Tối đa hóa hiệu suất: Hướng dẫn thực hành về Bộ truyền động tần số biến đổi điện áp thấp (VFD)

Nguyên tắc cốt lõi: VFD điện áp thấp điều chỉnh tốc độ và công suất động cơ như thế nào

A Ổ đĩa biến tần điện áp thấp (VFD), thường được gọi là Bộ truyền động tốc độ có thể điều chỉnh (ASD), là thành phần thiết yếu để kiểm soát tốc độ quay của động cơ dòng điện xoay chiều (AC) bằng cách quản lý nguồn điện cung cấp cho nó. Ký hiệu "điện áp thấp" thường áp dụng cho VFD hoạt động ở điện áp công nghiệp tiêu chuẩn lên đến 690V. Hoạt động cơ bản dựa trên việc thay đổi tần số và điện áp đồng thời, duy trì tỷ lệ điện áp trên tần số (V/f) không đổi để đảm bảo từ thông của động cơ không đổi và nó có thể cung cấp mô-men xoắn cần thiết.

VFD chuyển đổi bên trong nguồn điện xoay chiều đến thành dòng điện một chiều (DC) bằng cách sử dụng bộ phận chỉnh lưu, thường là cầu diode. Nguồn DC này sau đó được lọc bởi một dãy tụ điện liên kết DC, giúp cung cấp điện ổn định. Cuối cùng, một phần biến tần, thường bao gồm các Transitor lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT), chuyển đổi DC trở lại thành dạng sóng AC có tần số và điện áp thay đổi chính xác bằng cách sử dụng kỹ thuật gọi là Điều chế độ rộng xung (PWM).

Lợi ích thiết thực và tiết kiệm chi phí ngay lập tức khi thực hiện VFD

Lợi ích thực tế của việc tích hợp VFD vào các hệ thống công nghiệp và thương mại còn vượt xa khả năng kiểm soát tốc độ đơn giản, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành, tuổi thọ thiết bị và chất lượng quy trình. Những lợi thế này mang lại lợi tức đầu tư nhanh chóng, đặc biệt là trong các ứng dụng xử lý chất lỏng.

Giảm năng lượng đáng kể thông qua luật ái lực

Đối với các tải ly tâm như máy bơm và quạt, mức tiêu thụ điện năng của động cơ tuân theo lập phương tốc độ (Định luật ái lực). Điều này có nghĩa là việc giảm tốc độ một chút sẽ dẫn đến giảm đáng kể công suất tiêu thụ. Ví dụ: giảm tốc độ chỉ 20% (hoạt động ở tốc độ 80%) sẽ giảm mức tiêu thụ điện năng gần 50% ($0,8^3 = 0,512$). Mối quan hệ tỷ lệ này là động lực chính giúp tiết kiệm năng lượng lớn trong các cơ sở xử lý nước và HVAC.

Kiểm soát quy trình nâng cao và bảo vệ thiết bị

VFD cung cấp khả năng 'khởi động mềm' bằng cách tăng tốc động cơ từ từ từ tốc độ 0 lên tốc độ vận hành. Điều này giúp loại bỏ dòng điện khởi động lớn và sốc cơ học liên quan đến quá trình khởi động 'ngang đường', trong đó động cơ nhận được điện áp đầy đủ ngay lập tức. Bằng cách giảm thiểu ứng suất điện và hao mòn cơ học trên các bộ phận như bánh răng, dây đai và khớp nối, VFD kéo dài khoảng thời gian bảo trì và tuổi thọ hoạt động tổng thể của thiết bị được dẫn động. Hơn nữa, kiểm soát tốc độ chính xác cho phép điều chỉnh chính xác lưu lượng, áp suất hoặc nhiệt độ, cải thiện chất lượng sản phẩm trong quy trình sản xuất.

Hồ sơ ứng dụng VFD điện áp thấp phổ biến

VFD điện áp thấp rất linh hoạt và được triển khai trên hầu hết các lĩnh vực công nghiệp. Ứng dụng của chúng thường được phân loại theo loại tải: mômen thay đổi, mômen không đổi hoặc công suất không đổi.

Bảng dưới đây tóm tắt các ứng dụng phổ biến và đặc điểm của chúng:

Những cân nhắc thực tế cho việc lựa chọn và lắp đặt VFD

Lựa chọn và lắp đặt phù hợp là rất quan trọng để đạt được đầy đủ lợi ích của VFD. Những cân nhắc chính bao gồm điều kiện môi trường, khả năng tương thích của động cơ và giảm thiểu các vấn đề tiềm ẩn về chất lượng điện.

Kích thước, vỏ bọc và các yếu tố môi trường

VFD phải có kích thước chính xác theo định mức dòng điện đầy tải (FLA) của động cơ và thường hơi quá khổ đối với các ứng dụng có chu kỳ làm việc khắt khe hoặc yêu cầu mô-men xoắn khởi động cao. Loại vỏ bọc phải phù hợp với môi trường, từ NEMA 1 (mục đích chung, trong nhà) đến NEMA 4X (chống ăn mòn, ngoài trời/rửa trôi). VFD tạo ra nhiệt, do đó, khoảng cách làm mát thích hợp và kiểm soát nhiệt độ môi trường xung quanh là bắt buộc để vận hành đáng tin cậy.

Giảm thiểu các vấn đề về chất lượng điện và sóng hài

Phần chỉnh lưu của VFD lấy dòng điện ở dạng xung ngắn, biên độ cao, có thể tạo ra hiện tượng méo sóng hài trở lại đường dây cung cấp điện. Điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các thiết bị nhạy cảm khác. Các chiến lược giảm thiểu thực tế bao gồm:

• Thêm các cuộn kháng dòng AC ở phía đầu vào để làm dịu dòng điện đến và giảm hàm lượng sóng hài.
• Lắp đặt Cuộn cảm DC Link giữa bộ chỉnh lưu và dãy tụ điện để giảm sóng hài và cải thiện độ ổn định của bus DC.
• Việc sử dụng VFD Mặt trước Hoạt động (AFE) hoặc Bộ chỉnh lưu 18 xung cho các ứng dụng có độ méo sóng hài tổng (THD) rất thấp là rất quan trọng, mặc dù các tùy chọn này làm tăng chi phí vốn ban đầu.

Ngoài ra, việc chuyển đổi tốc độ cao của IGBT có thể tạo ra các xung điện áp, có thể làm hỏng cuộn dây động cơ theo thời gian. Đối với chiều dài dây dẫn động cơ dài hơn (thường trên 50 feet), nên lắp đặt cuộn kháng tải hoặc bộ lọc đầu ra để bảo vệ lớp cách điện của động cơ.