Gia sư, luyện thi, dạy nghề, tư vấn, viết bài, dịch thuật, thiết kết, lập trình, digital marketing

Biến tần là gì – cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của biến tần

Ghi chú: Tài liệu trích dẫn

Biến tần là một trong những thiết bị hữu ích giúp cho các thiết bị như máy nén khí, máy cán kéo, máy bơm nước,…vận hành hiệu quả và ổn định. Vậy, biến tần là gì? Cấu tạo và nguyên lý làm việc? Tất cả sẽ được Vietlearn.org giải đáp trong nội dung bài viết dưới đây.

Biến tần là gì? Biến tần để làm gì?

Máy biến tần là gì? Là thiết bị điện tử hoặc mạch điện dùng để biến đổi từ dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Nói cách khác đây là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ, thông qua đó biến tần điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp mà không cần dùng tới các hộp số cơ khí.

Biến tần thường được sử dụng trong các linh-phụ kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để sinh ra từ trường quay làm quay rô-to. Chúng có thể thay đổi tần số từ 1hz đến 50hz, thậm chí là 60hz hoặc 400hz. Nhờ đó giúp cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50hz

Máy biến tần được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau nhưng chủ yếu được tích hợp trong hệ thống cung cấp nguồn điện liên tục còn gọi là bộ lưu điện UPS.

Phân loại biến tần

Trên thị trường hiện nay có các loại biến tần phổ biến sau:

Biến tần AC: Được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, thiết kế dùng để điều khiển tốc độ cơ xoay chiều AC.

Biến tần DC: Kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ dòng điện một chiều.

Ngoài ra, biến tần còn được phân loại theo công suất đáp ứng cho tải như inverter, 1 pha, 3 pha,…

Tìm hiểu cấu tạo biến tần

Biến tần được cấu tạo từ nhiều bộ phận nhưng chúng đều có chung chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào với tần số cố định. Từ đó, biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên 3 pha để điều khiển tốc độ động cơ.

Một trong số những bộ phận chính của biến tần đó là: mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu, phần điều khiển và mạch một chiều trung gian (DC link).

Bộ chỉnh lưu: Còn có tên gọi khác là diode. Đây là linh kiện 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 để cung cấp nguồn cho IGBT

Tuyến dẫn một chiều: Là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã được chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ được một điện tích lớn, nhưng sắp xếp theo cấu hình tuyến dẫn một chiều để làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng cho giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.

IGBT: Thiết bị IGBT giúp chuyển mạch nhanh và cho hiệu xuất cao. Trong biến tần, IGBT được điều khiển kích mở theo trình tự, tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp DC Bus được lưu trong tụ điện.

Bộ kháng điện xoay chiều: Bộ điện kháng dòng xoay chiều chính là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường sẽ được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.

Bộ điện kháng một chiều: Bộ điện kháng một chiều được giới hạn bởi tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc.

Điện trở hãm: Được sử dụng để “đốt cháy hết” lượng điện dư thừa bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nguyên lý làm việc của máy biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần vô cùng đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha sẽ được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công việc 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 là 0.96.

Điện áp một chiều sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công việc này được thực hiện thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chỉnh chế độ rộng xung. Nhờ phát triển 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 tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể sẽ thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tùy thuộc vào chế độ điều khiển. Đối với tải có momen không đổi, tỉ số điện áp- tần số sẽ là không đổi. Tuy vậy, với tải bơm và quạt, quy luật này sẽ là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số, tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải quạt/bơm do bản thân mô men cũng là hàm bậc hai của điện áp.

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã được tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác nhau, phù hợp với nhiều loại phụ tải khác nhau. Đa số, các biến tần hiện nay đều được tích hợp bộ PID, phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Ưu điểm nổi bật của biến tần

Biến tần có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ điện.

Hiệu suất làm việc của biến tần thường sẽ cao hơn 98%.

Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần vô cùng đơn giản, làm việc trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau và có thể thay đổi tốc độ làm việc nhiều động cơ cùng một lúc như băng tải, máy kéo sợi trong ngành dệt,…

Tăng tốc êm, chống giật giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ khí như ổ bi, hộp số,…

Biến tần có chế độ khởi động với mô men cực đại, được dùng cho băng tải, phát hiện đứt dây đai nhờ việc giám sát mô men tải.

Tiết kiệm điện năng lên đến 60% cho quá trình khởi động và vận hành.

Dễ dàng kết nối với các hệ thống điều khiển tự động.

Được tích hợp đầy đủ các chức năng như bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá áp hay thấp áp, lỗi mất pha,…

Đảm bảo an toàn, tiện lợi; tiết kiệm chi phí bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên.

Ứng dụng của biến tần vô cùng đa dạng ví dụ như máy nén khí, băng tải, máy cán kéo, hệ thống HVAC, máy trộn,…

Để tăng độ bền cũng như giúp thiết bị vận hành ổn định, trong quá trình sử dụng người dùng cần lưu ý một số yếu tố sau:

Lựa chọn bộ biến tần phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Lắp đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát, bằng phẳng.

Đảm bảo bộ biến tần đã được nhiệt đới hóa để phù hợp với điều kiện thời tiết tại Việt Nam.

Đọc kỹ các hướng dẫn sử dụng trước khi sử dụng.

Khi biến tần báo lỗi bạn cần phải ngắt kết nối với nguồn điện, kiểm tra và khắc phục sự cố hỏng hóc.

Không tự ý thêm/bớt linh kiện nếu không có sự cho phép của kỹ thuật viên.

Vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị thường xuyên theo khuyến cáo của đơn vị sản xuất.

Việc lắp đặt, bảo trì biến tần inverter đòi hỏi người có kinh nghiệm và chuyên môn thực hiện, bạn không nên tự ý thực hiện nếu không muốn trả giá bằng nhiều tiền bạc.

Để tránh hiện tượng rò rỉ điện khi lắp đặt bạn nên nối tiếp đất cho biến tần.

Hy vọng rằng những thông tin trên đây về biến tần là gì? Cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng sẽ giúp bạn có nhiều kiến thức hữu ích. Nếu có câu hỏi nào cần được giải đáp hãy comment phía dưới, chúng tôi sẽ giải đáp bạn nhanh chóng và miễn phí hoàn toàn.