Biến tần cho máy bơm nước

Biến tần cho máy bơm nước

Trong nhiều nhà máy trong lĩnh vực công nghiệp, các máy bơm, như chìm bơm, Quy trình bơm nước, Lye bơm, Độc thân vỏ bơm, nạo vét Ash bùn bơm, cát hút nạo vét bơm, cát bùn bơm, tuyển nổi Máy cho ăn bơm, Mine bùn bơm, Froth Pump, vv, tạo nên hệ thống đường ống với động cơ, đường ống và các thiết bị khác. Do sự đa dạng của bố trí hệ thống đường ống và các yêu cầu đặc biệt của quy trình sản xuất, thường có các điều kiện hoặc vấn đề sau: (1) thay đổi áp suất đầu ra của đường ống với chênh lệch áp suất quy trình; (2) khoảng cách vận chuyển đường ống thay đổi theo sự thay đổi khoảng cách; (3) đường ống vận chuyển thay đổi chiều cao với chênh lệch chiều cao; (4) biến thiên theo mùa hoặc biến thiên chênh lệch thời gian cao điểm cao và thấp; (5) lề dành riêng của các tham số hiệu suất bơm quá lớn, gây ra độ lệch của bơm so với điểm thiết kế trong ứng dụng.

Các giải pháp truyền thống bao gồm điều chỉnh van xả, điều chỉnh tốc độ khớp nối thủy lực, điều chỉnh tốc độ động cơ cực thay đổi, điều chỉnh tốc độ cực của loạt động cơ, v.v. Tuy nhiên, chúng đều có những thiếu sót về hiệu quả thấp, phạm vi điều chỉnh nhỏ, tốc độ chậm, hiệu suất điều chỉnh kém và nhiều lỗi. Hiện nay, phương pháp điều chỉnh tốc độ bơm hiệu quả và phổ biến nhất là phương pháp điều khiển chuyển đổi tần số. Thực tiễn cho chúng tôi biết rằng VFD có thể tiết kiệm 20-30% năng lượng của hệ thống.

1. Nguyên tắc cơ bản của Ổ đĩa biến tần (VFD)

Mối quan hệ giữa tốc độ n và tần số điện của công suất cung cấp f, số cặp cực từ p, tốc độ trượt s của động cơ không đồng bộ là n = 60f (1-s) / p. Khi tốc độ trượt s không thay đổi nhiều, tốc độ n của động cơ không đồng bộ về cơ bản tỷ lệ thuận với tần số f và tốc độ của động cơ có thể được thay đổi trơn tru bằng cách liên tục điều chỉnh tần số. Điều chỉnh tốc độ AC được thực hiện bởi biến tần tạo ra tần số biến đổi và điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ AC được gọi là biến tần.

Ổ đĩa biến tần là một phương pháp điển hình của điều chỉnh tốc độ động cơ ac, không chỉ phù hợp với động cơ không đồng bộ, mà còn phù hợp với động cơ đồng bộ. Điều chỉnh tốc độ tần số biến đổi có ưu điểm là tần số điều chỉnh liên tục, điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, đặc tính cơ học cứng, độ ổn định vượt trội của tốc độ và hiệu quả cao.

Hình 1. Hệ thống điều khiển tần số

2. Ứng dụng công nghệ VFD trong máy bơm nước

2.1 Nguyên lý làm việc của máy bơm nước

Theo lý thuyết cơ học chất lỏng, tốc độ dòng bơm Q, đầu H, công suất trục P, tốc độ quay n có mối quan hệ sau: tốc độ dòng Q tỷ lệ với tốc độ quay n, đầu H tăng theo bình phương tốc độ n; công suất trục P tăng theo khối lập phương của tốc độ n.

2.2 Tác dụng của điều chỉnh tốc độ bơm

Khi đường cong bơm giao với đường cong hệ thống đường ống, điểm giao nhau là điểm điều kiện làm việc của nó, như trong Hình 2 cho các điểm A và B. Nếu bơm chạy ở tốc độ không đổi nhất định, lưu lượng chỉ có thể được điều chỉnh bằng van xả. Khi lưu lượng giảm, đầu bơm di chuyển lên trên theo đường cong, như trong Hình 2, A và C. Tại thời điểm này, việc điều chỉnh van tương đương với việc tăng tổn thất điện trở ống để đạt được hiệu quả giảm lưu lượng và áp suất đầu ra của đầu ống. Theo cách này, việc giảm công suất trục động cơ bị hạn chế.

Bằng cách thay đổi tốc độ của bơm nước, nghĩa là tốc độ bơm được điều chỉnh từ n1 đến n2, điểm vận hành bơm được trượt từ điểm A trong hình 2 dọc theo đường cong hệ thống đường ống đến điểm B. Nó có thể trực giác kết luận rằng tốc độ dòng chảy và đầu được giảm tương ứng. Như được hiển thị trong Bảng 1, nếu tần số giảm 5Hz, tốc độ sẽ giảm 10%, lưu lượng sẽ giảm 10%, đầu sẽ giảm 19% và công suất động cơ sẽ giảm 27% . Khi tần số giảm 10Hz, tốc độ sẽ giảm 10% và lưu lượng sẽ giảm. 20%, đầu giảm 36% và công suất động cơ giảm 49%. Hiệu quả của quy định chuyển đổi tần số và tiết kiệm năng lượng là rất đáng kể.

Bảng 1. Bảng thay đổi công suất điều chỉnh tần số

2.3 Thông báo về VFD của máy bơm nước

2.3.1 Điều chỉnh tốc độ bơm phải thích ứng với sự thay đổi của điều kiện làm việc và làm cho bơm luôn hoạt động trong vùng hiệu suất cao, bởi vì bất kỳ điểm nào trên đường cong bơm có thể được thay đổi thành điều kiện làm việc khác theo định lý tương tự sau khi điều chỉnh tốc độ. Chọn điểm làm việc trong điểm vận hành của vùng hiệu suất cao của đường cong bơm hoặc điểm điều kiện làm việc có được nhờ chuyển đổi tương tự của vùng hiệu suất cao cho phép bơm hoạt động hiệu quả và đạt được mục đích tiết kiệm năng lượng

2.3.2 Điều chỉnh tốc độ bơm không phù hợp với tất cả các hệ thống. Trong các ứng dụng có đầu tĩnh cao, việc làm chậm máy bơm có nguy cơ gây ra rung động và tạo ra các vấn đề về hiệu suất. Đối với các hệ thống trong đó đầu tĩnh chiếm một phần lớn trong tổng đầu, nên thận trọng khi quyết định có nên sử dụng VFD hay không.

3 Kết hợp VFD và PMSM là xu hướng ứng dụng tiết kiệm năng lượng mới

Ngày nay, các kỹ sư thiết kế và chủ sở hữu thiết bị đang bắt đầu cài đặt các giải pháp động cơ nam châm vĩnh cửu hơn cho các ứng dụng bơm vì chúng nhỏ hơn và hiệu quả hơn. Chúng tôi đã thiết kế một chương trình điều khiển VFD mới sử dụng công nghệ khớp tải để cho phép động cơ chỉ hoạt động khi cần thiết, tiết kiệm năng lượng và giảm hao mòn thiết bị. Sự kết hợp giữa VFD và PMSM là một xu hướng ứng dụng tiết kiệm năng lượng mới.

4. Tính năng sản phẩm

4.1 Tiết kiệm năng lượng

Hệ thống VFD điều khiển động cơ và tự động điều chỉnh tải của động cơ để làm cho động cơ chạy trong trạng thái chạy kinh tế để đạt được hiệu quả tiết kiệm điện.

4.2 Chi phí vận hành thấp hơn

Hệ thống có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng của động cơ, giảm tác động đến thiết bị sau khi bắt đầu chuyển đổi tần số và giảm công suất bảo trì và sửa chữa, do đó chi phí vận hành sẽ giảm đáng kể.

4.3 Cải thiện độ chính xác kiểm soát áp suất

Hệ thống điều khiển tần số thay đổi có khả năng kiểm soát áp suất chính xác, giúp cải thiện hiệu quả chất lượng của điều kiện làm việc của hệ thống.

4.4 Kéo dài tuổi thọ của động cơ

Từ động cơ khởi động 0Hz, thời gian tăng tốc khởi động của biến tần có thể được điều chỉnh để giảm tác động đến các thành phần điện và cơ của động cơ khi khởi động, để tăng cường độ tin cậy của hệ thống và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Ngoài ra, bộ biến tần có hiệu quả có thể giảm giá trị cực đại của dòng khởi động xuống mức tối thiểu và có thể giảm tác động lên lưới điện và các thiết bị điện khác.

4.5 Kéo dài tuổi thọ bơm

Đối với máy bơm bùn cung cấp chất lỏng với các hạt, tuổi thọ của các bộ phận ướt của máy bơm tỷ lệ nghịch với khối của tốc độ bơm. Nếu tốc độ giảm 10%, tuổi thọ của dịch vụ sẽ tăng thêm 30%.

4.6 Giảm tiếng ồn của động cơ

Theo điều kiện làm việc của động cơ, tốc độ chạy của động cơ bị chậm lại rõ ràng sau khi cài đặt điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số, do đó tiếng ồn của động cơ đang chạy được giảm hiệu quả.