I. Những trường hợp nên lắp biến tần cho máy nén khí mà khách hàng gặp phải:
Năng suất sử dụng khí nén của khách hàng không liên tục.
Nhu cầu điều chỉnh áp suất đầu ra để phù hợp nhu cầu sử dụng.
Khách hàng có nhu cầu lắp để bảo vệ sốc áp, bảo vệ chi tiết cơ khí.
Tiết kiệm điện năng (Phụ thuộc nhiều yếu tố).
II. Những thông số cần quan tâm khi lắp biến tần:
Lắp biến tần thay thế hay lắp mới?
– Nếu lắp mới thì xin thông số hãng máy, thông số công suất động cơ.
– Nếu thay thế thì vẫn xin thông số như trên và mã biến tần cũ để tra xem có phải biến tần sản xuất riêng cho máy không.
Lưu ý:
– Khi lắp mới và thay thế điều hỏi khách xem có Password của máy không?
– Khách hàng có cần thêm chế độ bypass không? Nếu khách cần thì liên hệ với kỹ thuật để xem và báo giá chĩnh xác cho khách.
Những dòng biến tần công ty Song Nguyên cung cấp cho máy nén khí: Máy nén khí là dòng máy công suất tải nặng , nên chọn lớn hơn 1 cấp để đảm bảo khi khởi động không bị báo lỗi quá tải:
– Đối với hãng Yaskawa nên dùng A1000, GA700, E1000.
– Đối với hãng Danfoss thì FC 360 vẫn đáp ứng được nếu công suất động cơ nhỏ hơn 75kW. Công suất động cơ lớn hơn 75kW thì chọn FC102, FC202, FC 302 tùy theo khả năng kinh tế của khách hàng.
III. Phân tích giải pháp điều khiển máy nén khí trong các hệ thống:
1. Khó khăn của khách hàng
Tổn hao điện năng, nhất là khi thiết bị chạy với thời gian không tải lớn (trên 20%) thời gian sử dụng.
Khởi động trực tiếp gây sụt áp điện lưới.
Nhanh hư hỏng động cơ và các thiết bị ngoại vi, giảm tuổi thọ hệ thống.
Áp suất khí không ổn định dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm.
2. Giải pháp
Sử dụng giải pháp điều khiển máy nén khí bằng biến tần để thay đổi tốc độ quay của máy nén khí, điều chỉnh lưu lượng thay cho việc dùng valve giúp tiết kiệm đến 25% điện năng.
Giải pháp sử dụng biến tần điều khiển động cơ chạy PID, biến tần được tích hợp giải thuật điều khiển PID sẽ tự so sánh áp suất đặt và áp suất hồi tiếp từ cảm biến áp suất để giảm tốc độ khi gần đủ áp, tăng tốc khi thiếu áp và chạy chậm hoặc dừng hẳn khi đủ áp…
3. Đối với máy đơn
– Giải thuật điều khiển PID
Phương pháp điều khiển PID còn gọi là điều khiển vòng kính, giải thuật này ta sẽ lắp 1 cảm biến áp suất tại bình chứa, sau đó đưa tín hiệu phản hồi áp suất về cho biến tần hoặc PLC.
Giả sử khi ta đặt áp suất cần để sử dụng là 10 bar thì ban đầu áp suất trong bình đo được la 0 bar, biến tần sẽ điều khiển động cơ tăng tốc lên để đủ với áp cài đặt và khi biến tần đạt được mức áp theo cài đặt thì sẽ tự động giảm tần số để tiết kiệm điện năng.
Ví dụ áp suất 10 bar động cơ sẽ chạy ở 40Hz thì khi khởi động lên 40Hz mà áp suất vẫn chưa đạt 10 bar do đầu ra khách hàng sử dụng nhiều thì biến tần sẽ tăng tốc lên 45Hz hoặc có thể chạy tối đa 50Hz để bù đủ với lượng áp suất đặt. Và nếu khách hàng sử dụng ít khí hoặc không dùng nữa mà áp suất trong bình đo đc là 10 bar thì biến tần sẽ giảm tần số từ từ xuống. Theo tốc độ min mà mình cài đặt.
4. Đối với nhiều máy
– Chạy theo giải thuật gọi và sa thải
Ở đây do phát sinh nhu cầu sử dụng khí nên máy hiện tại của hệ thống khách hàng không đáp ứng đủ nên họ lắp thêm máy, ví dụ có 3 máy 37kW, 45kW và 75kW.
Ta sẽ dùng giải thuật PID và áp dụng thêm giải thuật gọi và sa thải. Ví dụ khách hàng sử dụng lượng khí trung bình cần 1 máy 75kW chạy nhưng khi cao điểm khách hàng cần thêm khí nén thì ta sẽ gọi thêm động cơ 45kW vào nếu vẫn chưa đủ ta sẽ gọi thêm 1 con 37kW nữa.
Ta sẽ cần 1 sensor áp suất đặt ở vị trí bình chứa, và khi hệ thống hoạt động sensor áp suất sẽ đưa tín hiệu về PLC xử lý. Ta sẽ cho 1 con máy 75kW chạy nền theo áp suất đặt. Ví dụ áp suất đặt là 20 bar khi đó động cơ 75kW chạy 45Hz nhưng giờ cao điểm khách hàng sử dụng nhiều thì khi đó động cơ 75kW chạy lên 50Hz mà áp suất đặt vẫn chưa đáp ứng ta sẽ cho gọi thêm 1 máy 45kW vào chạy bù nếu động cơ 45kW vào chạy bù vẫn chưa đáp ứng được áp suất ta tiếp tục gọi thêm 1 động cơ 37kW vào nữa để đáp ứng, khi nhu cầu sử dụng khí nén thấp lại thì áp sẽ dư ta sẽ cho 1 máy 37kW vào chế độ Standby chạy ở tốc độ min. Nếu sau 1 khoảng thời gian mà áp suất vẫn dư thì sẽ cho OFF máy 37kw. Tiếp tục khí vẫn dư ta sẽ cho máy 45kW vào chế độ Standby áp vẫn còn dư thì OFF máy 45kW và chỉ chạy máy 75kW
IV. Tính toán tiết kiệm điện năng khí lắp biến tần cho máy nén khí:
1. Công thức tính:
Ta có: Mối quan hệ giữa công suất tiêu thụ và tần số như sau : P1/P2= (f1/f2).
Trong đó:
P là công suất tiêu thụ
F là tần số dòng điện cấp cho động cơ
– Ví dụ: Ta xét một động cơ có công suất 55Kw và có đặc tính chạy trong 24h/ ngày.
Các thông tin:
Giá tiền điện là 4000 VND/ kWh.
Mỗi ngày chạy 24 tiếng .
Mua biến tần Yaskawa A1000 công suất 55kW giá thành 48.630.000 (VND) chưa bao gồm dịch vụ lắp đặt tùy theo hệ thống cần khảo sát.
Tính toán: (Dựa theo môi trường lí tưởng và hiệu suất động cơ 100% không tổn hao)
Khi chưa lắp biến tần thì động cơ luôn chạy với tốc độ định mức f=50Hz, P= P max
P = Pmax = 24 x 55 x 4000 = 5.280.000(VNĐ)
Khi lắp biến tần động cơ chạy ở tần số 40Hz là đủ hiệu suất.
Ta có
P2 = (P1*F2) / F1 = (55*40) / 50 = 44kW
Ptt = (P1-P2) / P1 * 100 = 20% Tiết kiệm được 20%
A = P + t = 44*24 = 1.056W
Chi phí điện năng phải trả trong 1 ngày khi sử dụng biến tần = 1056 * 4000 = 4,224,000 (VND).
2. Bài toán thực tế với nhà máy dệt sử dụng máy nén khí:
– Thông số máy
Model : KOBELION SG90A.
– Thông số motor : 90kW, 380V, 2975 rpm, 163A.
– Giải pháp cải tiến
Lắp đặt biến tần điều chỉnh tốc độ motor để ổn định áp suất hệ thống ở giá trị cài đặt.
– Chi phí cải tiến
Chi phí tổng biến tần cùng với tủ điện, nhân công và vật tư lắp đặt hoàn chỉnh là : 160,600,000 VND.
– Kết quả đo kiểm điện năng trước khi lắp biến tần
Thời gian LOAD trung bình trong 1 chu kỳ : 20s
Thời gian UNLOAD trung bình trong 1 chu kỳ : 25s
Thời gian đo : 1 giờ 30 phút, từ 10h15p đến 11h45p ngày 6/1/2020
Chu kỳ lấy mẫu : 1s
Tổng điện năng tiêu thụ đo được : 130.2 kWh
– Tính toán thời gian thu hồi vốn
Giả sử máy hoạt động 24/24
Giá điện trung bình là 2000VNĐ / 1kWh
Mức tiết kiệm dự đoán sau khi lắp biến tần là 15%. Số phần trăm tiết kiệm thực tế cao hơn do máy khách hàng dư tải
Điện năng tiêu thụ trong 1 giờ là : 130.2 kWh / 1.5 = 86.8 kWh
Điện năng tiết kiệm được trong 1 giờ là : 86.8 kWh * 15% = 13.02 kWh
Điện năng tiết kiệm được trong 1 ngày là : 13.02 kWh * 24 h = 312.5 kWh
Điện năng tiết kiệm được trong 1 tháng là : 312.5 kWh * 30 = 9,375 kWh
Số tiền tiết kiệm được trong 1 tháng là : 2000VNĐ * 9,375 kWh = 18,750,000VNĐ
Thời gian hoàn vốn của dự án là : 160,600,000VNĐ / 18,750,000VNĐ = 8.5 tháng
V. Tổng kết
