Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động biến tần?

Biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị có khả năng chuyển đổi dòng điện từ một nguồn điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có thể được điều chỉnh về tần số và điện áp.

Cấu tạo của Biến tần:

Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.
• Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.
• Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.

• Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống.
• Màn hình – bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành.
• Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),…

Nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc cơ bản hoạt động của bộ biến tần như sau:

• Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha được điều chỉnh lưu và lọc để chuyển đổi thành nguồn điện một chiều. Quá trình này thực hiện thông qua bộ chỉnh lưu sử dụng cầu diode và tụ điện, tạo ra một nguồn điện một chiều ổn định. Kết quả là hệ số công suất cosφ của biến tần không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0.96.
• Tiếp theo, nguồn điện một chiều này được biến đổi ngược (nghịch lưu) thành nguồn điện xoay chiều ba pha đối xứng. Quá trình này hiện nay thường được thực hiện bằng cách sử dụng các transistor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT) thông qua phương pháp điều chế rộng xung (PWM). Điều này được thực hiện để tạo ra tín hiệu điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ có thể điều chỉnh.

 

Một số đặc điểm khác của bộ biến tần bao gồm:

• Hiệu suất chuyển đổi nguồn của biến tần rất cao nhờ sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Điều này giúp giảm năng lượng tiêu thụ gần bằng với năng lượng yêu cầu của hệ thống.
• Biến tần ngày nay tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác nhau để phù hợp với các loại phụ tải đa dạng. Ngoài ra, nó cũng tích hợp các tính năng như bộ điều khiển PID và hỗ trợ nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, đáp ứng yêu cầu điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Phân loại biến tần

Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn. 

Lợi ích khi sử biến tần

Hiện nay, việc sử dụng bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ đòi hỏi nguồn lực tài chính lớn, mà lợi ích mà nó mang lại vượt xa so với chi phí đầu tư ban đầu. Do đó, bộ biến tần đang trở thành một thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Dưới đây là một số lợi ích của việc sử dụng biến tần:

• Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ: Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu cụ thể, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đáp ứng yêu cầu công nghệ mới. Điều này mang lại sự linh hoạt và tiết kiệm trong hoạt động.
• Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong hệ thống: Biến tần giúp điều chỉnh và kiểm soát tải điện, từ đó giảm thiểu lãng phí năng lượng và tiết kiệm điện. Ngoài ra, nó cũng giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi sự căng thẳng và hao mòn không cần thiết.
• Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí: Biến tần giúp kiểm soát tốc độ động cơ một cách mềm mại và ổn định, giảm các tác động xung quanh và mài mòn cơ khí không mong muốn. Điều này kéo dài tuổi thọ của động cơ và giảm chi phí bảo trì.
• Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất: Với khả năng điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn, biến tần giúp tăng cường hiệu quả và năng suất của quy trình sản xuất. Nó cho phép điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình theo yêu cầu, đồng thời giảm thời gian chờ đợi và tăng năng suất sản xuất.

Tóm lại, việc sử dụng biến tần mang lại nhiều lợi ích quan trọng như linh hoạt trong điều chỉnh tốc độ động cơ, tiết kiệm năng lượng, bảo vệ thiết bị, và tăng cường hiệu quả và năng suất sản xuất.

Hướng dẫn chọn Biến tần

Để lựa chọn loại biến tần phù hợp cho ứng dụng của bạn, có những nguyên tắc lựa chọn sau đây cần được lưu ý:

• Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ: Xác định loại động cơ mà bạn muốn lắp biến tần, bao gồm động cơ đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, và mức điện áp. Công suất của biến tần nên tương đương hoặc lớn hơn công suất của động cơ.
• Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng: Xác định rõ ứng dụng của bạn, bao gồm tốc độ yêu cầu và có yêu cầu các tính năng điều khiển đặc biệt hay không. Nếu không có yêu cầu đặc biệt, bạn có thể chọn các loại biến tần đa năng thông dụng như GD20 hoặc GD200A. Tuy nhiên, nếu có yêu cầu đặc biệt, cần chọn các loại biến tần có tính năng phù hợp với yêu cầu đó.
• Chọn biến tần theo tải thực tế: Việc chọn biến tần phải dựa trên tải của máy móc, bao gồm tải nhẹ, tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục. Dựa trên các yếu tố này, chọn loại biến tần phù hợp.
• Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình: Lựa chọn biến tần dễ dàng lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn.
• Chọn biến tần dựa trên thông số kỹ thuật: Trong trường hợp thay thế từ hãng khác, chọn biến tần dựa trên các thông số kỹ thuật yêu cầu của biến tần cũ hoặc theo yêu cầu thiết kế cụ thể.
• Cân nhắc yếu tố tài chính: Hãy chọn loại biến tần có uy tín và thông dụng trên thị trường, có chế độ bảo hành tốt, chất lượng sản phẩm ổn định