Biến tần cho máy nén khí

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ tự động hóa, đã có nhiều giải được kiến tạo để giải quyết bài toán điều khiển cho máy nén khí một cách dễ dàng. Trong đó, giải pháp biến tần cho máy nén khí là phương án hữu hiệu nhất để tiết kiệm năng lượng và mang về nhiều lợi ích cho doanh nghiệp.

Biến tần cho máy nén khí

Máy nén khí dùng để nén khí tới một giá trị nhất định lớn hơn áp suất khí quyển. Các loại máy nén khí đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp gồm:

Máy nén khí bằng piston: dựa vào tác động qua lại của một hoặc nhiều piston để nén khí bên trong một xi lanh (hoặc các xi lanh) và xả nó qua van nạp vào các bình nhận áp suất cao.

Máy nén khí trục vít: là một loại máy nén khí kiểu thể tích, sử dụng cơ chế hai trục vít xoắn ngược chiều với nhau làm thay đổi thể tích của không khí để tạo ra áp lực khí.

Máy nén khí ly tâm: dựa vào các cánh quạt giống như máy bơm tốc độ cao để truyền vận tốc cho khí nhằm tạo ra sự gia tăng áp suất.

Những ứng dụng chính của máy nén khí có thể kể đến như tạo ra khí nén để làm thông đường ống trong hệ thống nước thải, vận chuyển hàng hóa, điều khiển máy chế tạo công nghiệp…

Máy nén khí

Máy nén khí thường yêu cầu sử dụng điện năng rất lớn, chính vì vậy việc tiết kiệm điện là một bài toán rất quan trọng trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, máy nén khí cũng cần tính ổn định, độ bền cơ học cao bởi vì việc sửa chữa, bảo trì máy nén khí tương đối tốn kém và tiêu tốn thời gian.

Ưu điểm sử dụng biến tần cho máy nén khí

Những ưu điểm của biến tần cho máy nén khí:

Điều chỉnh tốc độ máy nén linh hoạt, phù hợp với nhu cầu sử dụng của tải (tính năng tiết kiệm điện).

Bảo vệ và giúp tăng tuổi thọ hệ thống cơ khí, động cơ.

Nâng cao chất lượng điện năng.

Quá trình khởi động và dừng tải êm, giúp giảm tiếng ồn máy nén khí.

Lợi ích mang lại cho doanh nghiệp khi sử dụng biến tần cho máy nén khí

Máy nén khí hoạt động liên tục trong ngày vì thế việc sử dụng biến tần điều khiển máy nén khí là rất cần thiết. Trong quá trình sản xuất, máy nén khí hoạt động ở 02 chế độ CÓ TẢI và KHÔNG TẢI. Phương pháp điều khiển động cơ chạy 2 cấp (sao – tam giác) sẽ gây lãng phí điện trong chế độ không tải. Khi sử dụng máy nén khí biến tần sẽ tự động thay đổi tốc độ giảm/tăng dựa vào chế độ không tải/có tải khi đó vừa đáp ứng đủ áp suất khí cho sản xuất vừa tiết kiệm điện năng. Dòng khởi động và dòng không tải giảm, tránh hiện tượng sụt áp gây ảnh hưởng tới các thiết bị khác trong mạng điện.

Những cách sử dụng để phát huy hiệu quả của biến tần cho máy nén khí

Cách 1: Giảm dòng khởi động và giảm dòng tiêu thụ khi máy chạy ở chế độ không tải

Biến tần giúp máy nén khí khởi động êm hơn, giảm tốc độ vòng quay đến mức tối thiểu, giảm dòng tiêu thụ ở chế độ không tải. Từ đó, máy nén khí vẫn đảm bảo dầu được lưu chuyển đến các vị trí bôi trơn.

Cách 2: Điều khiển lưu lượng của máy nén khí theo tải tiêu thụ nhờ thay đổi tốc độ động cơ

Máy nén khí biến tần giúp điều chỉnh tốc độ quay động cơ, từ đó duy trì lưu lượng và áp suất luôn ổn định theo nhu cầu sử dụng thực tế. Thay vì dải áp suất trong khoảng từ 4 – 8 bar như cách 1 thì ở cách này, biến tần sẽ thay đổi tốc độ động cơ thông qua việc duy trì áp suất 7 bar. Máy nén khí sẽ không có chế độ không tải trong đa số trường hợp.

Nguyên lý tiết kiệm điện khi sử dụng biến tần cho máy nén khí

Dựa trên lý thuyết cơ học chất lỏng/khí, ta có công thức năng lượng như sau:

P = K * Q * H

Trong đó: P: năng lượng chất lỏng/khí (kW)
H: áp suất (Pa)
Q: lưu lượng (m3/s)
K: là hằng số

Đối với tải quạt mối quan hệ giữa công suất trục động cơ, áp suất, lưu lượng với tốc độ quay trục động cơ được tính như sau:

Q1/Q2 = N1/N2 (1*)
H1/H2 = (N1/N2)² (2*)

Từ (1*) và (2*), ta có thể suy ra:

P1/P2 = (N1/N2)3 (3*)

Trong đó: N: tốc độ quay trục động cơ (rpm)

Sơ đồ nguyên lý máy nén khí

Giả thuyết tốc độ động cơ giảm 50% so với tốc độ định mức. Các thông số thay đổi bao gồm:

Lưu lượng khí trong đường ống giảm 50%

Áp suất khí trong đường ống giảm (50%)2

Công suất tiêu thụ điện động cơ giảm (50%)3

Một số lưu ý và cách lắp biến tần cho máy nén khí

Biến tần được chọn phải là dòng biến tần tải nặng và tốc độ đáp ứng nhanh. Không nên chọn loại chuyên dùng cho bơm/quạt tăng một cấp công suất, mặc dù khả năng chịu tải tương đương nhưng khả năng đáp ứng không cao.

Khi lắp biến tần cho máy nén khí cần lưu ý tới tốc độ tối thiểu của động cơ. Đối với các động cơ không có quạt cưỡng bức việc chạy với tần số quá thấp sẽ dẫn đến cháy động cơ do quạt không làm mát kịp.

Việc chạy tốc độ quá thấp, chạy không tải lâu sẽ dẫn tới nhiệt độ dầu xuống thấp. Điều này dẫn tới việc dầu bị ngưng tụ nước, gây hư hỏng dầu và các thiết bị khác.

Bên cạnh đó, để viết chương trình điều khiển biến tần tối ưu được hiệu quả thì cách tốt nhất là phải tìm hiểu rõ về cấu tạo và quy trình vận hành các van hút gió, hút dầu, các tín hiệu bảo vệ…