Biến tần – Khởi động mềm

KHI NÀO NÊN THAY THẾ BIẾN TẦN CHO KHỞI ĐỘNG MỀM.

• Khởi động mềm là gì? Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm như thế nào?
• Khởi động mềm là thiết bị được sử dụng để hỗ trợ quá trình khởi động của động cơ điện AC, giúp bảo vệ động cơ khỏi bị hư hại do dòng điện lớn đột ngột khi khởi động và tránh sụt áp hệ thống lưới điện bằng cách tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức điện áp định trước lên đến điện áp định mức (để dừng mềm thì ngược lại).

• Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm:

Khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược nhau. Ở trạng thái ngắt điện, thyristor ngăn không cho dòng điện chạy qua, khi ở trạng thái mở, thyristo mở dần góc kích (góc mở của các van bán dẫn) cho phép dòng điện chạy qua từ từ, động cơ bắt đầu khởi động và tăng tốc dần. Điện áp được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở của van. Khi van mở hoàn toàn, điện áp đạt đến giá trị điện áp định mức và lúc đó động cơ sẽ đạt đến tốc độ tối đa cho phép. Vì mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện áp, mô-men gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp.

Khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, contactor bypass trong khởi động mềm được đóng lại, hệ thống tự động bypass qua điện lưới mà không qua bộ thyristo.

• Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần như thế nào?
• Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ, qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp không chỉ khi khởi động động cơ mà trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị.
• Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Trước tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0.96. Sau đó, điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh chế độ rộng xung (PWM).

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 bộ điều khiển, từ đó thay đổi tốc độ động cơ theo yêu cầu trong suốt quá trình hoạt động.

• Những lợi ích khi sử dụng biến tần thay cho khởi động mềm.
• Giúp động cơ khởi động êm, giảm mài mòn cơ khí.
• Thay đổi tốc độ của động cơ dễ dàng giúp đáp ứng các yêu cầu công nghệ của thiết bị và hệ thống khác nhau.
• Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha… giúp tăng tuổi thọ động cơ.
• Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị trong hệ thống
• Tích hợp nhiều chức năng điều khiển khác nhau giúp cải tiến công nghệ và tăng năng suất sản xuất.
• Những trường hợp ta nên sử dụng biến tần thay cho khởi động mềm.

Để lựa chọn được phương pháp khởi động phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư để đạt được hiệu quả tối ưu.

Trong thực tế, không phải ứng dụng nào cũng cần thay đổi tốc độ. Đối với động cơ công suất lớn mà không cần thay đổi tốc độ thì hầu hết mọi người đều chọn khởi động mềm vì chi phí thấp hơn so với biến tần.

Tuy nhiên, có một thực tế sử dụng khác: Các máy nén khí, máy bơm nước (chữa cháy) hay các máy móc quan trọng khác thường bắt buộc chạy liên tục và có máy phát điện dự phòng. Trong trường hợp này, chủ đầu tư buộc phải chọn công suất máy phát điện lớn hơn nhiều so với công suất máy nén hay máy bơm tùy theo dòng khởi động để đảm bảo máy phát không bị quá tải và tắt máy. Kết quả là chi phí đầu tư cho máy phát điện thừa công suất + chi phí khởi động mềm không còn thấp hơn so với phương án biến tần.Vì vậy trong khi khởi động mềm chỉ sử dụng để làm “mềm” quá trình khởi động hoặc dừng máy thì biến tần cho phép điều khiển được tốc độ động cơ trong suốt quá trình hoạt động, đảo chiều quay động cơ và còn nhiều tính năng điều khiển linh hoạt khác. Điều này không chỉ giúp đáp ứng công nghệ trong nhiều trường hợp mà còn giúp tiết kiệm năng lượng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Tóm lại, việc lựa chọn giữa một bộ khởi động mềm hay biến tần thường phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, yêu cầu hệ thống và chi phí (cả chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vòng đời của hệ thống). Lựa chọn sai thiết bị có thể gây lãng phí và gây hư hại cho động cơ và cả hệ thống thiết bị khác trong nhà máy, do đó người sử dụng nên cân nhắc tất cả các yếu tố trước khi quyết định.