Ứng dụng biến tần trong điều khiển bơm

1. Đặt vấn đề

Hệ thống bơm nước ở trong các nhà máy, khu công nghiệp, tòa nhà đa phần hoạt động liên tục 100% tải từ khi khởi động cho đến khi dừng hệ thống. Việc này gây ra rất nhiều hạn chế và lãng phí cho hệ thống như:

– Khi ở thời gian cao điểm: Lượng nước đầu ra cần sử dụng nhiều mặc dù chạy 100% tải nhưng vẫn không đủ nước cung cấp => Thiếu nước. Nếu muốn bổ sung thêm nước thì người vận hành đóng thêm bơm khác vào hệ thống nhưng các bơm này sẽ chạy 100% tải, việc này có rất nhiều hạn chế vì việc sử dụng như vậy sẽ khiến cho lượng nước đầu ra không cố định, thay đổi liên tục và gây ra lãng phí;

– Khi ở thời gian thấp điểm: Lượng nước đầu ra sử dụng ít nhưng bơm vẫn chạy 100% công suất => Gây lãng phí;

– Các bơm phải chạy liên tục => Giảm tổn thọ về mặt cơ khí.

Vì vậy yêu cầu đặt ra là cần điều khiển tự động ổn định lưu lượng nước và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống cấp nước.

2. Tổng quan về hệ thống điều khiển lưu lượng bơm

Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo phương pháp truyền thống với những đặc điểm chính sau:

– Trạm thường có tối thiểu 2 bơm trở lên, cùng cấp nước vào một đường ống chính;

– Các bơm được khởi động trực tiếp hoặc sao/tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức (50Hz, 1450 v/p);

– Trong quá trình trạm bơm hoạt động, thường luôn luôn để một bơm ở chế độ dừng (mang tính dự phòng);

– Việc điều chỉnh áp lực (hoặc lưu lượng) trên đường ống chính được thực hiện bằng 2 cách:

+ Thay đổi góc mở các van (van tay hoặc van điện) trong trường hợp sự thay đổi áp lực ở khoảng cho phép;

+Trường hợp áp lực vẫn thiếu hoặc thừa, ta có thể ngắt hoặc đóng thêm bơm (có thể là một bơm, hoặc nhiều hơn).

3. Nhược điểm của phương pháp thay đổi áp lực trên đường ống bằng valve hay tắt/mở bơm:

– Các bơm vẫn chạy đầy tải và liên tục, điều này gây lãng phí năng lượng điện vì có những thời điểm nhu cầu xử dụng nước giảm xuống thì bơm chỉ cần chạy 50% hay 60% công suất là đã đáp ứng được;

– Việc vận hành khó khăn và tốn chi phí nhân công vì phải cần công nhân vận hành trực tiếp để điều khiển góc mở valve hoặc tắt mở bơm;

– Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ phần cơ khí;

– Khi thay đổi hệ thống hoặc nhu cầu sử dụng nước tăng lên, chi phí đầu tư sẽ tăng lên do phải tăng số lượng bơm, trong khi với biến tần, ta chỉ cần cài áp lực mong muốn trên biến tần là đáp ứng được, với điều kiện đường ống chịu được áp lực này;

– Khó kiểm soát áp lực nước làm ảnh hưởng tuổi thọ đường ống, ảnh hưởng tuổi thọ các mối nối.

Để giải quyết các vấn đề kể trên, đáp ứng được những yêu cầu về cấp nước với áp suất không đổi trong công nghiệp cũng như dân dụng thì có thể sử dụng phương pháp điều khiển bằng biến tần. Các biến tần chuyên dụng ngay nay đã tích hợp sẵn các bài toán điều khiển, người sử dụng chỉ việc nhập thông số kỹ thuật của hệ thống.

4. Điều khiển áp lực đường ống thông qua biến tần

4.1. Ưu điểm khi điều khiển bằng biến tần

– Hạn chế được dòng khởi động cơ;

– Tiết kiệm năng lượng;

– Điều khiển linh hoạt các máy bơm;

– Dải công suất rộng;

– Tự động ngừng khi đạt tới các điểm đặt;

– Tự động tăng tốc, giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động;

– Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng, quá nhiệt,…

– Dễ dàng lắp đặt, vận hành;

– Hiển thị thông số, thuận tiện theo dõi.

4.2. Các phương pháp điều khiển bơm phổ biến

4.2.1. Chế độ điều khiển độc lập

Hình 1: Chế độ điều khiển độc lập

Nguyên lý hoạt động:

Biến tần sẽ điều khiển bơm tùy theo nhu cầu sử dụng nước đầu ra. Với việc hỗ trợ chức năng điều khiển PID, biến tần sẽ nhận tín hiệu analog (dòng hoặc áp) từ cảm biến áp suất (được gắn trên đường ống chính) đưa về, biến tần sẽ tự động thay đổi tần số, từ đó thay đổi tốc độ bơm, vì thế việc khống chế áp lực trên đường ống trở nên dễ dàng hơn.

Ưu và nhược điểm:

– Ưu điểm:

+ Giá thành đầu tư thấp.

– Nhược điểm:

+ Khi biến tần hỏng thì không có phương án điều khiển dự phòng;

+ Nếu lượng nước đầu ra cần sử dụng nhiều hơn so với khi động cơ chạy 100% tải => không đủ nước cung cấp.

4.2.2. Chế độ tăng cường/ sa thải

Hình 1: Chế độ tăng cường/ sa thải

Nguyên lý hoạt động:

– Biến tần sẽ điều khiển bơm 1 tùy theo nhu cầu sử dụng nước đầu ra. Với việc hỗ trợ chức năng điều khiển PID, biến tần sẽ nhận tín hiệu analog (dòng hoặc áp) từ cảm biến áp suất (được gắn trên đường ống chính) đưa về, biến tần sẽ tự động thay đổi tần số, từ đó thay đổi tốc độ bơm, vì thế việc khống chế áp lực trên đường ống trở nên dễ dàng hơn;

– Khi nhu cầu sử dụng nước cao, cần áp lực trên đường ống cao thì biến tần sẽ tự động điều khiển động cơ quay ở tốc độ cao nhất để duy trì áp lực, ngược lại khi nhu cầu sử dụng nước thấp, cần áp lực thấp, biến tần sẽ điều khiển động cơ giảm tốc độ xuống hoặc dừng hẳn, khi đó năng lượng điện được tiết kiệm;

– Nếu bơm 1 đã hoạt động 100% công suất mà vẫn không đáp ứng được nhu cầu phụ tải sử dụng, biến tần tự động gọi lần lượt các bơm khác chạy điện lưới trực tiếp vào hệ thống cho tới khi đáp ứng nhu cầu đầu ra. Nếu lượng nước đầu ra đã ổn định, biến tần sẽ tự động nhả lần lượt các bơm khỏi hệ thống sao cho chỉ đáp ứng vừa đủ nhu cầu đầu ra. Nếu nhả hết các bơm mà hệ thống vẫn dư áp thì biến tần sẽ tự động giảm tốc độ bơm chính xuống mức thấp hơn và duy trì ở 1 tần số nhất định đã đặt trước. Khi nhu cầu nước đầu ra tăng hệ thống lại hoạt động trở lại và tự động gọi thêm bơm khi cần thiết.

Ưu và nhược điểm:

– Ưu điểm:

+ Giá thành đầu tư thấp.

+ Các bơm không nhất thiết cùng công suất, cùng hãng.

– Nhược điểm:

+ Bơm chính luôn chạy, chỉ luân phiên các bơm phụ => Không luân phiên tất cả các bơm để đảm bảo cân bằng thời gian vận hành;

+ Do các bơm phụ dùng trực tiếp điện lưới (khởi động trực tiếp, khởi động mềm, ..), khi hoạt động sẽ chỉ hoạt động ở một mức cố định => Không tiết kiệm điện được nhiều. Áp suất đầu ra có thể dư so với nhu cầu mong muốn.

+ Khi biến tần hỏng thì không có phương án điều khiển dự phòng.

4.2.3. Chế độ điều khiển đa bơm

Hình 2: Chế độ điều khiển đa bơm

Nguyên lý hoạt động:

Mỗi một máy bơm được nối với một bộ biến tần trong đó có một biến tần là MASTER, các biến tần khác là SLAVE. Với việc hỗ trợ chức năng điều khiển PID, biến tần đóng vai trò MASTER sẽ nhận tín hiệu analog (dòng hoặc áp) từ cảm biến áp suất (được gắn trên đường ống chính) đưa về, từ đó tác động đến các biến tần SLAVE để thay đổi tần số, từ đó thay đổi tốc độ bơm, vì thế việc khống chế áp lực trên đường ống trở nên dễ dàng hơn.

Ưu và nhược điểm:

– Ưu điểm:

+ Bình đẳng về vai trò hoạt động của các bơm. Chọn bơm nào làm MASTER cũng được, các bơm phụ không phải chạy 100% công suất như phương án trên => Luân phiên được thời gian hoạt động đều cho các bơm. Tiết kiệm điện năng nhiều hơn;

+ Các bơm không nhất thiết phải cùng công suất, hãng;

+ Khi 1 trong các biến tần bị lỗi thì có phương án dự phòng để điều khiển các bơm còn lại;

+ Đảm bảo giá trị đầu ra mong muốn dựa về tín hiệu phản hồi được đưa đến tất cả các biến tần.

– Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư cao.

Các bài viết khác

GIẢI PHÁP GIÁM SÁT, PHÁT HIỆN RÒ NƯỚC

GIẢI PHÁP GIÁM SÁT, PHÁT HIỆN RÒ NƯỚC

1. Giới thiệu chung TTK là một trong những nhà sản xuất về Thiết bị giám sát, phát hiện rò chất lỏng hàng đầu trên thế giới cho các ứng dụng thương mại và công nghiệp. TTK tập trung vào 2 lĩnh vực là phát hiện rò nước và phát hiện rò dầu(rò nhiên liệu). … Continue reading GIẢI PHÁP GIÁM SÁT, PHÁT HIỆN RÒ NƯỚC

XE ĐẨY Y TẾ

XE ĐẨY Y TẾ

1. Ứng dụng Xe đẩy y tế được thiết kế để tối ưu hóa việc cung cấp dịch vụ chăm sóc bệnh nhân tại phòng khám, bệnh viện,… và cho phép dịch vụ chăm sóc tại các điểm di động. Thiết bị phù hợp và thích hợp với hệ thống quản lý bệnh án điện … Continue reading XE ĐẨY Y TẾ

Ứng dụng camera AI, robot, AGV giám sát tự động hóa, số hóa trong nhà máy điện, trạm biến áp

Ứng dụng camera AI, robot, AGV giám sát tự động hóa, số hóa trong nhà máy điện, trạm biến áp

1. Xu hướng Hiện nay, cuộc các mạng công nghiệp 4.0 đã có nhiều bước phát triển mạnh mẽ trong hệ thống quản lý, giám sát, điều khiển và tự động hóa, số hóa trong nhà máy điện, trạm biến áp. Trong những năm gần đây, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã quan … Continue reading Ứng dụng camera AI, robot, AGV giám sát tự động hóa, số hóa trong nhà máy điện, trạm biến áp

ỨNG DỤNG STATCOM CHO CẦU CẢNG VÀ CÁP TREO

ỨNG DỤNG STATCOM CHO CẦU CẢNG VÀ CÁP TREO

1. Hiện trạng điện trong hệ thống tại cầu cảng và công trình cáp treo Hiện nay, trong nhiều ngành công nghiệp yêu cầu chất lượng điện năng rất cao, ở đó, yêu cầu ổn định điện áp và đáp ứng nhanh của hệ thống cung cấp điện là bắt buôc như các nhà máy … Continue reading ỨNG DỤNG STATCOM CHO CẦU CẢNG VÀ CÁP TREO

GIÁM SÁT NHIỆT, RUNG CỦA CÁP NGẦM ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN GIÓ, DẦU KHÍ, CẢNG TÀU CHIẾN HẢI QUÂN

GIÁM SÁT NHIỆT, RUNG CỦA CÁP NGẦM ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN GIÓ, DẦU KHÍ, CẢNG TÀU CHIẾN HẢI QUÂN

1. Hiện trạng Lưới điện đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, mỗi sự cố xảy ra sẽ ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng đến khả năng cung cấp điện của các phụ tải, gây ảnh hưởng đến các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện. Đặc biệt là đối … Continue reading GIÁM SÁT NHIỆT, RUNG CỦA CÁP NGẦM ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN GIÓ, DẦU KHÍ, CẢNG TÀU CHIẾN HẢI QUÂN

GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH LỖI BẰNG THIẾT BỊ GHI LỖI ĐIỆN TỬ  (DIGITAL FAULT RECORDER)

GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH LỖI BẰNG THIẾT BỊ GHI LỖI ĐIỆN TỬ (DIGITAL FAULT RECORDER)

1. Thực trạng đường dây truyền tải Đối với hiện trạng đường dây truyền tải 35/6kV, tuyến đường dây có nhiều đoạn đi qua địa hình rừng rậm nên vào mùa mưa bão, gió lớn và giông sét, cây đổ có thể gây ra sự cố trên đường dây làm đứt cáp, hở cáp,… dẫn … Continue reading GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH LỖI BẰNG THIẾT BỊ GHI LỖI ĐIỆN TỬ (DIGITAL FAULT RECORDER)

Giải pháp cung cấp khí Oxy trong bệnh viện

Giải pháp cung cấp khí Oxy trong bệnh viện

1. Nguyên tố Oxy – Khí Oxy là gì?  Oxi hay Oxy, Oxygen đều là những tên gọi chung của hợp chất O2. Khí Oxi không màu, không mùi, ít tan trong nước và nặng hơn không khí, nhiệt độ hóa lỏng -183 độ C. Oxy cũng là sản phẩm trong quá trình quang hợp của … Continue reading Giải pháp cung cấp khí Oxy trong bệnh viện

GIẢI PHÁP CẤP NGUỒN CHO TÀU/THUYỀN KHI NEO ĐẬU TẠI CẢNG

GIẢI PHÁP CẤP NGUỒN CHO TÀU/THUYỀN KHI NEO ĐẬU TẠI CẢNG

Vận tải đường biển đóng một vai trò quan trọng trong vận tải thế giới và chiếm gần 90% hàng hóa được vận chuyển trên toàn cầu. Hiện tại, ước tính hàng hóa được vận chuyển tăng gấp 3 lần so với thời điểm hiện tại, nguyên nhân là do sự phát triển nhanh chóng … Continue reading GIẢI PHÁP CẤP NGUỒN CHO TÀU/THUYỀN KHI NEO ĐẬU TẠI CẢNG

CHUYỂN ĐỔI MÃ HÀNG BIẾN TẦN COMMANDER SP THÀNH UNIDRIVE M

CHUYỂN ĐỔI MÃ HÀNG BIẾN TẦN COMMANDER SP THÀNH UNIDRIVE M

Quý khách hàng tham khảo mã hàng tương đương, nâng cấp của dòng sản phẩm  Commander SP đã ngừng sản xuất như sau: Hình 1: Dòng sản phẩm có dải điện áp 230 – 460VAC, Normal Duty Hình 2: Dòng sản phẩm có dải điện áp 230 – 460VAC, Heavy Duty Hình 3: Dòng sản … Continue reading CHUYỂN ĐỔI MÃ HÀNG BIẾN TẦN COMMANDER SP THÀNH UNIDRIVE M

CHUYỂN ĐỔI MÃ HÀNG BIẾN TẦN COMMANDER SK THÀNH COMMANDER C200/300

CHUYỂN ĐỔI MÃ HÀNG BIẾN TẦN COMMANDER SK THÀNH COMMANDER C200/300

Quý khách hàng tham khảo mã hàng tương đương, nâng cấp của dòng sản phẩm  Commander SK đã ngừng sản xuất như sau: Hình 1: Dòng sản phẩm có dải điện áp 120VAC, 200 – 240VAC Hình 2: Dòng sản phẩm có dải điện áp 400 – 480VAC

GIẢI PHÁP BÙ VÀ LỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

GIẢI PHÁP BÙ VÀ LỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

Sử dụng năng lượng hiệu quả không chỉ góp phần cải thiện chất lượng môi trường bằng cách giảm thải khí nhà kính (GHG – Greenhouse gas emissions) mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho người sử dụng bằng cách tiết giảm chi phí cho phần năng lượng mà họ không thực sự … Continue reading GIẢI PHÁP BÙ VÀ LỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

LÀM SẠCH TỦ/BẢNG ĐIỆN VỚI SẢN PHẨM NWK

LÀM SẠCH TỦ/BẢNG ĐIỆN VỚI SẢN PHẨM NWK

1. Tổng quan chung Bụi bặm – Yếu tổ cản trở việc tự động hóa và bảo trì phòng ngừa các thiết bị trong quá trình đảm bảo chất lượng điện năng, quá trình hoạt động của thiết bị. Khi bụi hoặc chất gây ô nhiễm dẫn điện hoặc dễ cháy tích tụ trên bề … Continue reading LÀM SẠCH TỦ/BẢNG ĐIỆN VỚI SẢN PHẨM NWK