1.Giới thiệu về Bộ truyền động xoay chiều (Bộ truyền động có tần số thay đổi) Trong lĩnh vực kiểm soát công nghiệp hiện đại và ......
ĐỌC THÊMỔ đĩa biến tần điện áp thấp - thường được viết tắt là LV VFD - là một thiết bị điều khiển nguồn điện tử điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ cảm ứng xoay chiều bằng cách thay đổi tần số và điện áp của nguồn điện cung cấp cho nó. Thay vì chạy động cơ ở tốc độ cố định do tần số lưới quy định (50 Hz hoặc 60 Hz tùy thuộc vào khu vực của bạn), VFD điện áp thấp cho phép bạn điều chỉnh chính xác tốc độ quay của động cơ, ở bất kỳ đâu từ gần 0 đến tốc độ tối đa và đôi khi vượt quá.
Ký hiệu "điện áp thấp" đề cập đến dải điện áp hoạt động - thường dưới 1.000V AC, với các mức định mức công nghiệp phổ biến nhất là 208V, 230V, 380V, 400V, 460V và 480V. Điều này phân biệt bộ truyền động LV với bộ biến tần trung thế, hoạt động trên 1.000V và được sử dụng trong các ứng dụng lớn hơn, chuyên dụng hơn như máy nén lớn, động cơ đẩy tàu và trạm bơm quy mô tiện ích. Phần lớn các ứng dụng điều khiển động cơ thương mại và công nghiệp đều thuộc loại điện áp thấp.
Về cốt lõi của nó, một biến tần điện áp thấp hoạt động thông qua quy trình ba giai đoạn: trước tiên, nó chuyển đổi nguồn AC đầu vào thành DC thông qua giai đoạn chỉnh lưu, làm mịn DC đó thông qua bus DC có tụ điện, sau đó đảo ngược trở lại đầu ra AC tần số thay đổi bằng cách sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT). Đầu ra này bắt chước nguồn điện xoay chiều ở bất kỳ tần số nào bạn yêu cầu, mà động cơ đọc là tốc độ quay tương ứng.
Ổ đĩa biến tần điện áp thấp xuất hiện trong rất nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng. Khả năng kiểm soát chính xác tốc độ động cơ đồng thời giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng khiến chúng trở thành một trong những thiết bị điện có tác động mạnh nhất trong ngành công nghiệp hiện đại. Khi bạn hiểu những gì họ làm, bạn bắt đầu nhìn thấy cơ hội cho họ ở hầu hết mọi nơi sử dụng động cơ AC.
Các lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất bao gồm:
Chọn sai ổ tần số thay đổi cho một ứng dụng là một sai lầm phổ biến và tốn kém. Bảng dữ liệu cho bất kỳ VFD LV nào đều chứa hàng chục tham số, nhưng tập hợp các thông số kỹ thuật tập trung là quan trọng nhất để lựa chọn chính xác. Hiểu những điều này trước khi nói chuyện với nhà cung cấp hoặc đặt hàng sẽ tiết kiệm đáng kể thời gian và ngăn ngừa việc áp dụng sai.
VFD LV có sẵn cho cả nguồn điện đầu vào một pha (1Ø) và ba pha (3Ø). Bộ truyền động đầu vào một pha thường có công suất lên tới khoảng 3–5 kW và được sử dụng trong các ứng dụng dân dụng hoặc thương mại hạng nhẹ. Bộ truyền động đầu vào ba pha có phạm vi đầy đủ từ vài kilowatt đến vài trăm kilowatt và là tiêu chuẩn dùng trong công nghiệp. Luôn xác nhận xem nguồn điện hiện có của bạn là 208V, 230V, 380V, 400V hay 480V — biến tần phải được định mức cho điện áp đầu vào cụ thể của bạn.
Định mức công suất đầu ra của biến tần phải bằng hoặc vượt quá công suất định mức của động cơ mà nó điều khiển. Tuy nhiên, kích thước chính xác không chỉ phù hợp với bảng tên kW. Bạn cũng cần tính đến loại tải - VFD điều khiển máy bơm ly tâm (tải mô-men xoắn thay đổi) thường có thể có kích thước ở mức HP định mức của động cơ, trong khi VFD điều khiển máy nghiền hoặc tời (mô-men xoắn không đổi hoặc ngắt quãng cao) có thể cần phải lớn hơn một kích thước khung để xử lý nhu cầu dòng điện cao hơn trong quá trình khởi động và tải cao điểm.
Dòng điện - không phải nguồn điện - mới là điều thực sự gây căng thẳng cho hệ thống quản lý nhiệt và IGBT của VFD. Luôn kiểm tra chéo định mức dòng điện đầu ra liên tục của biến tần với cường độ dòng điện đầy tải (FLA) của động cơ. Đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe, hãy kiểm tra cả dung lượng dòng quá tải của ổ đĩa — thường được biểu thị bằng 110% hoặc 150% trong 60 giây, giúp bảo vệ khỏi các đột biến tải tạm thời mà không bị vấp do quá dòng.
Tần số sóng mang mà tại đó các công tắc IGBT hoạt động - thường là 2–16 kHz - ảnh hưởng đến tiếng ồn của động cơ, hiện tượng nóng của động cơ và tải nhiệt của ổ đĩa. Tần số sóng mang cao hơn tạo ra dạng sóng đầu ra mượt mà hơn, êm hơn mà động cơ “thích” nhưng lại tạo ra nhiều nhiệt hơn trong chính ổ đĩa. Nhiều biến tần cho phép điều chỉnh tần số sóng mang khi chạy thử để cân bằng hiệu suất âm thanh với nhiệt độ biến tần, đôi khi yêu cầu giảm dòng điện đầu ra ở cài đặt cao hơn.
Vỏ ổ đĩa phải phù hợp với môi trường lắp đặt. IP20 hoặc NEMA 1 được chấp nhận đối với các bảng điều khiển trong nhà, sạch sẽ. IP54 hoặc NEMA 12 phù hợp với môi trường công nghiệp bụi bặm hoặc ẩm ướt nhẹ. Cần có IP65 hoặc NEMA 4 để lắp đặt ngoài trời hoặc rửa sạch. Việc lắp đặt ổ đĩa IP20 trong môi trường yêu cầu IP54 sẽ dẫn đến các lỗi liên quan đến nhiễm bẩn, mất hiệu lực bảo hành và các mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn.
Việc xác định kích thước phù hợp của biến tần điện áp thấp là một quá trình mang tính hệ thống, không phải là một việc tra cứu đơn giản. Hãy làm theo các bước sau để có được lựa chọn đáng tin cậy:
Bộ điều khiển tốc độ biến đổi điện áp thấp hiện đại cung cấp nhiều chế độ điều khiển, mỗi chế độ phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Hiểu được sự khác biệt sẽ giúp bạn chọn cả ổ đĩa phù hợp và cấu hình nó một cách chính xác trong quá trình chạy thử.
| Chế độ điều khiển | Nó hoạt động như thế nào | Ứng dụng tốt nhất | Yêu cầu bộ mã hóa? |
| V/Hz (vô hướng) | Duy trì tỷ lệ điện áp-tần số cố định | Quạt, máy bơm, tải mô-men xoắn biến đổi đơn giản | Không |
| Vector vòng mở (SVC) | Ước tính từ thông và mô-men xoắn mà không có phản hồi | Băng tải, máy trộn, mô-men xoắn không đổi chung | Không |
| Vector vòng kín (FOC) | Sử dụng phản hồi bộ mã hóa để điều khiển tốc độ/mô-men xoắn chính xác | Máy tời, máy cuốn, máy công cụ, định vị | Có |
| Kiểm soát mô-men xoắn trực tiếp (DTC) | Trực tiếp tính toán và điều khiển mô-men xoắn và từ thông | Quy trình công nghiệp hiệu suất cao | Tùy chọn |
Đối với hầu hết các ứng dụng máy bơm và quạt, điều khiển V/Hz là hoàn toàn phù hợp và vận hành đơn giản hơn. Điều khiển vectơ vòng hở là giải pháp phù hợp cho các ứng dụng xử lý và băng tải công nghiệp nói chung, nơi có mô-men xoắn tốc độ thấp tốt hơn và vấn đề điều chỉnh tốc độ chặt chẽ hơn. Vector vòng kín và DTC được dành riêng cho các ứng dụng đòi hỏi yêu cầu định vị chính xác, mô-men xoắn khởi động cao ở tốc độ 0 hoặc phản ứng tải động trong phạm vi mili giây.
Việc cài đặt không chính xác là nguyên nhân gây ra phần lớn các lỗi LV VFD và các vấn đề về hiệu suất tại hiện trường. Việc tuân theo các hướng dẫn lắp đặt này giúp giảm đáng kể nguy cơ xảy ra các chuyến đi phiền toái, hư hỏng bộ phận sớm và nhiễu liên quan đến EMI với thiết bị xung quanh.
Việc nối đất thích hợp là không thể thương lượng khi cài đặt VFD. Thiết bị đầu cuối PE (nối đất bảo vệ) của biến tần phải được kết nối với mặt đất có trở kháng thấp bằng dây dẫn ngắn, dày — lý tưởng nhất là thanh nối đất chuyên dụng trong bảng điều khiển thay vì nối đất kiểu vòng hoa thông qua các thiết bị khác. Sử dụng cáp động cơ có vỏ bọc có tấm chắn ở cả đầu ra biến tần và hộp đầu cuối động cơ sử dụng các tuyến cáp EMC 360 độ chứ không phải đuôi lợn. Việc chấm dứt kiểu đuôi lợn làm giảm đáng kể hiệu quả của việc che chắn chống lại EMI tần số cao.
Không bao giờ chạy cáp động cơ song song với cáp tín hiệu điều khiển hoặc cáp truyền thông trong cùng một khay cáp hoặc ống dẫn. Nhiễu chuyển đổi tần số cao trên cáp động cơ sẽ kết hợp với hệ thống dây tín hiệu mức thấp và gây ra hoạt động thất thường trong các cảm biến, PLC và mạng truyền thông. Duy trì khoảng cách vật lý ít nhất 200mm (8 inch) hoặc định tuyến cáp ở các điểm giao cắt 90 độ ở những nơi không thể phân tách. Tốt nhất, cáp nguồn đầu vào, cáp động cơ và cáp điều khiển nên được đặt trong các ống dẫn riêng hoặc khay riêng.
Bộ kháng dòng đầu vào (còn gọi là cuộn cảm dòng AC) bảo vệ biến tần khỏi các xung điện áp và quá độ trên mạng cung cấp, đồng thời giảm dòng điện hài đưa trở lại nguồn cung cấp. Chúng tôi đặc biệt khuyến khích sử dụng chúng bất cứ khi nào máy biến áp nguồn có công suất nhỏ hơn 10 lần định mức kVA của biến tần hoặc khi nguồn cung cấp có vấn đề về chất lượng điện. Nên sử dụng cuộn kháng dV/dt đầu ra hoặc bộ lọc sóng hình sin cho chiều dài cáp động cơ trên 50 mét, cho động cơ cũ hoặc động cơ không có định mức biến tần và cho các ứng dụng mà độ bền cách điện của động cơ là rất quan trọng.
VFD tạo ra nhiệt - thường là 2–3% công suất định mức của chúng dưới dạng tổn thất nhiệt - và yêu cầu luồng không khí thích hợp để duy trì trong giới hạn nhiệt độ vận hành. Tuân thủ các yêu cầu về khoảng trống tối thiểu của nhà sản xuất ở trên, dưới và bên cạnh bộ truyền động (thường là 100mm trên và dưới, cạnh 50mm). Không lắp đặt ổ đĩa trong vỏ kín mà không tính toán tải nhiệt và cung cấp hệ thống thông gió cưỡng bức hoặc bộ trao đổi nhiệt. Ổ đĩa thường xuyên hoạt động gần giới hạn nhiệt sẽ có tuổi thọ của tụ điện điện phân — và do đó tuổi thọ sử dụng tổng thể — bị giảm đáng kể.
Khả năng tiết kiệm năng lượng có thể đạt được nhờ bộ truyền động biến tần điện áp thấp là một trong những lý do thuyết phục nhất cho khoản đầu tư, đặc biệt là trong các ứng dụng bơm và quạt được điều chỉnh bởi luật ái lực. Các định luật vật lý này phát biểu rằng dòng chảy thay đổi tuyến tính theo tốc độ, áp suất thay đổi theo bình phương tốc độ và công suất thay đổi theo lập phương tốc độ.
| Tốc độ động cơ (% của tốc độ tối đa) | Lưu lượng đầu ra (%) | Điện năng tiêu thụ (%) | Tiết kiệm năng lượng so với tốc độ tối đa |
| 100% | 100% | 100% | 0% |
| 90% | 90% | 73% | 27% |
| 80% | 80% | 51% | 49% |
| 70% | 70% | 34% | 66% |
| 60% | 60% | 22% | 78% |
Trong thực tế, động cơ máy bơm 75 kW chạy ở tốc độ 80% thay vì tốc độ tối đa chỉ tiêu thụ khoảng 38 kW — tiết kiệm 37 kW mỗi giờ. Ở mức giá điện khiêm tốn, thời gian hoàn vốn cho khoản đầu tư VFD vào các ứng dụng như vậy thường dưới hai năm và thường dưới mười hai tháng trong các ứng dụng mà động cơ chạy liên tục ở chế độ tải một phần. Sự kết hợp giữa tiết kiệm năng lượng, giảm hao mòn cơ học và kéo dài tuổi thọ động cơ khiến ROI cho VFD điện áp thấp trở thành một trong những công nghệ tiết kiệm năng lượng mạnh nhất hiện nay.
Ngay cả các bộ điều khiển AC điện áp thấp được lựa chọn tốt và lắp đặt chính xác đôi khi cũng sẽ gặp lỗi. Việc hiểu các mã lỗi phổ biến nhất và nguyên nhân gốc rễ của chúng sẽ giúp tăng tốc đáng kể việc khắc phục sự cố và giảm thời gian ngừng hoạt động. Hầu hết các VFD hiện đại đều ghi lại lịch sử lỗi bằng dấu thời gian, điều này rất có giá trị để xác định xem lỗi là ngẫu nhiên hay tái diễn một cách có hệ thống.
Bộ truyền động biến tần điện áp thấp hiện đại không còn là thiết bị độc lập nữa - chúng là các thành phần được nối mạng trong hệ thống quản lý tòa nhà và tự động hóa tích hợp. Khả năng liên lạc của VFD ảnh hưởng đáng kể đến cách nó có thể được giám sát, kiểm soát và tích hợp vào cơ sở hạ tầng kỹ thuật số rộng hơn.
Các giao thức mạng công nghiệp và bus trường phổ biến được hỗ trợ bởi các nền tảng LV VFD hiện tại bao gồm:
Khi chỉ định VFD điện áp thấp cho ứng dụng nối mạng, hãy xác nhận rằng giao thức được yêu cầu được tích hợp sẵn trong ổ đĩa hoặc có sẵn dưới dạng mô-đun giao tiếp bổ trợ. Không phải tất cả các giao thức đều có sẵn cho mọi kích thước ổ đĩa hoặc loại khung — đây là chi tiết thường bị bỏ qua cho đến khi bảng điều khiển được chế tạo xong, dẫn đến những thay đổi kỹ thuật tốn kém vào phút cuối.
Thị trường toàn cầu về ổ tần số biến đổi điện áp thấp đang phát triển tốt, với các sản phẩm mạnh mẽ từ những công ty đã thành lập và các lựa chọn thay thế cạnh tranh mới hơn. Thay vì đề xuất các thương hiệu cụ thể, cách tiếp cận hữu ích hơn là biết điều gì tạo nên sự khác biệt giữa một ổ đĩa đáng tin cậy, được hỗ trợ tốt với một ổ đĩa sẽ gây ra những vấn đề đau đầu lâu dài.
Ổ đĩa tần số biến đổi điện áp thấp là tài sản lâu dài - hầu hết các ổ đĩa chất lượng đều có tuổi thọ sử dụng từ 10–20 năm khi được chỉ định và bảo trì chính xác. Đánh giá tổng chi phí sở hữu, không chỉ giá mua, luôn dẫn đến những quyết định tốt hơn và ít hối tiếc hơn.