I. Đặt vấn đề
Hiện nay trong sản xuất công nghiệp cũng như các ngành dịch vụ như ngành kinh doanh khách sạn hay toà nhà văn phòng, các thiết bị điện quay chiếm một tỷ lệ rất lớn trong số các thiết bị tiêu thụ năng lượng điện.

Theo những khảo sát của hiệp hội Copper (International Copper Asociation) và những nghiên cứu gần đây về tình hình tiêu thụ năng lượng trong những khu vực kinh tế này thì có đến 50% năng lượng được tiêu thụ bởi các động cơ điện.Chính vì thế đã có rất nhiều hoạt động cũng như giải pháp nhằm nâng cao nhất hiệu suất sử dụng thiết bị, giảm thiểu nhất các chi phí điện năng và nâng cao nhất lợi ích kinh tế.Trong bài viết này chúng tôi tạm thời chỉ đề cập đến các hệ thống truyền động điện cho Bơm và Quạt. br />
II.Đặc tính của các hệ truyền động bơm và quạt
Đối với các hệ truyền động bơm và quạt, công suất đòi hỏi của hệ tỷ lệ với lập phương của tốc độ quay và cũng là tỷ lệ với lập phương của lưu lượng.
P =~ n³ =~ F³
Đây chính là phần công suất có ích để truyền tải đối tượng công tác cho bơm và quạt
Từ đó nếu nhu cầu về lưu lượng của hệ thống giảm đi so với thiết kế, chẳng hạn công nghệ chỉ đòi hỏi 80m³/h thay vì 100 m ³/h (giảm 20%) như thiết kế ban đầu thì công suất có ích chỉ đòi hỏi bằng 50% công suất thiết kế.

III.Công suất tiêu thụ thực tế và khả năng tiết kiệm điện năng
Trong các hệ truyền động bơm và quạt kiểu cũ người ta thường dùng các van để điều chỉnh theo yêu cầu của công nghệ.Tuỳ từng trường hợp người ta có thể sử dụng một trong các loại sau:
§        Van điều tiết lắp ở đầu vào
§        Van điều tiết lắp ở đầu a
§        Van hồi lưu (Van Bypass)
§        Động cơ hai tốc độ

Vấn đề ở đây là công suất tiêu thụ thực tế luôn lớn hơn công suất yêu cầu.Trong nhiều trường hợp lớn hơn rất nhiều.Chúng ta có thể tham khảo đặc tính năng lượng của bốn trường hợp điều chỉnh lưu lượng đầu ra như trên so sánh với việc sử dụng biến tần Micromasster, một thế hệ biến tần mới của  Siemens vào mục đích tương tự. br />
Đường biểu diễn năng lượng cho hệ thống khi dùng biến tần để điều khiển nằm thấp hơn rất nhiều so với đặc tính van, nhất là khi lưu lượng ra được điều chỉnh dần về giá trị không.Điều đó đồng nghĩa là chúng ta sẽ tiệt kiệm đáng kể công suất tiêu thụ thực tế nếu sử dụng biến tần để điều khiển lưu lượng đầu ra thay vì sử dụng các van.

Với công nghệ cũ sử dụng các van, năng lượng tổn hao đã gây ra lãng phí lớn mà bản thân nó còn gây ra những tác hại không nhỏ cho hệ thống.Các van bị mòn đi rất nhanh.Các chi tiết cơ khí trên hệ thống bị chịu áp lực nhiều hơn cần thiết, chóng mỏi hơn và mau hỏng.Như vậy, chúng ta lại còn mất thêm những chi phí cho bảo trì hệ thống

IV. Biến tần làm việc như thế nào.

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản và được thể hiện ở hình vẽ.Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tốn thất trên lõi sắt động cơ. br />
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.Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển.Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại.Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.

V. Các lợi ích khác

Các lợi ích khác khi sử dụng biến tần có thể tóm tắt trong một số điểm sau:
a.       Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp)
nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp.Trong khi đó, dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng
b.      Do quá trình khởi động được mềm hoá nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền động
như băng tải, các khớp nối, các vòng bi, ổ đỡ trong hệ thống sẽ ít bị mòn mỏi hay gây vỡ.Các chi tiết gioăng đệm, các đồng hồ áp lực hay lưu lượng,... đặt trên đường ống dẫn gió sẽ được đảm bảo tuổi thọ cao.Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo dưỡng hệ thống giảm đáng kể.
c.      Hệ số công suất cosphi luôn được giữ ở 0.96. Điều này đảm bảo cho lưới điện có
hiệu suất sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng
d.      Đảm bảo chế độ điều khiển liên tục, phù hợp tuyệt đối với đòi hỏi của công nghệ về
lưu lượng thổi gió. Điều này làm tăng chất lượng của quá trình.
e.      Tạo khả năng tự động hoá hệ thống, nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho
điều khiển vòng kín, cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS 485 có sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển hệ truyền động từ xa dễ dàng - .

VI. Kết luận

Công ty CP Việt Sáng Tạo đã nghiên cứu, tích hợp và đưa vào ứng dụng thành công trong thực tế giải pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng biến tần của Siemens. Bên cạnh tính năng ưu việt về điều khiển hệ thống, các bộ biến tần Siemens hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ truyền động cho bơm và quạt.
Hệ thống giám sát trạng thái các tủ nguồn
Với các tủ nguồn trong các trạm BTS thì việc giám sát trạng thái của các Attomat là rất cần thiết, điều này đảm bảo các thiết bị luôn được kiểm soát
 
Hệ thống điều khiển đồng tốc dây chuyền xeo giấy
Hệ thống truyền động dùng động cơ kết hợp với biến tần đã khắc phục những nhược điểm của hệ truyền động xeo giấy dùng đồng tốc thủy lực, ly hợp...
Giải pháp giám sát năng lượng
Năng lượng đang là bài toán khó giải của toàn cầu. Việc kiểm soát năng lượng trong nhà máy sẽ đảm bảo tối ưu việc sử dụng năng lượng, giảm giá thành sản phẩm..