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.
Hình ảnh: Biến tần của hãng Emheater
Có thể hiểu là:
Đây 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.
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;…
Tại sao phải sử dụng
biến tần?
Vì sao phải sử dụng biến tần để điều khiển
động cơ
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.
Cấu tạo và nguyên lý
hoạt động 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,…
Sơ đồ cấu tạo biến tần
Biến tần là gì, Nguyên
lý hoạt động của biến tần:
– 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.
Biến tần là gì, Nguyên
lý hoạt động của biến tần
Lợi ích của việc sử
dụng biến tần:
– 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.
– 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.
Biến tần là gì, Ứng
dụng 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. 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,…
Biến tần là gì, Hướng
dẫn chọn biến tần:
Lựa chọn biến tần đúng theo yêu cầu sử dụng là
rất quan trọng vì nếu chọn sai biến tần sẽ báo lỗi thậm chí cháy biến tần. Nếu
chọn biến tần cao quá sẽ gây lãng phí.
Chọn biến tần cần phải căn cứ vào các yếu tố
sau:
1/ Thông số động cơ:
Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V,
220/380V, 380/660V. Trong đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V.
– Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng
nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần. Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì
chọn biến tần vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V. Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn
biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ
tới vài kW).
– Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử
dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần như trên.
– Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng
nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.
– Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử
dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.
2/ Loại tải:
Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng
dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung
bình và tải nặng.
– Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn
dòng biến tần tải nhẹ. Ví dụ biến tần LS là dòng IP5A, H100, biến tần Fuji là
dòng eHVAC.
– Tải trung bình: các ứng dụng như máy công
cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực,… chọn dòng biến tần tải trung bình. Ví dụ
biến tần Fuji là dòng Ace, biến tần INVT là dòng GD20.
– Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng
hạ, máy nén, máy ép,… chọn dòng biến tần tải nặng. Ví dụ biến tần Fuji là dòng
Mega, biến tần Mitsubishi là dòng A800.
Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải
thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn. Trong khi biến
tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công
suất. Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công
suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.
3/ Đặc điểm vận hành:
Chế độ vận hành cũng quyết định rất quan trọng
tới việc lựa chọn biến tần.
– Chế độ vận hành ngắn hạn: biến tần điều
khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy, dừng, đảo chiều quay liên tục đòi hỏi
biến tần có khả năng chịu quá tải cao, có thể phải lắp thêm điện trở xả để bảo
vệ biến tần không bị cháy.
– Chế độ vận hành dài hạn: động cơ thường đạt
tốc độ ổn định trong thời gian tương đối dài sau khi khởi động như quạt, bơm,
băng tải,…
4/ Dòng biến tần
chuyên dụng:
Nhiều hãng chế tạo các dòng biến tần chuyên
dụng chỉ dùng cho 1 loại ứng dụng như quạt, máy làm nhang, thang máy,… Loại biến
tần này có đặc điểm là tối ưu về tính năng và giá thành so với sử dụng biến tần
đa năng.
5/ Chọn hãng sản xuất:
Yếu tố này liên quan đến chi phí đầu tư. Trên
thị trường có nhiều hãng sản xuất biến tần. Hầu như các hãng đều có đủ loại
biến tần đáp ứng được các yêu cầu sử dụng thực tế trong công nghiệp. Khác nhau
ở yếu tố chất lượng (như độ ổn định, độ bền, hoạt động trong điều kiện khắc
nghiệt) do công nghệ sản xuất và khác nhau ở xuất xứ, thương hiệu làm cho giá
thành cũng chênh lệch đáng kể.
– Phân khúc biến tần giá thấp có thể kể đến
như: INVT, Delta,…
– Phân khúc biến tần giá trung bình: LS,
Fuji, Emheater, Andeli…
– Phân khúc biến tần giá cao: Mitsubishi, ABB,…
Biến tần của hãng Mitsubishi:
Biến tần Mitsubishi, Inverter Mitsubishi
Biến tần của hãng Fuji:
Biến tần Fuji
Biến tần Emheater
Biến tần của hãng LS:
Biến tần LS – Inverter LS
Biến tần của hãng Chint:
Biến tần của hãng Andeli:
Biến tần INVT – Inverter INVT
