Nghiên Cứu Khả Năng Tiết Kiệm Điện Nhờ Biến Tần

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế toàn cầu, việc sử dụng
năng lượng là nhu cầu tất yếu, kéo theo nó là sự cạn kiệt nguồn tài nguyên không
tái tạo được như nước, than đá… Do đó, tiết kiệm năng lượng là vấn đề cần được
quan tâm nhiều của thế giới loài người. Vấn đề này đã được nhiều nước, nhiều tổ
chức trên thế giới đề cập đến trong nhiều năm qua thông qua các buổi các hội thảo
và đã đưa ra không ít các giải pháp đem lại hiệu quả cao.
Ngày nay, chính vì sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ở Việt Nam
nhiều cơ sở sản xuất, khu công nghiệp ngày càng mọc lên. Ở đó, thiết bị được sử
dụng chủ yếu là các động cơ không đồng bộ (ĐC KĐB). Điển hình là các cơ sở sản
xuất có công suất tiêu thụ điện lớn như các trạm bơm nước phục vụ sản xuất nông
nghiệp, xí nghiệp sản xuất và chế biến nông hải sản, hoa quả ... Vì vậy, bài toán về
tiết kiệm năng lượng luôn được đặt ra trong tất cả các hệ thống sản xuất và luôn là
ưu tiên hàng đầu. Trong khi đó phần lớn năng lượng tiêu thụ là để cấp cho các
động cơ công suất lớn, do vậy vấn đề tiết kiệm năng lượng cho động cơ là rất quan
trọng.
Với tốc độ phát triển nhanh của ngành điện tử và tự động hóa, biến tần và
khởi động mềm ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Chúng
được sử dụng trong các quá trình công nghiệp không những để cải thiện khả năng
điều khiển nhằm nâng cao chất lượng, tăng năng suất mà còn tiết kiệm điện năng.
Tuy nhiên, thực tế triển khai dự án tại nước ta cho thấy trong nhiều trường hợp, có
thể tiết kiệm điện năng bằng các thiết bị này chưa được hiểu và đánh giá đúng dẫn
đến thiết kế lắp đặt sai mục đích và hiệu quả kinh tế trong vận hành bị hạn chế.
Các sách giáo khoa về truyền động điện rất ít đề cập đến vấn đề này trong khi tài
liệu của nhà sản xuất thường chỉ cung cấp thông số, tính năng thiết bị.
Qua đề tài Nghiên Cứu Khả Năng Tiết Kiệm Điện Nhờ Biến Tần này, dưới
sự hướng dẫn của thầy Lê Văn Doanh, em đã cố gắn phân tích rõ hơn bản chất vật
lí của vấn đề tiết kiệm điện năng nhờ biến tần thông qua khảo sát các ứng dụng
điển hình về tiết kiệm điện năng là bơm và quạt.

Nội dung đề tài gồm 3 phần:
Phần I: Giới thiệu về ĐC KĐB. Gồm có 2 chương:
Chương I: Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ĐC KĐB.
Chương II: Mở máy ĐC KĐB.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phần II: Điều khiển ĐC KĐB bằng biến tần và nghiên cứu khả năng tiết
kiệm điện nhờ biến tần. Gồm 2 chương:
Chương III: Khảo sát bộ biến tần điều khiển ĐC KĐB.
Chương IV: nghiên cứu khả năng tiết kiệm điện nhờ biến tần.
Phần thực hành: Cài đặt biến tần Altivar để điều khiển ĐC KĐB xoay
chiều 3 pha.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN I
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Khái niệm động cơ không đồng bộ ( ĐC KĐB): Tất cả máy điện xoay chiều có
tốc độ Roto n ≠ n 1 gọi là máy điện KĐB. Trong đó: n 1 =

60 f
là tốc độ từ trường
p

quay.

Chương I. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
I.

CẤU TẠO ĐC KĐB:
Cấu tạo ĐC KĐB chia làm 2 phần chính: Stato và Roto.
1. Stato- phần tĩnh:
*Lõi thép Stato:
- Gồm các lá thép kỹ thuật cách điện có chiều dầy ( 0,3 ÷ 0,5) mm, dập theo

hình vành khăn, mặt trong có rãnh để đặt dây quấn Stato ghép cách điện với nhau
để giảm dòng fuco, giảm tổn hao.
- Lá thép Stato kết hợp với lõi thép Roto tạo thành mạch từ để dẫn từ và tạo
ra từ trường lớn.
*Dây quấn Stato:
- Thường dây quấn Stato làm bằng dây đồng có lớp cách điện bên ngoài,
tiết diện hình tròn (d), hay hình chữ nhật (axb) tạo thành bối dây. Mỗi bối dây có
thể có nhiều vòng dây và hai cạnh bối dây đặt trong rãnh lõi thép Stato, các bối dây
được ghép nối với nhau tạo thành dây quấn 1 pha.
- Vậy dây quấn Stato là dây quấn
3 pha: gồm 3 bối dây như nhau và đặt
lệch nhau một góc 120 0 về điện.
*Vỏ máy:
- Thường làm bằng gang đúc, mặt

ngoài có cánh tản nhiệt.
- Vỏ máy để bảo vệ chi tiết bên
trong còn chịu lực.
Hình 1.1. Động cơ không
đồng bộ.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2. Roto- phần động:
*Lõi thép Roto: Gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện dập theo hình tròn và mặt
ngoài có rãnh để đặt dây quấn Roto ghép cách điện với nhau.
*Dây quấn Roto: có nhiều loại, nhưng ở đây ta chỉ xét 2 loại chính:
- Roto lồng sóc: gồm các thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm đặt ở rãnh
lõi thép Roto, hai đầu được nối với nhau bởi 2 vòng ngắn mạch cùng bằng đồng
hoặc cùng bằng nhôm, thường là bằng nhôm. Hiện nay loại Roto lồng sóc được
dùng trong động cơ KĐB phổ biến nhất.
- Roto dây quấn: Dây quấn là dây quấn 3 pha thường nối sao (Y), 3 đầu kia nối với
trở fụ (R f ). Để nối điện giữa phần quay (dây quấn) và phần đứng yên (R f ), 3 đầu
dây quấn nối với 3 vành trượt bằng đồng, tỳ trên 3 vành trượt là 3 hệ thống chổi
than đứng yên nối với R f .
II. PHÂN LOẠI:
1. Động cơ roto lồng sóc:

Hình 1.2. Động cơ roto lồng sóc.
Ưu điểm:
• Cấu tạo đơn giản, giá rẻ

• Không cần bảo dưỡng
• Vận hành dễ dàng
• Độ tin cậy cao
• Momen khởi động lớn
• Thời gian khởi động ngắn.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đăc tính:
• Dòng khởi động lớn gấp (6 ÷ 8) lần dòng định mức.
• Momen khởi đông từ (0,8 ÷ 2) lần mômen định mức.

Hình 1.3. Đặc tính khởi động của động cơ roto lồng sóc.
Đặc tính mômen – tốc độ:

Hình 1.4. Đặc tính mômen – tốc độ.
• Mk = ( 0,8 ÷ 2) Mđm
• Mmax = (2 ÷ 2,5) Mđm
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đặc tính dòng khởi động:

Hình 1.5. Đặc tính dòng khởi động.
Dòng khởi động (Ik) = (6 ÷ 8) Iđm gây ra:
• Gây sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ khác.
• Gây sốc làm hao mòn các cơ cấu cơ khí.
Đấu dây:

Hình 1.6. Sơ đồ đấu dây.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Truyền động và các góc phần tư:

Hình 1.7. Truyền động các góc phần tư.
• Chế độ động cơ: Mômen và tốc độ cùng chiều, điện năng biến đổi thành cơ
năng.
• Chế độ máy phát: Mômen và tốc độ ngược chiều, cơ năng biến đổi thành
điện năng trả về lưới.
2. Động cơ roto dây quấn:

Hình 1.8. Động cơ roto lồng sóc.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đặc tính mômen - tốc độ:

Hình 1.9. Đặc tính mômen – tốc độ.

Hình 1.10. Đặc tính khởi động của động cơ roto dây quấn.
Đặc điểm khởi động:

•

Dòng khởi động nhỏ: Ik = (2÷ 4) Iđm

•

Mômen khởi động: Mk =(2÷ 2,5) Mđm

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương II. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I.

MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:

Khi đóng điện trực tiếp vào stato ĐC KĐB để mở máy thì thoạt đầu do rôto
chưa quay, độ trượt s =1 nếu sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn:

Ι mm = (5÷8) Ι đm
Dòng điện này có giá trị đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và
lớn, gây ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ. Tuy dòng
lớn nhưng mômen mở máy thì nhỏ:
Mmm =(0.5÷ 1.5)Mđm
do vậy cần phải có biện pháp mở máy để hạn chế dòng điện lúc mở máy đảm bảo
một mômen mở máy cần thiết.
Động cơ không đồng bộ có mômen mở máy do đó khi mở máy động cơ có thể
quay được. Điều kiện mở máy là:
•

Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính của tải.

•

Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.

•

Phương pháp mở máy và thiết bị cần đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.

•

Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt.

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau, như khi đòi hỏi dòng mở máy
nhỏ thì làm cho momen giảm theo hoặc cần thiết bị đắt tiền. Vì vậy căn cứ vào điều

kiện cụ thể mà chọn phương pháp mở máy thích hợp.
Đối với các động cơ công suất nhỏ hoặc công suất nhỏ so với công suất nguồn
cấp thì có thể mở máy trực tiếp. Nếu không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện
một trong các phương pháp mở máy sau đây:
- Mở máy bằng điện trở phụ nối tiếp với mạch roto (chỉ sử dụng cho động cơ
KĐB roto dây quấn).
- Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc (dùng cho động cơ vừa và
nhỏ).
- Mở máy bằng cách giảm điện áp stato:
 Mở máy bằng điện kháng nối tiếp vào mạch stato.
 Mở máy bằng máy biến áp tự ngẫu, hạ điện áp mở máy.
 Mở máy nhờ đổi nối sao-tam giác.
 Mở máy bằng cách dùng bộ biến đổi (u và f).
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ngoài ra ta có thể dùng thiết bị khởi động mềm động cơ.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
1. Mở máy bằng điện trở phụ nối tiếp với mạch roto:
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ:

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý a) và đặc tính cơ b) của động cơ khi mở máy bằng điện
trở phụ nối tiếp với mạch roto.
Khi mở máy chọn M1 ≤ 0,85Mth, M2 ≥ (1,1÷1,3)Mc.
2. Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc:
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ:

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý khi mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc.

•

Dòng khởi động: Ik=(5÷8)Iđm

• Mômen khởi động:
Mkđ=(0,5÷1,5)Mđm
• Ưu điểm:
+
+
+
+

Đơn giãn.
Rẻ tiền.
Mômen khởi động lớn.
Thời gian khởi động ngắn.

• Nhược điểm:
+ Dòng khởi động lớn gây
sụt áp lưới.

+ Gây sốc và hao mòn cơ
khí động cơ.

Hình 2.3. Đặc tính cơ khi mở máy
trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc.

• Ứng dụng:
+ Với động cơ công suất nhỏ.
+ Yêu cầu mômen khởi động lớn( tải đầy).
• Cách này không điều chỉnh được tham số khởi động.
3. Mở máy bằng cách giảm điện áp stato:
a. Mở máy bằng điện kháng nối tiếp vào mạch stato:
• Đặc điểm:
+ Khi mở máy do có sự sụt áp trên cuộn kháng, điện áp trên động cơ
giảm:U dc =

Ul
, trong đó hệ số cuộn kháng k ck ≥ 1.
k ck

+ Dòng mở máy bằng cuộn kháng : I mck =

U dc
Ul
Im
=
=
Z dc k ck .Z dc k ck

trong đó : I m là dòng điện động cơ.

Theo phương pháp này dòng mở máy giảm đi k lần.
+Mômen mở máy bằng cuộn kháng giảm đi k 2 lần : M mck =
với U 2dc ).
• Ưu điểm:

+ Thiết bị đơn giản.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

11

Mm
(vì M tỷ lệ
k2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Dùng cho động cơ chỉ cần 3 đầu ra.
• Nhược điểm:
Mômen mở máy giảm nhiều (giảm đi k 2 lần).
b. Mở máy bằng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy:
•

Đặc điểm: + Dòng khởi động : Ikđ = (1,7÷4) Iđm.
+ Mômen khởi động : Mkđ = (0,5÷0,85)Mđm.
+ Điều chỉnh được điện áp khởi động.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi mở máy bằng biến áp tự
ngẫu hạ điện áp mở máy.

• Ưu điểm:

+ Hạn chế dòng xung
+ Dùng cho động cơ 3 đầu ra.

• Nhược điểm: + Số lần khởi động hạn chế.
+ Cồng kềnh đắt tiền.
• Ứng dụng: Thích hợp cho tải có mômen quán tính lớn.
c. Mở máy nhờ đổi nối sao-tam giác:
•

Đặc điểm: + Dòng khởi động : Ikđ = (2÷3) Iđm
+ Mômen khởi động : Mkđ = (0,3÷0,6)Mđm

•

Ưu điểm:

+ Dòng khởi động nhỏ.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Tương đối đơn giãn.
+ Hạn chế sốc cơ khí.
• Nhược điểm: + Có xung dòng điện tại thời điểm chuyển đổi sao – tam giác.

+ Mômen khởi động thấp.
+ Cần động cơ 6 đầu ra.
• Ứng dụng: + Khởi động không tải hoặc tải nhỏ.
+ Động cơ 6 đầu ra.

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của động cơ khi mở máy nhờ đổi nối sao-tam giác.


Khi khởi động nối sao
(Y): (KM1 + KM2) đóng, đồng thời
KM3 mở.
Thời gian khởi động : t kd
=(8÷20) giây.

Khi làm việc nối tam
giác ( ∆ ): (KM1 + KM2) mở, KM3
đóng.

Hình 2.5. Đặc tính cơ của động cơ khi mở
máy nhờ đổi nối sao-tam giác.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Khởi động bằng sao –tam giác “ mềm ”:

Hình 2.6. Sơ đồ nối dây.

Hình 2.7. Mạch điều khiển và đặc tính khởi động của động cơ.
d. Khởi động bằng cách dùng bộ biến đổi (u và f):
Phương pháp này dùng nhiều, được phổ biến rất rộng rãi.
• Đặc điểm: Vừa thay đổi được điện áp u vừa thay đổi được tần sồ f .
• Ưu điểm:

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Có thể duy trì từ thông Φ không đổi nên Momen mở máy ít
giảm hơn .
+ Khởi động nhẹ nhàng.
+ Kích thước nhỏ gọn.
• Nhược điểm: Giá thành rất cao.
• Ứng dụng:
+ Dùng cho động cơ 3 đầu ra.
+ Ứng dụng trong công nghệ cao, yêu cầu kỹ thuật khắc khe để điều chỉnh tốc
độ – một giải pháp cho nhiều tốc độ.
4. Khởi động mềm:
•

Chức năng: Có thể khởi động và

dừng mềm các động cơ không đồng bộ và vận
hành hệ truyền động tối ưu nhất cho động cơ, tải

cơ và nguồn cung cấp.
•

Đặc

điểm:
+
Hạn
chế tổn hao năng lượng và sự phát nóng của
động cơ.
Hình 2.8. Bộ khởi động
+ Thời gian khởi động / hãm mềm
mềm ATS48.
từ 1÷5 giây hoặc từ 1÷20 giây.
+ Có tích hợp công tắc tơ nối tắt sau khi khởi động xong.
+ Giao tiếp đơn giản bằng 2 đèn LED.
+ Lắp sẵn và có thể sử dụng ngay.
• Ứng dụng:
+ Ứng dụng rộng rãi trong dãy công suất từ (0,75÷75)kW.
+ Ứng dụng trong băng truyền.
+ Ứng dụng trong hệ thống quạt, máy nén khí.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý của khởi động mềm.

Hình 2.10. Đặc tính làm việc của khởi động mềm.
Sơ đồ làm việc:

Hình 2.11. Sơ đồ làm việc của khởi động mềm.
Các sơ đồ nối dây:

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.12. Sơ đồ nối dây của khởi động mềm.

Hình 2.12. Sơ đồ nối dây của khởi động mềm.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

------

PHẦN II
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG
BIẾN TẦN VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦA

BIẾN TẦN
Chương III. KHẢO SÁT BỘ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN:

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Biến tần là các bộ biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần
số không đổi thành nguồn điện áp và tần số thay đổi được.
II. PHÂN LOẠI:
Về nguyên lý, biến tần chia ra làm hai loại: Biến tần gián tiếp và biến tần
trực tiếp.
1. Bộ biến tần gián tiếp ( bộ biến tần độc lập – autonom inverter):
Trong bộ biến tần này, dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f 1 được chỉnh lưu
thành dòng điện một chiều (tần số f = 0), lọc rồi lại được nghịch lưu thành dòng
điện xoay chiều tần số f2. Hình 3.1.a).
2. Bộ biến tần trực tiếp( bộ biến tần phụ thuộc – cycloconverter):
Bộ biến tần trực tiếp là bộ biến tần biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số
f1 thành tần số f2 không qua khâu chỉnh lưu thành điện áp một chiều (Hình 3.1.b).
Do vậy, phụ tải có thể trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục, hiệu suất bộ
biến tần cao.
CL
~U1,f1

~f1

NL

F

=
=

~f2

a)

CL
~U2,f2

~U1,f1

~f1

~f2

~U2,f2

b)

Hình 3.1. Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp a) và trực tiếp b).
III. SƠ ĐỒ KHỐI BỘ BIẾN TẦN VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:
Nguyên lý làm việc của bộ

Biến tần
U2 ,f2∼
U1 ,f1∼
biến tần khá đơn giản. Đầu tiên,
nguồn điện xoay chiều một pha
hay ba pha được chỉnh lưu và lọc
Hình 3.2. Sơ đồ khối của biến tần.
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
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Ví dụ sơ đồ bộ biến tần nguồn áp dùng tranzitor
(hình 3.3).

Hình 3.3. Sơ đồ bộ biến tần gián tiếp 3 pha nguồn áp.
IV. MỘT VÀI LOẠI BIẾN TẦN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG:
1. Hãng Schneider:
Dãy điều khiển tốc độ biến đổi như là: Altivar 11, Altivar 21, Altivar 31,
Altivar 61 và Altivar 71. Mỗi loại được dùng cho những dòng công suất khác nhau.

Hình 3.4. Dòng biến tần Altivar.
2. Hãng Siemens:
Dòng sản phẩm khá quen thuộc với thị trường như: G110; MM420, MM430,
MM440.
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Với dòng sản phẩm biến tần MM430 với dãy công suất rất lớn được thiết kế
chuyên dùng cho Bơm, Quạt với những tính năng PID, điều khiển phân tầng. Đạt
được hiệu quả rất cao trong ứng dụng đặc biệt là tiết kiệm năng lượng, giảm đáng
kể chi phí cho nhà máy.
Song song bên cạnh dòng MICROMASTER (MM420, MM430, MM440),
Siemens cũng phát triển dòng Biến tần SINAMICS(G110, G120, G130, G150).
Hiện tại dòng biến tần Sinamic G110 khá thân thuộc với mọi người, được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong dân dụng.
Hiện tại Siemens đã giới thiệu dòng sản phẩm mới Biến tần Sinamic G120
đáp ứng tối đa nhu cầu của khách hàng. Sinamic G120 được thiết kế dạng modul
hóa đáp ứng tấc cả các ứng dụng phức tạp, cho người sử dụng thêm nhiều lựa chọn
hơn, giảm chi phí và phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng cũng như những tính năng
mà mình mong muốn.
3.Hãng Yaskawa:
Như Yaskawa F7, Yaskawa G7, Yaskawa V1000,…
Ngoài ra, còn có các dòng biến tần của các hãng khác như: Emerson,
Danfoss, Hitachi, Mitsubishi, ABB, biến tần Delta, biến tần trung áp Toshiba,…
V.

CHỨC NĂNG, ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN:

1. Chức năng:
Chức năng điều khiển phân tầng: nhờ vào bộ điều khiển PID biến tần có thể
điều khiển cùng lúc đến 4 động cơ (1 động cơ chạy theo tần số điện áp của biến
tần, 3 động cơ còn lại chạy theo tần số điện áp lưới), nhờ vào tính năng này ta có
thể dễ dàng nâng cấp tải hệ thống và luân phiên chọn động cơ chạy với biến tần
nhằm nâng cao tuổi thọ cho động cơ, ngòai ra giúp cho việc bảo trì dễ dàng hơn mà
vẫn đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục.
Chức năng chống chạy không tải: người sử dụng có thể cài đặt 1 số thông số
(P2189; P2190; P2187; P2188; P2185; P2186) theo dõi dải momen động cơ nhờ đó
phát hiện quá tải hay thấp tải, những hư hỏng cơ khí như: đứt dây truyền động, bơm
không có nước... Để kịp thời báo lỗi và dừng hệ thống, bảo vệ tối đa cho hệ thống
của nhà máy. Ngoài những tính năng cơ bản trên biến tần Siemens cũng khá mạnh
trong truyền thông Profibuss hay USS.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Khi chúng ta sử dụng biến tần vào một hệ thống ngoài những tính năng cơ bản
trên, biến tần còn mang lại những hiệu quả như:
• Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi
điện áp) nên luôn đảm bảo mômen khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất
thấp. Trong khi đó, dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện
áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mômen. 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.
• Do quá trình khởi động được mềm hoá nên các chi tiết cơ khí của hệ
truyền động như băng tải, các khớp nối, các vòng bi, ổ đỡ trong hệ thống sẽ ít bị
mòn hay gẫy vỡ. Các chi tiết vòng đệm, các đồng hồ áp lực hay lưu lượng, ... đặt
trên đường ống dẫn sẽ được đảm bảo tuổi thọ cao. Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo
dưỡng hệ thống giảm đáng kể.
• Hệ số công suất cos(φ) luôn được giữ ở 0,96. Điều này đảm bảo 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 và áp suất. Điều này làm tăng chất lượng của quá trình.
• Tạo 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
sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển hệ truyền động từ xa dễ
dàng.
2. Ứng dụng:
Dùng biến tần để điều khiển động cơ KĐB và nhiều ứng dụng khác.

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương IV. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM ĐIỆN
NHỜ BIẾN TẦN
I.

ĐẶT VẤN ĐỀ:

Tiết kiệm điện luôn được coi là một giải pháp đem lại hiệu quả cao, nhất là
trong hoàn cảnh nguồn cung còn thiếu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng 1kWh điện
tiết kiệm khác với 1kWh sản xuất ở chỗ nó không gây ô nhiễm môi trường, giảm
tổn hao do truyền tải và phân phối điện. Việc tiết kiệm mỗi kWh điện trong các giờ
cao điểm sẽ làm lợi cho đất nước từ 600USD đến 1.000USD do không phải đầu tư
xây dựng những nhà máy điện mới. Chẳng hạn như năm 2007 tiết kiệm được 1%
điện năng thì tương đương với việc đầu tư một nhà máy điện công suất 90 MW.
Nếu cứ tính bình quân 1 MW điện phải đầu tư 1 triệu USD thì số điện năng tiết
kiệm tương đương 1.500 tỷ đồng. Như vậy có thể nói việc tiết kiệm điện càng
nhiều thì hiệu quả càng lớn.
Hiện nay trong sản xuất công nghiệp cũng như các ngành dịch vụ như kinh
doanh khách sạn hay toà nhà văn phòng, các thiết bị điện quay chiếm một tỷ lệ rất
lớn trong số các thiết bị tiêu thụ điện.
Theo những khảo sát của hiệp hội Copper (International Copper

Association) và những nghiên cứu
Quá trình
gần đây về tình hình tiêu thụ
Quá trình
khác 37%
nén 30%
năng lượng trong những khu vực
kinh tế này thì có đến trên 50%
năng lượng được tiêu thụ bởi các
động cơ điện. Ví dụ theo thống kê
điện năng tiên thụ trong các quá
trình và các toà nhà hiện đại thì đã
có 72% điện năng được tiêu thụ là
Quá trình
Quá trình quạt,
bơm 20%
thông hơi 13%
dùng để chạy các động cơ. Trong
đó 63% là được áp dụng cho các Hình 4.1. Biểu đồ thống kê điện năng tiên
quá trình của lưu chất (hình4.1).
thụ trong các quá trình và các toà nhà
Chính vì thế đã có rất nhiều
hiện đại.
hoạt động cũng như giải pháp
nhằm nâng cao nhất hiệu suất sử dụng thiết bị, giảm thiểu nhất các chi phí điện
năng và nâng cao nhất lợi ích kinh tế.
Tiết kiệm năng lượng trong xu thế hiện nay chính là một giải pháp tích
SVTH: Trần Hoa Hạng_ĐKT-K27

25