Biến Tần Trung Thế Inovance HD33 – Giải Pháp Truyền Động Hiệu Suất Cao Cho Công Nghiệp Nặng

Inovance HD33 là biến tần trung áp 3.3kV công suất 10–12 MVA, sử dụng HV-IGCT, chỉnh lưu chủ động AFE, NPC ba mức và làm mát bằng nước khử ion. Liên hệ HTG tư vấn giải pháp.

Mô tả

Trong các dây chuyền công nghiệp nặng, hệ thống truyền động thường phải vận hành liên tục với công suất lớn, tải biến động mạnh và yêu cầu độ chính xác cao. Những ứng dụng như máy cán thép, tời mỏ, băng thử công suất lớn, chân vịt tàu thủy hay các hệ thống bơm – quạt trung áp không chỉ cần điều chỉnh tốc độ mà còn đòi hỏi khả năng kiểm soát mô-men nhanh, tái sinh năng lượng và duy trì độ ổn định trong điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Nếu lựa chọn biến tần không phù hợp, doanh nghiệp có thể phải đối mặt với nhiều vấn đề: dòng điện đầu vào lớn, sóng hài ảnh hưởng lưới điện, mô-men dao động, động cơ phản hồi chậm, hệ thống dễ dừng do quá nhiệt và chi phí bảo trì tăng cao. Đối với dây chuyền có giá trị sản xuất lớn, mỗi giờ dừng máy đều có thể gây tổn thất đáng kể.

Inovance HD33 được phát triển để giải quyết những yêu cầu đó. Đây là dòng biến tần trung áp hiệu suất cao, xây dựng trên nền tảng linh kiện công suất HV-IGCT, sử dụng cấu trúc NPC ba mức, chỉnh lưu chủ động và hệ thống làm mát bằng nước khử ion.

HD33 tương thích với cả động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ kích từ. Thiết bị hỗ trợ cấu hình một biến tần hoặc nhiều biến tần, vận hành hai hoặc bốn góc phần tư và điều khiển theo tốc độ hoặc mô-men. HD33 được định hướng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và đáp ứng cao như máy cán luyện kim, máy cán kim loại màu, tời mỏ, chân vịt tàu thủy và băng thử thiết bị công nghiệp công suất lớn.

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA INOVANCE HD33

Nền tảng HV-IGCT dành cho công suất lớn

HD33 sử dụng linh kiện bán dẫn công suất dạng ép HV-IGCT – High Voltage Integrated Gate-Commutated Thyristor. Đây là công nghệ phù hợp với các hệ thống truyền động trung áp có dòng điện và công suất lớn.

Cấu trúc linh kiện dạng press-pack giúp nâng cao khả năng tản nhiệt và độ bền cơ học. HD33 không cần ghép nối tiếp hoặc song song nhiều linh kiện công suất trong cùng một nhánh như một số kiến trúc khác, nhờ đó đơn giản hóa mạch lực và giảm số lượng điểm có nguy cơ phát sinh sự cố.

Các khối công suất được thiết kế theo dạng module, hỗ trợ tháo lắp và bảo trì thuận tiện hơn trong quá trình vận hành dài hạn.

Cấu trúc NPC ba mức

Cả phía chỉnh lưu và phía nghịch lưu của HD33 đều sử dụng cấu trúc diode-clamped NPC Three-Level.

So với cấu trúc hai mức, công nghệ ba mức giúp:

Giảm điện áp đặt lên mỗi linh kiện công suất.
Cải thiện dạng sóng điện áp đầu ra.
Giảm thành phần sóng hài.
Giảm ứng suất điện áp lên cách điện động cơ.
Phù hợp với hệ thống truyền động trung áp công suất lớn.

Phía chỉnh lưu chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành điện áp một chiều. Phía nghịch lưu tạo điện áp xoay chiều có tần số và biên độ điều chỉnh được để điều khiển động cơ.

Tín hiệu điều khiển các module IGCT được truyền qua cáp quang, giúp hạn chế ảnh hưởng của nhiễu điện từ trong môi trường công nghiệp.

Chỉnh lưu chủ động và vận hành bốn góc phần tư

HD33 sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, hỗ trợ vận hành bốn góc phần tư. Hệ thống có thể điều khiển động cơ trong cả trạng thái kéo tải và hãm tái sinh.

Tính năng này đặc biệt phù hợp với:

Máy cán có chu kỳ tăng tốc và giảm tốc liên tục.
Tời mỏ có tải nâng – hạ.
Băng thử động cơ hoặc máy phát.
Marine thruster.
Thiết bị có quán tính lớn.
Dây chuyền cần trả năng lượng về DC Bus hoặc lưới điện.

Hệ số công suất đầu vào có thể điều chỉnh và đạt gần 1. Phương pháp điều chế SHEPWM được sử dụng ở phía lưới để loại bỏ các thành phần sóng hài bậc thấp, qua đó giảm ảnh hưởng của biến tần lên hệ thống điện.

Common DC Bus linh hoạt

Thiết kế DC Bus chung cho phép trao đổi năng lượng giữa nhiều bộ nghịch lưu. Năng lượng tái sinh từ một động cơ có thể được sử dụng cho động cơ khác trong cùng hệ thống.

Giải pháp này có thể hỗ trợ:

Giảm công suất chỉnh lưu cần thiết.
Giảm công suất máy biến áp trong cấu hình phù hợp.
Tối ưu năng lượng trong dây chuyền nhiều động cơ.
Điều khiển độc lập từng động cơ.
Mở rộng hệ thống theo yêu cầu dự án.

HD33 có thể cấu hình một hoặc nhiều tủ chỉnh lưu, kết hợp với nhiều tủ nghịch lưu. Hệ thống hỗ trợ tối đa bốn động cơ tùy cấu hình đặt hàng.

Điều khiển từ thông vòng kín InoFCL

Công nghệ InoFCL – Inovance Flux Closed-Loop Control được phát triển cho các ứng dụng động cơ công suất lớn yêu cầu hiệu suất điều khiển cao.

HD33 hỗ trợ:

Điều khiển tốc độ.
Điều khiển mô-men.
Điều khiển động cơ không đồng bộ.
Điều khiển động cơ đồng bộ kích từ.
Phản hồi encoder ABZ.
Resolver.
Encoder tuyệt đối.

Thời gian đáp ứng mô-men đạt tối đa khoảng 5 ms. Độ ổn định tốc độ khi sử dụng encoder đạt ±0,01%. Đây là cơ sở để HD33 đáp ứng các dây chuyền yêu cầu thay đổi tốc độ nhanh, giữ mô-men ổn định và đồng bộ chính xác.

Làm mát bằng nước khử ion

Các linh kiện công suất chính được làm mát bằng nước khử ion tuần hoàn. Nhiệt từ power module được truyền sang tấm làm mát, sau đó đưa ra ngoài thông qua hệ thống đường ống và bộ trao đổi nhiệt.

So với giải pháp chỉ làm mát bằng không khí, hệ thống làm mát nước phù hợp hơn với mật độ công suất lớn và giúp:

Kiểm soát nhiệt độ linh kiện công suất.
Duy trì hiệu suất trong vận hành liên tục.
Giảm kích thước so với hệ thống công suất tương đương.
Hạn chế bụi bẩn tiếp xúc trực tiếp với linh kiện lực.
Nâng cao độ ổn định trong môi trường công nghiệp.

HD33 hỗ trợ trao đổi nhiệt nước – nước hoặc nước – không khí tùy thiết kế dự án.

HMI và phần mềm InoDriveStudio

Mỗi hệ thống được trang bị HMI để theo dõi:

Điện áp và dòng điện đầu vào.
Điện áp DC Bus.
Điện áp và dòng điện đầu ra.
Tần số đặt và tần số phản hồi.
Chế độ điều khiển động cơ.
Trạng thái chỉnh lưu và nghịch lưu.
Cảnh báo và lỗi.
Điều khiển Local/Remote.

Phần mềm InoDriveStudio hỗ trợ cài đặt tham số, giám sát trạng thái, ghi dữ liệu và phân tích lịch sử lỗi. Hệ thống cũng tích hợp chức năng “black box”, ghi lại tín hiệu tại thời điểm xảy ra sự cố để phục vụ truy vết nguyên nhân.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT INOVANCE HD33

Thông số điện và điều khiển

Hạng mục	Thông số
Điện áp đầu vào định mức	3.300 VAC ±10%
Tần số đầu vào	50 Hz ±5%
Hệ số công suất đầu vào	1, có thể điều chỉnh
Topology chỉnh lưu	NPC ba mức
Chế độ chỉnh lưu	Bốn góc phần tư
Điện áp đầu ra	0–3,3 kV AC
Dòng điện đầu ra định mức	1.750 A hoặc 2.100 A
Công suất đầu ra	10 MVA hoặc 12 MVA cho một bộ truyền động
Dải tần số đầu ra	0–75 Hz
Độ phân giải tần số	0,01 Hz
Phương pháp điều khiển	InoFCL
Chế độ điều khiển	Điều khiển tốc độ hoặc mô-men
Loại động cơ	Không đồng bộ và đồng bộ kích từ
Kiểu encoder	ABZ, resolver, encoder tuyệt đối
Hiệu suất	98,5%

Hiệu suất đáp ứng

Chỉ tiêu	Giá trị
Độ ổn định tốc độ có encoder	±0,01%
Đáp ứng bước tốc độ không tải cơ khí	≤50 ms
Đáp ứng bước tốc độ có kết nối cơ khí	Khoảng 80–120 ms
Thời gian đáp ứng mô-men	≤5 ms
Độ ổn định mô-men – động cơ không đồng bộ	±5%
Độ ổn định mô-men – động cơ đồng bộ kích từ	±2%
Tỷ lệ suy yếu từ thông – động cơ không đồng bộ	1:3
Tỷ lệ suy yếu từ thông – động cơ đồng bộ	1:4

Điều kiện môi trường

Hạng mục	Yêu cầu
Nhiệt độ môi trường	5–40°C
Nhiệt độ 40–45°C	Yêu cầu giảm tải
Nhiệt độ nước làm mát ngoài	5–35°C
Nhiệt độ nước tuần hoàn trong	Không quá 40°C
Độ ẩm vận hành	5–95% RH, không ngưng tụ
Cấp bảo vệ tiêu chuẩn	IP43
Cấp bảo vệ tùy chọn	IP54
Phương pháp làm mát	Nước khử ion
Độ cao lắp đặt	Đến 2.000 m; giảm tải từ 2.000–4.000 m
Độ ồn	Không quá 75 dB
Môi trường lắp đặt	Trong nhà

Các thông số trên được tổng hợp từ bảng thông số sản phẩm trong tài liệu HD33 A03 của Inovance.

Giao tiếp và I/O

Nhóm	Khả năng hỗ trợ
Truyền thông nối tiếp	Modbus RTU
Fieldbus	CANlink, CANopen, DeviceNet, PROFIBUS-DP
Industrial Ethernet	EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET IO
Ngõ vào analog	0–10 V hoặc 4–20 mA
Ngõ ra analog	0–10 V hoặc 4–20 mA
Ngõ vào số	DI, lựa chọn logic mức thấp hoặc mức cao
Ngõ ra số	DO và relay output
Công cụ vận hành	HMI và InoDriveStudio

ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN TRUNG ÁP HD33

Luyện kim và cán thép

Máy cán yêu cầu mô-men lớn ngay từ tốc độ thấp, phản hồi nhanh và khả năng hãm tái sinh liên tục. HD33 đáp ứng điều khiển tốc độ, mô-men và hoạt động bốn góc phần tư, phù hợp với máy cán thép, máy cán kim loại màu và dây chuyền thử tải liên quan.

Tời mỏ và khai khoáng

Tời mỏ thường xuyên chuyển đổi giữa trạng thái nâng, hạ, kéo và hãm. Khả năng điều khiển tái sinh và phản hồi encoder giúp HD33 kiểm soát tốc độ, mô-men và hướng chuyển động chính xác hơn.

Nhà máy điện

HD33 có thể được nghiên cứu cho các tải trung áp công suất lớn như:

Quạt ID Fan.
Quạt FD Fan.
Quạt PA Fan.
Bơm nước tuần hoàn.
Bơm cấp nước lò hơi.
Bơm nước ngưng.
Băng thử động cơ và máy phát.

Việc lựa chọn cuối cùng phải dựa trên dữ liệu tải, điện áp động cơ, mô-men khởi động, quán tính, chu kỳ vận hành, yêu cầu dự phòng và tiêu chuẩn kỹ thuật của từng nhà máy.

Hàng hải

Marine thruster yêu cầu phản hồi mô-men nhanh, thay đổi chiều quay và duy trì ổn định trong điều kiện tải biến động. Kiến trúc chỉnh lưu chủ động và điều khiển InoFCL giúp HD33 phù hợp với nhóm ứng dụng này.

Băng thử công suất lớn

Trong các hệ thống thử động cơ hoặc thiết bị quay, năng lượng thường truyền theo hai chiều. HD33 hỗ trợ bốn góc phần tư, DC Bus chung và nhiều inverter, tạo điều kiện xây dựng hệ thống thử tải có khả năng trao đổi hoặc tái sử dụng năng lượng.

CASE STUDY THAM CHIẾU: TRUYỀN ĐỘNG MÁY CÁN LUYỆN KIM

Yêu cầu của hệ thống

Một hệ truyền động máy cán công suất lớn thường phải đáp ứng:

Mô-men cao ở tốc độ thấp.
Tăng tốc và giảm tốc nhanh.
Chuyển đổi liên tục giữa chế độ kéo và hãm.
Độ ổn định tốc độ cao.
Khả năng chịu tải xung kích.
Đồng bộ giữa nhiều động cơ.
Giảm tác động sóng hài lên lưới điện nhà máy.

Giải pháp với HD33

HD33 sử dụng HV-IGCT và NPC ba mức để điều khiển động cơ trung áp công suất lớn. InoFCL thực hiện điều khiển từ thông vòng kín, trong khi encoder cung cấp phản hồi tốc độ chính xác.

Chỉnh lưu chủ động cho phép năng lượng sinh ra trong quá trình giảm tốc được xử lý thông qua DC Bus thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào điện trở hãm. Với dây chuyền nhiều động cơ, kiến trúc DC Bus chung còn cho phép trao đổi năng lượng giữa các bộ truyền động.

Giá trị mang lại

Giải pháp hướng tới:

Duy trì mô-men ổn định khi tốc độ thay đổi.
Rút ngắn thời gian đáp ứng.
Hạn chế dao động trong chu kỳ cán.
Nâng cao khả năng kiểm soát tăng tốc và hãm.
Giảm ảnh hưởng sóng hài bậc thấp.
Đơn giản hóa bảo trì nhờ power module dạng module.
Ghi lại dữ liệu lỗi để hỗ trợ chẩn đoán.

Đối với dự án cụ thể, hiệu quả năng lượng, thời gian hoàn vốn và công suất lựa chọn cần được xác định thông qua khảo sát thực tế, đo tải và mô phỏng chu kỳ vận hành.

GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI HD33 TỪ HTG

HD33 không phải thiết bị có thể lựa chọn chỉ dựa trên công suất động cơ. Một dự án biến tần trung áp cần xem xét đồng thời hệ thống điện, động cơ, đặc tính tải, không gian lắp đặt, điều kiện làm mát, DCS/PLC, bảo vệ và quy trình vận hành.

HTG cung cấp giải pháp theo quy trình:

Khảo sát hệ thống điện và tải thực tế.
Thu thập dữ liệu động cơ và đồ thị vận hành.
Phân tích mô-men, quán tính và yêu cầu tăng – giảm tốc.
Lựa chọn cấu hình chỉnh lưu, nghịch lưu và DC Bus.
Thiết kế hệ thống làm mát.
Kiểm tra khả năng tích hợp DCS, PLC và mạng truyền thông.
Xây dựng giải pháp kỹ thuật và hồ sơ đáp ứng.
Phối hợp FAT, lắp đặt, SAT và chạy thử.
Đào tạo vận hành – bảo trì.
Cung cấp dịch vụ kỹ thuật và phụ tùng theo yêu cầu dự án.

Đối với các nhà máy điện, xi măng, thép, khai khoáng và hệ thống công nghiệp nặng, HTG có thể phối hợp đánh giá phương án đầu tư mới, retrofit hoặc thay thế hệ truyền động trung áp hiện hữu.