?

Bộ khởi động động cơ – còn được gọi là bộ khởi động mềm hoặc thiết bị khởi động mềm – không phải là bộ chuyển đổi tần số, mà là thiết bị chỉ đơn giản là giảm điện áp. Bạn sử dụng chúng nếu động cơ của bạn được kết nối với nguồn cung cấp đường dây rất yếu hoặc với các tải khác được kết nối rất nhạy cảm với sự dao động điện áp. Mặt khác, bạn phải sử dụng bộ biến tần nếu bạn muốn liên tục điều khiển tốc độ của động cơ điện.Điều này mang lại một số lợi thế đáng kể: Tính linh hoạt, tối ưu hóa quy trình và tiết kiệm năng lượng.

Có những loại biến tần nào? 

• Bộ chuyển đổi điện áp thấp cho điện áp động cơ trong dải 230 V – 690 V (một pha, ba pha – điện áp xoay chiều hoặc điện áp ba pha)
• Bộ biến đổi trung áp cho điện áp động cơ trong dải 2,3 kV – 13,8 kV, đặc biệt đối với xếp hạng công suất truyền động> 2,5 MW
• Bộ chuyển đổi DC cho động cơ DC bao gồm một bộ chỉnh lưu có thể điều khiển được
• Bộ chuyển đổi điện áp cực thấp an toàn cho điện áp động cơ từ 24 V DC đến 48 V DC
• Bộ chuyển đổi ổ đĩa servo 

Nhiều thuật ngữ được sử dụng trong công nghệ truyền động liên quan đến biến tần – những thuật ngữ này có nghĩa là gì?

Bạn thường có thể thấy các thuật ngữ như bộ biến tần, bộ biến đổi, bộ chỉnh lưu, bộ biến tần, bộ biến tần, v.v. trong tài liệu:

• VFD (biến tần)
• ASD (ổ đĩa tốc độ điều chỉnh)
• VSI (biến tần nguồn điện áp)
• CSI (biến tần nguồn hiện tại) 

Dưới đây là giải thích ngắn gọn về một số thuật ngữ thường được sử dụng cùng với bộ chuyển đổi tần số:

• Máy biến tần để biến đổi tần số của điện áp xoay chiều hoặc điện áp ba pha (một pha hoặc ba pha) thành điện áp xoay chiều hoặc điện áp ba pha có tần số khác hoặc thay đổi.
• Bộ biến tần quay là một bố trí cơ điện bao gồm một động cơ và một máy phát, còn được gọi là bộ động cơ-máy phát.
• Bộ biến đổi / biến tần là một mạch điện mà một hoặc một số biến điện có thể được thay đổi, ví dụ điện áp, dòng điện và tần số.
• Chỉnh lưu là một mạch được tạo thành từ các linh kiện để biến đổi dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện ba pha thành dòng điện một chiều. Việc bố trí bộ chuyển đổi, được sử dụng để phục hồi năng lượng hoặc để hãm, phải có bộ biến đổi tích cực ở đầu vào được trang bị chất bán dẫn công suất có thể điều khiển được.
• Biến tần dùng để biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện ba pha.
• Bộ chuyển đổi xung hoặc bộ chuyển đổi / biến tần PWM (PWM: điều chế độ rộng xung): Sử dụng kỹ thuật này, bằng cách chọn phù hợp xung và thời gian tạm dừng (chu kỳ nhiệm vụ hay còn gọi là tỷ lệ không gian đánh dấu), có thể thu được điện áp đầu ra. Tùy thuộc vào tần số xung, giá trị trung bình của điện áp này có dạng sóng hình sin gần như hoàn hảo.
• Bộ chuyển đổi liên kết DC nguồn điện áp bao gồm bộ chỉnh lưu không điều khiển hoặc có điều khiển, liên kết DC với tụ điện và bộ biến tần (bộ biến tần phía động cơ). Biến tần phía động cơ (hay còn gọi là biến tần) tạo ra một hệ thống ba pha với tần số và điện áp có thể điều chỉnh được để tạo ra dòng điện, từ đó phát triển mô-men xoắn xác định của động cơ. 
• Hai thành phần chính – bộ chuyển đổi phía dòng và bộ biến tần phía động cơ – được kết nối trong liên kết DC. Đối với bộ chuyển đổi liên kết DC nguồn hiện tại, bộ chuyển đổi này bao gồm một cuộn kháng để làm trơn dòng điện và đối với bộ chuyển đổi liên kết DC nguồn điện áp, một tụ điện để làm mượt điện áp. 

Mối quan hệ giữa biến tần và động cơ điện là gì?

Tốc độ của động cơ điện phụ thuộc vào tần số của điện áp nguồn và số cực mà rôto có. Các thuộc tính này là cố định (ngoại trừ động cơ đổi cực – đôi khi được gọi là động cơ nhiều tốc độ) và không thể thay đổi.

Sử dụng bộ biến tần, điện áp động cơ và tần số của nó có thể được điều khiển trên một phạm vi rộng và đến lượt nó, tốc độ của nó.

Hoạt động với một bộ chuyển đổi, tốc độ động cơ có thể được kiểm soát, động cơ có thể được hãm lại và năng lượng có thể được phục hồi (phản hồi tái tạo vào nguồn cung cấp đường dây).

Yêu cầu gì khi thiết kế hệ thống truyền động?

Ngoài bộ biến tần và động cơ, cần có một số thành phần khác để thiết kế hệ thống truyền động tốc độ thay đổi:

• Công tắc tơ hoặc bộ ngắt mạch
• Cáp nguồn giữa bộ chuyển đổi và động cơ

Các thành phần sau có thể được yêu cầu để thiết kế một hệ thống truyền động tốc độ thay đổi:

• Cầu chì ở đầu vào
• Lò phản ứng dòng hoặc bộ lọc dòng
• Lò phản ứng đầu ra hoặc bộ lọc sóng sin
• Giao tiếp giữa bộ điều khiển vòng hở của bộ chuyển đổi và hệ thống điều khiển cấp cao hơn
• Các ống dẫn khí để nạp và xả khí làm mát cho bộ chuyển đổi, có thể có bộ lọc
• Hệ thống làm mát cho bộ chuyển đổi làm mát bằng nước 

Tại sao tôi tiết kiệm năng lượng và chi phí khi sử dụng biến tần?

Là kết quả của điều khiển vòng kín, động cơ cung cấp chính xác năng lượng mà quy trình yêu cầu – và không còn nữa. Đối với các ứng dụng yêu cầu phanh, bạn phải chọn một bộ chuyển đổi có thể cung cấp lại năng lượng điện – được tạo ra khi phanh – vào nguồn cung cấp đường dây. 

Ví dụ:

• Băng tải
• Thiết bị nâng và cần trục
• Tuabin mở rộng
• Kiểm tra ổ đĩa đứng
• Tua bin gió, thủy điện và hệ thống quang điện 

Khi nào tôi yêu cầu một điện trở hãm riêng khi sử dụng bộ biến tần?

Bạn sử dụng điện trở phanh nếu hệ thống truyền động của bạn phải được phanh hoặc ngừng hoạt động – đặc biệt là khi có một tình huống lỗi. Các điện trở nằm trong liên kết DC hấp thụ động năng của bộ truyền động và chuyển hóa năng lượng này thành nhiệt (nhiệt năng).

Bạn không nên nhầm lẫn giữa điện trở phanh với phanh giữ. Phanh giữ chỉ đảm bảo rằng máy dẫn động mà bạn đang điều khiển không làm cho bộ truyền động chuyển động (ví dụ: quan trọng đối với cần trục và các đoạn băng tải nghiêng).

Khi nào tôi yêu cầu một bộ lọc riêng khi sử dụng bộ chuyển đổi tần số? 

Hai loại bộ lọc được xem xét khi sử dụng bộ chuyển đổi tần số:

• Bộ lọc đường dây ngăn chặn sóng hài, được tạo ra bởi bộ biến tần, không được đưa trở lại nguồn cung cấp đường dây và làm nhiễu các tải khác được kết nối với nguồn cung cấp đường dây tương tự.
  Tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống hoặc công ty điện lực của bạn, bộ lọc đường dây có thể là bộ lọc LC (bộ lọc sóng sin) hoặc bộ lọc đường dây. Cái sau đôi khi được gọi là lò phản ứng giao hoán.
• Bộ lọc đầu ra bảo vệ động cơ của bạn chống lại các cạnh điện áp dốc do biến tần tạo ra. Các bộ lọc này là bắt buộc nếu cáp giữa biến tần và động cơ rất dài.
  Trong những trường hợp như vậy, phản xạ và quá độ điện áp có thể xảy ra trên cáp, có thể phá hủy lớp cách điện của động cơ của bạn. Bạn có thể sử dụng các bộ lọc sóng sin hoặc các lò phản ứng giới hạn dv / dt.

Bộ chuyển đổi tần số và tiêu chuẩn, tôi phải chú ý điều gì? 

Ngoài tiêu chuẩn sản phẩm IEC 61800-5-1, áp dụng cho hệ thống truyền động điện có tốc độ điều chỉnh (hệ thống truyền động tốc độ thay đổi), các tiêu chuẩn, quy định cũng như thông số kỹ thuật cụ thể theo quốc gia, được chỉ định bởi người dùng, nhà vận hành nhà máy và hệ thống và ngày càng phải tính đến các công ty điện lực. Chúng bao gồm các yêu cầu liên quan đến chất lượng đường truyền chẳng hạn. Lý do chính cho điều này là các bộ chuyển đổi ngày càng tích cực (với chất bán dẫn công suất có thể điều khiển được) đang được kết nối với lưới, ví dụ, cho các hệ thống tuabin gió và quang điện. Các ví dụ khác bao gồm kết nối Namur, để giải quyết các yêu cầu kết nối liên quan đến các lĩnh vực của ngành công nghiệp hóa chất, cũng như các yêu cầu liên quan đến độ chắc chắn như được yêu cầu cho các ứng dụng hàng hải,.