Biến Tần Là Gì? Nguyên Lý Hoạt động Biến Tần? | CNSG

Biến tần là thiết bị có chức năng biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh.

Chức năng biến đổi dòng điện đáp ứng cho rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Nhờ có chức năng này, biến tần ngày càng được sử dụng rất đa dạng và rộng rãi. 

Cùng CNSG tìm hiểu về biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động và cách lắp đặt ngay trong bài viết này nhé!

Biến tần là gì?

Biến tần là thiết bị có chức năng biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh. Biến tần cũng là thiết bị điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào của nó. Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và xây dựng để tăng hiệu quả vận hành và tiết kiệm năng lượng.

Tại sao cần sử dụng biến tần?

Có nhiều lý do để sử dụng biến tần:

• Tiết kiệm năng lượng: Biến tần giúp tối ưu hóa hiệu suất của động cơ bằng cách điều chỉnh tốc độ quay theo yêu cầu của hệ thống. Điều này giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tiết kiệm chi phí điện.
• Điều chỉnh linh hoạt: Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ quay của động cơ một cách linh hoạt và chính xác, điều này rất hữu ích khi cần thay đổi tốc độ vận hành trong quá trình sản xuất hoặc xử lý.
• Tăng tuổi thọ của thiết bị: Khi sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ quay, động cơ được vận hành ở tốc độ thấp hơn, giúp giảm hao mòn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
• Giảm độ ồn và rung: Biến tần giúp giảm độ ồn và rung của hệ thống, giúp tạo ra môi trường làm việc an toàn và thoải mái hơn.
• Tăng độ chính xác và độ tin cậy: Biến tần giúp tăng độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống bằng cách giảm thiểu sai số và các sự cố trong quá trình vận hành.
• Tiết kiệm chi phí bảo trì: Khi động cơ được vận hành ở tốc độ thấp hơn, các bộ phận bên trong thiết bị ít bị hao mòn hơn và do đó cần ít chi phí bảo trì và sửa chữa hơn.
• Tăng hiệu suất của hệ thống điều khiển và giảm thiểu lỗi trong quá trình vận hành. Biến tần có thể được kết nối với các hệ thống điều khiển khác như hệ thống tự động hoá, hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm, giúp tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống này và giảm thiểu sự cố.
• Kiểm soát tốc độ quay của động cơ một cách trơn tru và chính xác: điều này rất hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi sự chính xác cao như các quy trình sản xuất và xử lý. Ngoài ra, biến tần còn giúp tăng độ chính xác của động cơ trong các ứng dụng đòi hỏi sự chính xác cao như máy tiện, máy khoan, máy cắt plasma, vv.
• Giúp giảm tải cho hệ thống điện và giảm độ rò rỉ điện. Biến tần có tính năng giảm điện áp đầu vào và điều chỉnh dòng điện theo nhu cầu của hệ thống. Điều này giúp giảm tải cho hệ thống điện, giảm độ rò rỉ điện và tăng tuổi thọ của các thiết bị điện.

Các loại biến tần

Có nhiều loại biến tần khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình, phổ biến nhất bao gồm:

• Biến tần trực tiếp (VSD): Biến tần này được kết nối trực tiếp với động cơ và được điều khiển bằng các phần mềm hoặc thiết bị điều khiển.
• Biến tần trung gian (IMC): Biến tần này được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu tải cao hơn. Nó được kết nối giữa nguồn cấp điện và động cơ.
• Biến tần vòng lặp đơn (SVC): Biến tần này được sử dụng để cung cấp điện năng cho các ứng dụng tải thay đổi tốc độ quay của động cơ.
• Biến tần đa năng (VFD): Đây là loại biến tần được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình. Nó có thể được sử dụng cho các ứng dụng đơn giản như điều khiển tốc độ quạt và bơm đến các ứng dụng phức tạp như điều khiển robot và máy CNC.
• Biến tần mở (OLS): Biến tần này là loại đơn giản nhất và được sử dụng trong các ứng dụng như điều khiển tốc độ quạt và bơm.
• Biến tần đóng (CLS): Đây là loại biến tần được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính an toàn cao, bởi vì nó giữ cho động cơ được cung cấp với một mức điện áp cố định và không thể bị tăng tải quá mức.
• Biến tần có tính năng chuyển đổi mạng (RCD): Biến tần này được sử dụng để chuyển đổi giữa các mạng điện khác nhau, giúp giảm chi phí và tăng tính linh hoạt trong các ứng dụng công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý chỉnh lưu

• Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 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. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. 
• Điện áp một chiều này khi hoạt động sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. 
• Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) 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 siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Xem thêm >>

• Biến tần thang máy là gì? Cách chọn CHUẨN
• Top 10 cặp nhiệt điện tốt nhất

Nguyên lý điện áp xoay chiều 3 pha

• Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. 
• Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi. 
• Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
• Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
• Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Xem thêm >> Nguyên lý hoạt động của động Cơ DC Chổi Than

Phân loại biến tần

Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu người 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.

Hướng dẫn lựa chọn các loại biến tần

Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp cho ứng dụng lắp đặt của người dùng, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư. Để chọn được loại biến tần phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng, cần lưu ý những nguyên tắc lựa chọn sau đây:

Phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ

Trước khi chọn biến tần cần lên kế hoạch tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì, loại động cơ này đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu… để chọn biến tần phù hợp. 

Công suất biến tần phải chọn tương đương hoặc lớn hơn công suất động cơ

Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng

Khi lựa chọn biến tần cần xác định rõ ứng dụng của là gì? Tốc độ yêu cầu bao nhiêu? Có yêu cầu tính năng điều khiển cao cấp đặc biệt nào hay không? 

Có yêu cầu tính đồng bộ hệ thống hay truyền thông? Môi trường làm việc có đặc điểm nào cần lưu ý (ẩm ướt, nhiều bụi, nhiệt độ cao, dễ cháy nổ….). 

Nếu không có yêu cầu gì đặc biệt, có thể chọn 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.

Chọn biến tần theo tải thực tế

Việc chọn lựa biến tần theo tải trọng thực tế là một việc rất quan trọng. Việc đầu tiên là người dùng phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục… từ đó chọn loại biến tần phù hợp.

Chọn biến tần dễ lập trình

Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình khi lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn.

Chọn đúng thông số kỹ thuật 

Khi lựa chọn biến tần phải chọn theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ (trong trường hợp thay thế hãng khác) hoặc theo thông số kỹ thuật thiết kế yêu cầu.

Cân nhắc đến yếu tố tài chính. 

Để an tâm hơn, người dùng hãy chọn loại biến tần đã có uy tín và thông dụng trên thị trường, chất lượng sản phẩm ổn định, chế độ bảo hành tốt, bền bỉ và dịch vụ sửa chữa và chăm sóc khách hàng nhanh chóng, tận tâm.

Các lợi ích của biến tần

Với sự phát triển của công nghệ tiên tiến, ngày nay, bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những doanh nghiệp có nguồn lực tài chính dồi dào, những lợi mà biến tần mang lại cho người dùng hiện nay vượt xa rất nhiều so với chi phí mà người dùng phải trả. 

Do đó, biến tần đang dần trở thành thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Những lợi ích của việc sử dụng biến tần bao gồm:

• Biến tần thực hiện chức năng chính nhằm thay đổi tốc độ động cơ một cách nhanh chóng và linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.
• Biến tần giúp các doanh nghiệp, người sử dụng tiết kiệm năng lượng hiệu quả, giúp bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
• Biến tần hỗ trợ giúp giảm mài mòn cơ khí, đồng thời bảo vệ động cơ.
• Tăng năng suất sản xuất và hiệu quả sử dụng.

Những điều lưu ý khi sử dụng biến tần

Điều đầu tiên người dùng cần làm khi sử dụng biến tần là đọc kỹ các thông số biến tần  do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, điều đó sẽ giúp bạn biết rõ cách đấu dây biến tần đúng quy chuẩn. 

Để chắc chắn, trước khi sử dụng nên để các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao lắp đặt và đấu nối cho bạn. 

Bên cạnh đó người dùng cũng cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, chống ăn mòn, kháng nước, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.