Biến tần là gì ? Phân loại và ứng dụng của biến tần

Bien-tan


Biến tần (IVERTER) là gì ?

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha.

Bien-tanBien-tan

Vì sao có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số?

Theo công thức tính tốc độ của động cơ: n=60f/p. Trong đó f là tần số, P là số cặp cực của motor (thông thường là P=2). Từ công thức này ta có thể thấy khi tần số thay đổi thì tốc độ sẽ thay đổi.

Biến tần có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50Hz, thậm chí là 60Hz hoặc lên đến 400Hz đối với loại động cơ chạy tốc độ cao trong các máy CNC. Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz.

so-do-mach-ben-trong-cua-mot-bien-tan

Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Nguyên lý cơ bản làm việc của biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 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 áp một 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 trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao.

IGBT là tên tiếng Anh viết tắt của Insulated Gate Bipolar Transistor. Nghĩa là Transistor có cực điều khiển cách ly. Thiết bị này 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. Thông qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT của biến tần, một một điện áp Xoay chiều ba pha sẽ được tạo ra bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số cao nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

So-do-chi-tiet-mach-dien-cua-bien-tan

Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần

Lợi ích của việc sử dụng biến tần:

– Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ dễ dàng, bởi vậy dòng khởi động của động cơ sẽ không vượt quá 1.5 lần so với dòng khởi động truyền thống bằng sao-tam giác, (4~6) lần dòng định mức.

– Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ cho nên có thể tiết kiệm điện năng cho các tải thường không cần phải chạy hết công suất.

– Có thể giúp động cơ chạy nhanh hơn, thông thường là 54-60Hz, bình thường là 1500v/p với 50Hz, khi có biến tần thì 1800v/p với 60Hz, giúp tăng sản lượng đầu ra cho máy, tăng tốc độ cho các quạt thông gió.

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

– Quá trình khởi động 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.

– Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên hệ số cosphi đạt ít nhất là 0.96, công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, gần như được bỏ qua, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tủ tụ bù, giảm thiểu hao hụt đường giây.

– Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống.

Các ứng dụng

Thiết bị điện tử

Trong các thiết bị điện tử dùng trong gia đình hiện nay như tủ lạnh, điều hòa nhiệt độ, máy giặt,… hiện có sử dụng “inverter“, và các nhà sản xuất thường quảng bá nó giúp cải thiện hiệu suất năng lượng.

Các thiết bị này hoạt động dựa trên việc chỉnh lưu điện lưới, và biến tần thực hiện tạo dòng điện có tần số cao hơn 50 Hz, làm nâng cao khả năng điều khiển và hiệu suất mô tơ điện.

Biến tần cũng được sử dụng với công suất nhỏ, cỡ vài đến vài chục watt như chấn lưu điện tử cho đèn huỳnh quang, đèn compact, hay làm nguồn cung cấp năng lượng cho các ống huỳnh quang (CCFL), thường được sử dụng làm đèn nền cho màn hình phẳng TFT.

Các UPS

Các UPS là một nhóm đặc biệt các biến tần, được hiểu là hệ thống nguồn cung cấp liên tục (Uninterruptible Power Supply) hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng cho các hệ thống điện toán. Các UPS biến đổi điện của các pin sạc lên điện xoay chiều AC cho các hệ thống này, và được kích hoạt khi mất điện lưới.

Dòng điện AC từ UPS có thể không có dạng sin, không ổn áp và có thời gian cấp điện hạn chế, tùy thuộc loại ắc quy sử dụng. Lựa chọn UPS dựa trên các yếu tố:

  1. Thời gian kích hoạt biến điện đủ ngắn để điện nguồn trữ trong các tụ điện của các thiết bị chưa suy giảm đến mức kiệt.
  2. Điện năng của pin sạc cấp đủ cho hệ thống thực hiện các tác vụ cần thiết, ví dụ hệ máy tính gia đình thì save dữ liệu và shut down, còn hệ tiêu thụ điện lớn thì kích hoạt các máy phát điện dự phòng.

Thiết bị điện năng

Inverter đang là thành phần không thể thiếu của các nhà máy điện năng lượng tái tạo, như điện mặt trời, điện gió, điện sóng, điện thủy triều,… Nó là phương tiện chuyển đổi các nguồn điện năng nói trên sang điện xoay chiều công nghiệp và hòa lên lưới điện.

Dòng điện nguyên khai từ các nguồn năng lượng nói trên có đặc điểm là công suất và điện áp không ổn định. Vì thế để hòa lên lưới điện công nghiệp đã sử dụng các biến tần có hệ thống pin sạc làm đệm, thực hiện chuyển đổi lên điện 3 pha tiêu chuẩn của lưới điện. Các Inverter có nhiều loại, khác nhau về công suất, điện áp vào, điện áp ra và số pha. Inverter hòa lưới thì bắt buộc phải có hệ thống kiểm soát dạng xung, pha và điện áp để đạt được việc chuyển năng lượng lên lưới.

Các Inverter cho hệ thống điện mặt trời áp mái thường có công suất một vài kW, biến đổi lên AC 220 V hoặc 110 V, 1 pha hoặc 3 pha.

Các Inverter cho các trang trại điện mặt trời, điện gió,… thực hiện biến đổi nguồn nguyên khai ra điện 3 pha đồng bộ với lưới, công suất đến cỡ một vài MW, sau đó được các biến áp thu gom và nâng lên điện áp cao phù hợp với lưới truyền tải điện ở địa phương.

Ứng dụng trong công nghiệp

Hệ thống cấp nước nhà cao tầng

  • Trước đây việc cấp nước cho các tòa nhà cao tầng thường dùng là bơm nước lên mái và đẩy xuống từng tầng và được điều áp cho các tầng bằng các thiết bị điều hòa – giảm áp. Cách cấp nước này quá tốn kém chi phí và hiệu quả không cao.
  • Bộ biến tần khi lắp đặt sẽ không còn phải tốn chi phí để lắp đặt tháp mái.

Quạt hút hoặc đẩy

  • Nói đến quạt hút – đẩy thường được áp dụng cho các thiết bị công nghiệp như: Hút bụi – Thổi lò – Thông gió,…
  • Ở đây biến tần phát huy công dụng cực kỳ hiệu quả khi cho phép động cơ điều khiển áp lực, khởi động mềm, lưu lượng theo yêu cầu cần thiết,  tối ưu hóa hoạt động của động cơ, tiết kiệm điện năng lượng.

Hệ thống nén khí

  • Chế độ điều khiển cung cấp khí thông thường theo phương thức đóng và cắt. Chế độ này kiểm soát không khí đầu vào qua van cửa vào. Khi áp suất đạt đến giới hạn trên, van cửa vào đóng và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động không tải, khi áp suất đạt dưới hạn dưới, van cửa vào mở và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động có tải.
  • Công suất định mức của motor được chọn theo nhu cầu tối đa và thông thường được thiết kế dư tải, dòng khởi động lớn, motor hoạt động là liên tục khi không tải làm tiêu tốn một lượng lớn điện năng.

Hệ thống nâng – hạ

  • Biến tần có thể điều khiển định vị, mô-men xoắn và hãm giúp các ứng dụng như cần trục và palăng bằng cách sử dụng động cơ xoay chiều. Bộ biến tần giành cho thiết bị nâng hạ có hệ thống hãm tái sinh, tra năng lượng về lưới, an toàn và tiết kiệm.

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.

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.

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.

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.

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.

Những lưu ý khi sử dụng biến tần là gì?

  • Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp.
  • Chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.
  • Đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
  • Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng.
  • Nhờ các chuyên gia của hãng cung cấp hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.
  • Khi biến tần báo lỗi, hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.
  • Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh. Bạn nên ghi chép chi tiết các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này.

Hỏi đáp về biến tần

Tại sao khi có lệnh chạy, biến tần chạy nhưng motor lại không chạy?

Những nguyên nhân gây ra tình trạng này bao gồm:

  • Tần số chạy = 0
  • Motor bị hư, tải quá nặng hoặc máy bị kẹt cơ khí.
  • Biến tần bị mất pha ngõ ra hoặc không cân bằng pha ngõ ra…

Tại sao gắn Motor biến tần chạy rất nóng?

Những nguyên nhân gây ra tình trạng này bao gồm:

  • Thông số motor cài đặt không đúng
  • Đấu dây motor không đúng
  • Motor chạy ở tần số quá thấp (dưới 30 Hz).

Tại sao biến tần hiển thị bình thường khi cấp nguồn nhưng lại nhảy CB khi chạy?

Thông thường là do các pha đầu ra của biến tần bị ngắn mạch, bạn hãy kiểm tra kỹ và liên hệ với nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất.

Tại sao biến tần đang chạy bình thường, một lúc đột nhiên dừng lại?

Trước hết kiểm tra xem đèn trạng thái “RUN” có còn sáng không? Nếu tắt thì có thể do một trong những nguyên nhân sau:

  • Tín hiệu lệnh chạy của biến tần bị ngắt (dây điều khiển bị đứt hoặc bị lỏng dây ở terminal điều khiển)
  • Biến tần báo lỗi, nếu có lỗi thì nó sẽ dừng, hiển thị lỗi và đèn “Alarm” sẽ sáng lên.

Tại sao biến tần không hiển thị đèn sau khi cấp nguồn?

Nguyên nhân của trường hợp này có thể là do điện áp cung cấp cho biến tần không phù hợp, cầu chỉnh lưu bị hỏng. Hoặc có thể do điện trở sạc tụ và nguồn switching bị hư hỏng.

Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những thông tin đầy đủ và chi tiết hơn về biến tần. Qua đó bạn có thể vận hành thiết bị điện này một cách hiệu quả. Hẹn gặp lại trong các bài viết tiếp theo.

Giới thiệu các dòng biến tần tại Việt Nam hiện nay

Xuất xứ Nhật Bản: Mitshubishi, Hitachi, Toshiba, Panasonic, Fuji Electric,…

Xuất xứ Châu Âu: Lenze, GE Funuc, Control Technique, Emerson, Schneider, Siemens, ABB, Danfoss, Keb, Vacon, Telemecanique, Allen…

Xuất xứ Hàn Quốc: LS – Hyundai

Xuất xứ Trung quốc : INVT, Powtran, Hedy, Saj, Chziri, Micno, Chinsc, Sinee, Veichi, Inovance, Senlan, Alpha, Sunfar, Rexrorth, Lion,…

Tudongvina.com cung cấp tất cả các loại Biến tần trên thị trường. Liên hệ để tìm và nhận báo loại bạn đang cần.

 

Trả lời

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