Danh mục bài viết
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần
Biến tần là một thiết bị thuộc ngành điện không thể thiếu trong các hệ thống thiết bị tự động hóa ngày nay. Bạn có thể hiểu đơn giản biến tần là thiết bị thực hiện chức năng chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu và từ một tần số này thành một điện áp (hoặc dòng điện xoay chiều) mang giá trị tần số khác ở đầu ra.
Cấu tạo của biến tần
Mạch chỉnh lưu, mạch 1 chiều trung gian, mạch nghịch lưu, phần điều khiển là các phần cấu tạo chính của 1 biến tần. Song các bộ phận chi tiết có thể cụ thể hóa thành 6 phần.
- Bộ chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu là phần đầu tiên điện áp đầu vào được biến đổi tần số ở đầu ra mong muốn. Để làm được điều này, biến tần sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi – ốt sóng toàn phần.
Các đi – ốt cho phép luồng điện theo 1 hướng, vì vậy cầu đi – ốt hướng dòng electron của điện năng từ dòng xoay chiều (AC) thành dòng 1 chiều (DC).
- Tuyến dẫn 1 chiều
Tuyến dẫn 1 chiều là 1 giàn tụ điện lưu trữ điện áp 1 chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể lưu trữ 1 điện tích lớn và sắp xếp nhiều tụ điện theo tuyến tuyến dẫn 1 chiều sẽ làm tăng điện dung.
Điện áp được lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.
- IGBT
IGBT có hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn 1 chiều được lưu trữ trong tụ điện.
- Bộ điện kháng xoay chiều
Bộ điện kháng xoay chiều là 1 cuộc cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện. Bộ điện kháng xoay chiều giúp giảm nhiễu trên dòng xoay chiều.
- Bộ điện kháng 1 chiều
Bộ điện kháng 1 chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng chảy tức thời trên tuyến dẫn 1 chiều. Bộ điện kháng 1 chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ biến tần 7,5 kW trở lên.
- Điện trở hãm
Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy” hết lượng điện thừa và biến nó thành nhiệt. Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc động cơ sẽ làm cho bộ truyền động có thể ngắt do lỗi quá áp trên tuyến dẫn 1 chiều.
Nguyên tắc hoạt động của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ 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. 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 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.
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.
Lợi ích sử dụng biến tần
- Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.
- Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
- Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí.
- Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất
Biến tần được xem là giải pháp về tiết kiệm năng lượng của hệ thống thiết bị điện công nghiệp.
CÁC THƯƠNG HIỆU BIẾN TẦN PHỔ BIẾN TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY
1. Biến tần xuất xứ châu Âu
Biến tần ABB
Biến tần Siemens
Biến tần SCHNEIDER
Biến tần DANFOSS
2. Biến tần xuất xứ Nhật Bản
Một số hãng biến tần xuất xứ Nhật Bản như Yaskawa, Mitsubishi, FuJi, Panasonic, Hitachi, Toshiba
3. Biến tần xuất xứ Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc
Hãng biến tần xuất xứ Hàn Quốc phổ biến tại Việt Nam hiện nay là LS, Đài Loan là Delta và Shihlin, Trung Quốc INVT, Sumo, Inovance, Veichi, Sinee, Gtake, ENC, Powtran, Alpha, Sunfar, Rexrorth, Lion, Hedy, Saj, Chziri, Micno, Chinsc, Senlan
Những điều lưu ý khi sử dụng biến tần
Điều đầu tiên bạn 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, bạn nên để các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao lắp đặt và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó bạn cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, 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.
