Biến tần là gì?

1. Biến tần là gì?

Hình 1. Biến tần

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.

2. Ưu nhược điểm và ứng dụng của biến tần

Hình 2. Ưu nhược điểm biến tần

2.1 Ưu điểm của biến tần

- Hiệu suất làm việc cao.

- Có thể làm bớt công suất nguồn điện.

- Tiết kiệm điện năng trong quá trình khởi động và vận hành.

- Dễ dàng kết nối với hệ điều khiển tự động.

- Khởi động êm.

- An toàn, tiện lợi, bảo dưỡng ít.

- Giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy.

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ: Quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha …

2.2 Nhược điểm của biến tần

- Chi phí đầu tư ban đầu cao.

- Cần bảo trì, bảo dưỡng định kỳ.

- Có thể giảm áp trên đường dây lớn khi khởi động hoặc dừng động cơ điện.

- Đòi hỏi người lắp đặt và vận hành phải có kiến thức nhất định.

2.3 Ứng dụng của biến tần

- Điều khiển bơm, quạt

- Thiết bị nâng hạ

- Thang máy

- Hệ thống HVAC

- Hệ thống khí nén

- Điều khiển vận chuyển ( băng tải, khung quay,...)

- Các ứng dụng cụ thể như máy ép phun, máy cán kéo,…

Hình 3. Biến tần điều khiển băng tải

3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại biến tần

3.1 Cấu tạo của biến tần

Các bộ phận cấu tạo nên biến tần bao gồm: bộ lọc, chỉnh lưu, lọc DC, nghịch lưu IGBT. Có chức năng nhận điện áp đầu vào cố định (tần số cố định) biến điện áp/tần số đó thành điện áp/tần số biến thiên 3 pha để điều khiển tốc độ động cơ.

Hình 4. Cấu tạo biến tần (st)

3.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần

- Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành dòng điện 1 chiều bằng phẳng. Giai đoạn này do bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện thực hiện. Nhờ vậy mà 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 nhau. Giai 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 nên tần số chuyển mạch xung của biến tần 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.

Nguyên lý hoạt động biến tần

Hình 5. Nguyên lý hoạt động của biến tần

- 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 thì giữa điện áp và tần số sẽ có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Với các loại tải có momen cố định không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi. Tuy vậy khi sử dụng biến tần cho tải bơm và quạt, quy luật này sẽ là hàm bậc 4. Điện áp lúc này trở thành 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 tiên tiến và hiện đại nhất. Nhờ vậy, năng lượng biến tần 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. Biến tần còn được tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc giám sát và điều khiển trong các hệ thống SCADA.

3.3 Phân loại biến tần

- Biến tần được phân loại dựa theo nguồn điện đầu vào là 1 chiều (biến tần DC) và xoay chiều ( biến tần DC). Biến tần AC dùng để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều, nó được sử dụng phổ biến hơn biến tần DC dùng để kiểm soát tự rẽ nhánh của động cơ điện 1 chiều.

- Ngoài ra người ta còn phân loại biến tần dựa trên công suất đáp ứng tải hoặc dựa trên ứng dụng chuyên biệt của biến tần như: năng lượng mặt trời, thang máy, cầu trục,...