Hiện nay, trong hệ truyền động của nhà máy thường sử dụng hệ thống điều khiển lưu lượng thông qua van Bypass. Hệ thống này tuy đáp ứng được yêu cầu hiện tại, nhưng gây lãng phí năng lượng do công suất tiêu thụ của động cơ chỉ giảm được một phần nhỏ. Việc làm mất đi những tổn hao trên các van này gợi ra một tiềm năng tiết kiệm năng lượng rất lớn.

Giải pháp cho vấn đề trên chính là sử dụng bộ biến tần để thay thế cho các van. Trên cơ sở ấy, Công ty Việt sáng tạo đã đưa ra giải pháp điều khiển tự động, kết hợp với tiết kiệm năng lượng bởi hệ thống điều khiển tự động (PLC) của hãng SIEMENS thông qua bộ biến tần MICRO – MASTER 430 cho động cơ bơm và quạt của các hệ thống trên.

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều bởi bộ chỉnh lưu cầu Diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của biến tần đều không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96. Điện áp 1 chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của các công nghệ 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 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 do bản thân mô men cũng 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 chế tạo theo công nghệ hiện đại.

Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Với các hệ thống không sử dụng biến tần, chẳng những năng lượng tổn hao đã gây ra lãng phí lớn, mà bản thân nó còn gây ra những tác hại không nhỏ cho hệ thống. Các van bị mòn đi rất nhanh, các chi tiết cơ khí trên hệ thống bị chịu áp lực nhiều hơn cần thiết, chóng mỏi và mau hỏng hơn. Như vậy, sẽ mất thêm chi phí cho bảo trì hệ thống.

Khi hoạt động, bộ biến tần MM430 luôn chỉ điều khiển cho một bơm chính. Nếu nhu cầu thực tế lớn hơn khả năng làm việc của nó, thì hệ thống sẽ lần lượt khởi động các bơm dự phòng tiếp theo cho đến khi đáp ứng được yêu cầu. Quá trình khởi động các bơm dự phòng này chỉ dùng duy nhất một bộ khởi động mềm.

Tính tiết kiệm năng lượng của biến tần được xây dựng trên cơ sở của việc thông qua cảm biến nhiệt độ để quyết định chế độ bơm tối ưu, đảm bảo đáp ứng yêu cầu thực tế của hệ thống, tức là khi công nghệ yêu cầu các mức lưu lượng khác nhau, thì biến tần sẽ điều khiển cho động cơ của bơm hoặc quạt gió quay ở các tốc độ khác nhau. Điều này sẽ giúp cho công suất tiêu thụ được giảm đi một cách đáng kể. Vì vậy, lưu lượng đầu ra vừa phù hợp với yêu cầu thực tế, vừa không phải sử dụng van để giải phóng năng lượng thừa…

Còn hệ thống điều khiển dùng van có yếu điểm ở chỗ, trường hợp yêu cầu 80% lưu lượng định mức, nó đã chiếm tới 96% công suất tiêu thụ danh định, trong khi biến tần chỉ cần 52%, tức là hệ biến tần có thể tiết kiệm được 44% điện năng. Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi, nhưng tổn hao trên các thiết bị khống chế như các van vẫn còn lớn.

Khi không dùng van (hoặc để các van sẵn có mở tối đa), đương nhiên sẽ không còn tổn thất trên van, động cơ cũng không phải sinh công suất cơ trên trục lớn hơn nhu cầu thực. Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy, không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng.

Khả năng tự động hoá hệ thống nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho điều khiển vòng kín, cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS485 có trên bộ biến tần. Quá trình khởi động được mềm hoá nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền động sẽ ít bị mòn mỏi hay gãy vỡ, đảm bảo tuổi thọ cao. Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo dưỡng hệ thống được giảm đáng kể.

Hệ số công suất Cosphi luôn được giữ ở 0.96, điều này khiến cho lưới điện có hiệu suất sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng, đảm bảo chế độ điều khiển liên tục, phù hợp tuyệt đối với đòi hỏi của công nghệ về lưu lượng gió thổi. Tất cả những lợi ích trên đã làm tăng chất lượng của quá trình và tiết kiệm năng lượng rất lớn.

Giải pháp này không chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới mà hiện nay cũng đang được áp dụng tại Việt Nam rất nhiều.

Theo Trung tâm TKNL Hà Nội, 15/04/2009