Biến tần là gì? tổng quan về biến tần

Biến tần là gì? tổng quan về biến tần về những thông tin xung quanh biến tần mà chắc hẳn nhiều bạn vẫn chưa biết đến. Như cấu tạo, nguyên lý hoạt động, những ưu nhược điểm và cách chọn biến tần dựa vào những yếu tố nào. Cùng đón xem nhé. 

1. Biến tần là gì?

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

Hay nói cách khác, biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí.

Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ.

Biến tần thường được chia thành biến tần AC và biến tần DC

• Biến tần AC: được sử dụng một cách rộng rãi, chúng được thiết kế để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều AC
• Biến tần DC: kiểm xoát sự rẽ nhanh của động cơ điện một chiều

Ngoài ra ta cũng có thể phân loại biến tần theo công suất đáp ứng cho tải, ứng dụng đặc biệt của biến tần như thang máy, năng lượng mặt trời, cầu trục,…

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên ba pha (có thể thay đổi) để điều khiển tốc độ động cơ

Một số bộ phận chính của biến tần có thể kể đến như: mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển

Bộ chỉnh lưu

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.

Tuyến dẫn một chiều

Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

IGBT

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện

Bộ kháng điện xoay chiều

Bộ điện kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.

Bộ điện kháng một chiều

Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra

Điện trở hãm

Lượng điện thừa tạo ra cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nguyên lý hoạt động

Đầu tiên, nguồn điện 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.

Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)

Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện.

Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

3. Tại sao phải sử dụng biến tần?

Từ công thức trên chúng ta thấy để thay đổi được tốc độ động cơ có 3 phương pháp:

1. Thay đổi số cực động cơ P
2. Thay đổi hệ số trượt s
3. Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào

Trong đó 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại hiệu quả cao. Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số là phương pháp hiệu quả nhất.

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp đặt lên động cơ qua đó thay đổi tốc độ động cơ.

Biến tần có thể thay đổi tần số từ 0Hz đến 400Hz (một số dòng biến tần điều chỉnh tới 590Hz hoặc cao hơn).

Chính vì vậy có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz. Đối với các động cơ phổ thông thường cài đặt biến tần cho phép điều chỉnh tần số từ 0Hz – 60Hz.

4. Lợi ích biến tần đem lại

Dễ ràng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.

Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.

Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.

Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.

Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.

Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.

Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.

5. Ứng dụng của biến tần

Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp.

Một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm,

Ngoài ra còn được dùng để cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,…

6. Các yếu tố cần quan tâm khi chọn lựa biến tần

Tải

Tải là một trong những tiêu chí quan trọng trong việc lựa chọn biến tần. Doanh nghiệp cần xác định loại tải và các chế độ vận hành của máy móc được sử dụng để cân nhắc chọn loại biến tần phù hợp.

• Tải nhẹ: các ứng dụng như quạt, bơm, …
• Tải trung bình: các ứng dụng máy ly tâm, máy công cụ, bơm áp lực, …
• Tải nặng: các ứng dụng nặng hạ, cẩu trục, nén ép, …

Động cơ

Loại động cơ và công suất động cơ là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn biến tần. Biến tần chọn phải có công suất tương đương hoặc lớn hơn động cơ cần điều khiển.

Bên cạnh đó cũng cần lưu ý các thông số dòng điện và điện áp đầu ra của biến tần phải phù hợp với động cơ.

Chức năng

Sau khi xác định các yếu tố trên, doanh nghiệp cần xác định rõ ứng dụng, chức năng cần sử dụng để lựa chọn bộ biến tần phù hợp nhằm đảm bảo tính ổn định và tối ưu chi phí.

Môi trường

Môi trường hoạt động là cũng là yếu tố then chốt quyết định đến tuổi thọ của biến tần. Một số loại biến tần hiện này đều áp dụng phương pháp coating cho các bo điều khiển nhằm nâng cao tuổi thọ và chống lại các điều kiện môi trường khắc nghiệt như: độ ẩm cao, nhiệt độ, bụi kim loại …

>>> Xem thêm: Trọn bộ hướng dẫn cài đặt biến tần Schneider cơ bản