Biến tần là gì ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng dụng của biến tần

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. Cùng chúng tôi tìm hiểu thêm thông tin về biến tần qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Biến tần là gì ?

Trước khi vào nội dung chính thì chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu sơ lược về loại thiết bị này trước nhé. 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. 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 thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).

Biến tần là gì ?

Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên. Có nhiều loại biến tần như: biến tần AC, biến tần DC, biến tần 1 pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V,… Bên cạnh các dòng biến tần đa năng, các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống điều hòa,…

Vì sao chúng ta cần sử dụng đến biến tần ?

Trong thực tế ở các nhà máy sản xuất và chế tạo thì sẽ cần sử dụng rất nhiều đến các động cơ, motor, động cơ điện hay quạt trong quá trình làm việc. Tuy nhiên thì chúng ta không thể nào sử dụng mãi một cấp tốc độ cho quá trình sản xuất được, hơn nữa với các cấp tốc độ cho sẵn thì hầu như không đáp ứng được nhu cầu làm việc của quy trình sản xuất từ công ty.

Bên cạnh đó thì quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm sẽ có lưu lượng hoặc số lượng thay đổi tùy vào nhu cầu thị trường cũng như các giai đoạn trong năm. Đối với các động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha công suất lớn thì sẽ rất khó điều khiển nếu không có hệ thống inverter. Chính vì thế mà ta cần sử dụng đến biến tần để cho phép thay đổi tốc độ các loại động cơ điện, quạt hay motor sao cho phù hợp.

Các bộ phận của biến tần là gì?

Bộ chỉnh lưu (Diode)

Bộ chỉnh lưu cầu diode tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành một chiều. Điện áp sau khi chỉnh lưu qua giàn tụ lọc để có điện áp phẳng, ổn định (DC bus) để cung cấp nguồn cho IGBT.

Hình ảnh thực tế Diode trong biến tần Fuji Electric

Bộ nghịch lưu (IGBT)

Thiết bị IGBT chuyển mạch nhanh, cho hiệu xuất cao. Trong biến tần, IGBT được điều khiển kích mở theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp DC Bus được trữ trong tụ điện.

Bộ nghịch lưu (IGBT)

Phần điều khiển

Phần điều khiển sẽ kết nối với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính để điều khiển biến tần theo cấu hình và cài đặt của người sử dụng. Phần điều khiển bao gồm:

  • IC chính để xử lý thông tin và điều khiển hoạt động của biến tần.
  • Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4 – 20 mA hay điện áp 0 – 10 V
  • Ngõ vào số: để kích cho biến tần chạy
  • Ngõ ra analog: kết nối với thiết bị ngoại vi khác để giám sát hoạt động của biến tần.
  • Ngõ ra số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo…

Các phụ kiện biến tần là gì?

 Bộ kháng điện xoay chiều (AC Reactor)

Cuộn kháng AC là cuộn dây được quấn quanh lõi thép. Cuộn kháng AC giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều đầu vào. Ngoài ra, cuộn kháng AC sẽ giảm biên độ đỉnh của cái gai nhọn đầu vào. Giảm song hài sẽ giúp DC Bus ổn định và tăng tuổi thọ của tụ.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng AC Reactor

Bộ kháng điện một chiều (DC reactor)

Cuộn kháng DC khi được gắn vào biến tần trước tụ điện thì phần đầu vào của biến tần như mạch chỉnh lưu có bộ lọc là tụ điện và cuộn dây. Khi gắn cuộn kháng một chiều cho biến tần sẽ giúp nguồn DC Bus được ổn định, năng lượng dự trữ lớn, chống phần sụt áp nguồn đầu vào của biến tần nuôi nguồn cho IGBT khi hoạt động full tải.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng DC Reactor

Điện trở xả (Braking resistor)

Thông thường biến tần điều khiển động cơ chạy. Khi động cơ dừng hoặc hãm lúc đó động cơ chuyển thành máy phát có năng lượng lớn. Nếu yêu cầu motor dừng gấp thì nguồn năng lượng này sẽ phải được tiêu thụ bớt. Điện trở hãm sẽ giúp biến tần tiêu thụ nguồn năng lượng đó.

Một số hình ảnh thực tế về điện trở xả – Braking resistor

Cấu tạo của biến tần

Cấu tạo của biến tần

Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ. Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển. Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông,…

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Đầu tiên thì 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. Ban 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.

Sơ đồ hoạt động tổng quát của biến tần

Phân loại biến tần

Chúng ta sẽ phân loại biến tần theo đặc tính của dòng điện vì thế ta có 2 loại chính là biến tần AC và biến tần DC.

  • Biến tần AC: là loại được sử dụng phổ biến, dùng để điều khiển tốc độ của động cơ, motor điện xoay chiều
  • Biến tần DC: loại này được dùng trong các ứng dụng kiểm soát rẽ nhánh của các động cơ, motor điện một chiều.
  • Ngoài ra còn có các loại biến tần theo công suất,…

Các thông số cơ bản khi cài đặt biến tần

Để sử dụng được biến tần thì đòi hỏi chúng ta sẽ cần phải cài đặt một số thông số liên quan trước khi đưa vào sử dụng. Và chúng ta sẽ cần lưu ý các thông số như sau:

Cài thông số chọn cách RUN/STOP

Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1).

Trong đó có các lựa chọn như sau:

  • 0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím.
  • 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
  • 2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.

Thời gian tăng tốc (Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)

Thời gian tăng tốc là thời gian khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ nói chung là lúc chạy tốc độ tối đa và thường sẽ mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration, đó là Fee Run, lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do.

Chọn lựa cách thức thay đổi tần số

Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command). Bao gồm các lựa chọn sau:

  • 0: Keypad: thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím.
  • 1: Potentiometer on keypad: thay đổi tần số bằng núm vặn.
  • 2: External AVI analog signal Input: thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0-10VDC.
  • 3: External ACI analog signal input: thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA.
  • 4: Communication setting frequency: thay đổi tần số bằng RS485.
  • 5: PID output frequency: thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.

Cài giới hạn tần số

Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency). Chúng là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz, giả sử khi số này cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 vòng/phút. Chúng ta hoàn toàn có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1÷60 Hz) đối với động cơ thường.

Lợi ích khi sử dụng biến tần

Bất cứ các loại thiết bị nào khi sử dụng chúng đều có một hoặc một vài công dụng nhất định, và biến tần cũng là một trong số đó. Và theo mình nghĩ thì khi sử dụng biến tần chúng ta sẽ có được các lợi ích như sau:

  • Dễ dàng 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.
  • 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.

Các lưu ý khi sử dụng biến tần

Trong quá trình sử dụng biến tần thì chúng ta cần lưu ý một số vấn đề để có thể đảm bảo các thiết bị hoạt động tương thích và tốt nhất. Cụ thể thì chúng ta cần lưu ý một số vấn đề liên quan như:

  • Chúng ta cần căn cứ vào các bộ phận, giai đoạn, công đoạn sản xuất sau đó xác định được công suất cần thiết cho động cơ. Việc này sẽ làm tiền đề cho việc lựa chọn biến tần cho phù hợp, giúp tránh lãng phí cũng như đảm bảo hoạt động đủ công suất cho quá trình sản xuất đó.
  • Các linh kiện bên trong biến tần rất nhạy cảm với điều kiện môi trường nên cần lưu ý để đảm bảo tuổi thọ cũng như tính chính xác, ổn định của thiết bị
  • Cần tính toán giữa các cách thức thay đổi tốc độ động cơ sao cho phù hợp. Ngoài biến tần ra chúng ta hoàn toàn có thể điều chỉnh tốc độ và đảo chiều  bằng cách khởi động sao, tam giác hay khởi động mềm.
  • Các bạn lần đầu tiếp xúc và làm việc với biến tần thì cần dành nhiều thời gian tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật cũng như các cách thức sử dụng đúng. Lưu ý về quy trình, cách thức sử dụng, lắp đặt để đảm bảo an toàn – hoạt động tốt – hiệu quả cao.

Biến tần được sử dụng ở đâu trong thực tế ?

Biến tần được sử dụng ở đâu trong thực tế

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. Chính vì thế mà không lạ gì biến tần lại được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 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, 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,…

Các hãng sản xuất biến tần hàng đầu hiện nay

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều nhà sản xuất biến tần khác nhau và có lịch sử phát triển lâu đời. Mình có thể liệt kê một số hãng hàng đầu hiện nay để các bạn có thể biết thêm nhé. Trong từng hãng sản xuất mình sẽ có các hình ảnh mô tả để các bạn dễ hình dung hơn. Cụ thể chúng ta sẽ có các hãng sản xuất biến tần như:

Biến tần được sản xuất bởi hãng Mitsubishi:

Biến tần được sản xuất bởi hãng Mitsubish

Biến tần được sản xuất bởi hãng Fuji

Biến tần được sản xuất bởi hãng Fuji

Biến tần được sản xuất bởi hãng LS

Biến tần được sản xuất bởi hãng LS

Biến tần được sản xuất bởi hãng INVT

Biến tần được sản xuất bởi hãng INVT

Trên đây là những thông tin về biến tần do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ bổ sung những thông tin cần thiết liên quan đến biến tần nhé!

Click to rate this post!
[Total: 1 Average: 5]

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.

Hotline: 0938.441.404
Chat Facebook
Gọi điện ngay