Bộ biến tần [inverter] là gì? Tại sao biến tần điều khiển được tốc độ động cơ của động cơ không đồng bộ ba pha. Bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và lợi ích của việc sữ dụng biến tần nhé.
Biến tần là thiết bị biến đổi điện áp một chiều hoặc xoay chiều thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số có thể điều chỉnh.
Biến tần INVT và Schneider
2. Nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ của biến tần
Ta đã biết, tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha được tính theo công thức:
Trong đó:
f là tần số của dòng điện stato
p là số cặp cực của roto
s là hệ số trượt
Từ công thức trên ta thấy để thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ có thể thay đổi số cặp cực, hệ số trượt hay tần số.
Trong đó phương pháp thay đổi tần số là hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi vì nó cho phép điều chỉnh tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng. Ngày nay với sự phát triển của các linh kiện điện tử dẫn đến giá thành giảm và sự phổ biến của các bộ biến tần ngày càng cao.
Như ta đã biết từ thông Φmax tỷ lê thuận với tỉ số U1/f, khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông Φmax không đổi, để mạch từ máy ở trạng thái định mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ số giữa điện áp U1 và tần số f không đổi.
Hình dưới vẽ họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số và giữ tỉ số U1/f không đổi.
Tốc độ của động cơ khi thay đổi tần số
>>>Xem thêm: Động cơ không đồng bộ ba pha
3. Phân loại và cấu tạo biến tần
– Phân loại biến tần thường được chia làm hai loại:
+ Biến tần trực tiếp: Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới [ f1 < flưới ]. Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng.
+ Biến tần gián tiếp: Để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Biến tần gián tiếp được cấu tạo gồm ba phần chính như hình dưới.
Biến tần gián tiếp là gì
– Cấu tạo của biến tần
+ Mạch chỉnh lưu: chuyển đổi điện xoay chiều thành một chiều.
+ Mạch lọc: Hoạt động để nắn phẳng điện áp DC đã được chuyển đổi qua mạch chỉnh lưu.
+ Mạch nghịch lưu: Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xoay với tần số thay đổi được.
+ Ngoài ra còn có bộ điều khiển để kiểm soát các thông số và cài đặt biến tần.
4. Nguyên lý hoạt động của biến tần là gì
Nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha được chỉnh lưu thành nguồn điện một chiều qua cầu chỉnh lưu diode và được làm phẳng nhờ mạch lọc gồm các tụ điện DC.
Điện áp một chiều được biến đổi nghịch lưu thành điện xoay chiều ba pha thông qua việc đóng cắt một cách tuần tự các thiết bị bán dẫn như IGBT hay Mosfet ở tần số cao bằng phương pháp điều chế độ rộng xung [PWM].
Đầu ra của biến tần ta sẽ thu được là các xung điện áp có tần số cao, và dòng điện hình sin có tần số thay đổi được.
Nguyên lý hoạt động của bộ inverter là gì
5. Lợi ích của việc sử dụng biến tần
– Điều chỉnh tốc độ động cơ theo ý muốn, khoảng điều chỉnh tốc độ rộng.
– Giảm công suất tiêu thụ điện:
+ Với cấu tạo sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Biến tần được xem là giải pháp giảm tổn thất điện năng trong ngành tự động hóa hiện nay.
+ Đặc biệt trong các ứng dụng điều chỉnh vòng kín như lưu lượng, áp suất ở động cơ máy bơm hay quạt gió. Biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ tùy theo mức tải phù hợp với tùng thời điểm.
– Tính năng thông minh, linh hoạt
+ Khởi động động cơ: việc thay đổi thời gian tăng tốc, giảm tốc giúp việc khởi động máy được trơn tru, không gây quá tải cho nguồn điện.
+ Đổi chiều động cơ chỉ đơn giản với việc sử dụng nút bấm mà không cần thay đổi sơ đồ điện.
+ Dò thông số động cơ: biến tần có thể dòng thông số dòng điện, công suất, điện trở, … của động cơ một các tự động.
+ Ngoài ra, nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, nên tần số chuyển mạch xung có thể lên đến dải tần số cao nhằm giảm tải tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lối sắt động cơ.
– Tính năng bảo vệ
+ Biến tần tích hợp nhiều tính năng bảo vệ động cơ và biến tần như: bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá điện áp, thấp áp, bảo vệ nhiệt, bảo vệ mất pha, … Đem lại cảm giác an toàn, tiện lợi ít bảo dưỡng hơn đồng thời kéo dài tuổi thọ động cơ.
>>> Xem thêm:
Tài liệu biến tần INVT
Sơ đồ đấu dây biến tần INVT
Cách cài đặt biến tần INVT
Video về bộ biến tần là gì, inverter là gì
Tài liệu tham khảo “biến tần là gì”
[1] | //dtech.vn/bien-tan-la-gi-cau-tao-bien-tan-loi-ich-cua-bien-tan, 30/10/2020. |
[2] | L. V. D. Đặng Văn Đào, Kỹ thuật điện, 2003. |
Vào năm 1888, Nikola Tesla đã phát minh động cơ cảm ưng xoay chiều 3 pha đầu tiên, vài thập kỹ sau thì biến tần mới ra đời để giải quyết vấn đề điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều. Tại sao tôi nói là vấn đề, sở dĩ như vậy là vì khi tesla tạo ra động cơ cảm ứng xoay chiều 3 pha tất nhiên nó tốt hơn và đáng tin cậy hơn động cơ 1 chiều của Edison nhưng việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều yêu cầu hoặc thay đổi từ thông hoặc thay đổi số cực trên động cơ. Thậm chí khi động cơ cảm ứng được sử dụng rộng rãi thì sự thay đổi tần số để điều khiển tốc độ vẫn là một nhiệm vụ cực kỳ khó khắn và cấu trúc vật lý của động cơ ngăn cản các nhà sản xuất tạo ra các loại động cơ với nhiều hơn 2 cấp tốc độ. Vậy biến tần là gì? cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó ra sao mà có thể điều khiển được tốc độ động cơ cảm ứng xoay chiều 3 pha….. Nam Trung sẽ giúp bạn tìm hiểu chi tiết hơn về biến tần nhé.
Biến tần là gì?
Khái niệm biến tần:
có thể hiểu đơn giản, 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.
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của biến tần:
Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào cố định [với tần số cố định] và biến điện áp/tần số đó thành điện áp/tần số biến thiên ba pha để điều khiển tốc độ động cơ. Thông thường, một bộ biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, tuyến dẫn 1 chiều, IGBT, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều và điện trở hãm.
Nguyên tắc hoạt động của biến tần cũng khá đơn giản, chủ yếu qua 2 công đoạn:
- 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.
- Điện áp một 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. Điện áp 1 chiều này ở mức rất cao. 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 sống đầu ra của biến tần] sẽ tạo ra một điên áp xoay chiều 3 pha 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 đến dãi 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 tùy theo bộ điều khiển [khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ]
Phân loại biến tần:
- Biến tần AC: được sử dụng rỗng rãi nhất, được thiết kế dùng để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều AC
- Biến tần DC: kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện 1 chiều.
- Ngoài ra người ta còn phân loại biến tần theo công suất đáp ứng cho tải, ứng dụng đặc biệt của biến tần như thang máy, năng lượng mặt trời, cẩu trục…
Ưu điểm của biến tần:
- Biến tần có thể điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.
- Hiệu suất làm việc của biến tần cao hơn 98%.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần rất đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau, đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau và có thể thay đổi tốc độ làm việc nhiều động cơ cùng một lúc như băng tải, băng chuyền, máy kéo sơi trong nghành dệt….
- Tăng tốc êm, chống giật giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ khí như hộp số, ổ bi, tang trống và con lăn.
- Biến tần có chế độ khởi động với mô-men cực đại dùng cho băng tải, phát hiện đứt dây đai nhờ việc giám sát mô-men tải.
- Tiết kiệm điện năng lên đến 60% trong quá trình khởi động và vận hành.
- Dễ dàng kết nối với hệ thống điều khiển tự động.
- Tích hợp đầy đủ các chức năng bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha….
- An toàn, tiện lợi và ít tốn chi phí bảo trì, bão dưỡng.
Một số ứng dụng thực tế của biến tần như:
bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay li 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.
8 lưu ý khi sử dụng biến tần:
- Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.
- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.
- Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
- Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt [tủ phải có quạt thông gió], vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 500oC, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn, độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt nước biển.
- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
- Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn 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, đây là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Tùy vào nhu cầu thực tế và chi phí đầu tư mà quý khách nên chọn loại biến tần phù hợp nhất. Đến với Nam Trung, quý khách sẽ được hỗ trợ tư vấn để chọn ra loại biến tần tối ưu nhất, Không những đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật mà còn phù hợp với kinh phí đầu tư của dự án. Sau khi chọn xong, quý khách sẽ được hỗ trợ lắp đặt và cài đặt hoàn toàn miễn phí, đi kèm với đó là chế độ bảo hành, bảo dưỡng dài hạn. và hỗ trợ trực tiếp một cách nhanh chóng.
Là đại diện Siemens và Sew tại Việt Nam hơn 20 năm qua, chắc chắn với sự uy tín, chất lượng và chuyên nghiệp của chúng tôi sẽ làm hài lòng quý khách. Đừng ngần ngại gọi ngay cho chúng tôi theo số 0987 87 5021 để được tư vấn hỗ trợ và báo giá tốt nhất các loại biến tần nhé.
Tags: Biến tần, Bien tan, Biên tần là gì, Cấu tạo của biến tần, Nguyên lý hoạt động của biến tần, Ứng dụng của biến tần, Một số lưu ý khi sử dụng Biến tần, phân loại biến tần, Biến tần AC, Biến tần DC, Biến tần chất lượng cao, khái niệm biến tần, Biến tần EU
Tác giả: Admin
Mục: Tài liệu.