Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động và lưu ý khi sử dụng nó

Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động và lưu ý khi sử dụng nó

Bài viết này cơ điện Hưng Phát sẽ cùng các bạn tìm hiểu về biến tần một trong những thiết bị điện hữu hiệu trong việc có thể làm thay đổi tần số của điện áp điện lưới để thay đổi tốc độ động cơ, và tần số điện lưới của Việt Nam là 50Hz.

Biến tần là gì?

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).

Chỉ nhỏ bằng một cuốn từ điển bỏ túi nhưng là thiết bị điện điều khiển vô cấp tốc độ động cơ không tiếp điểm hiện đại nhất trên thế giới, mang trong mình những tiện ích vượt trội mà bất cứ người sử dụng nào cũng cảm thấy hài lòng. Đó là bộ biến tần bán dẫn, một phương tiện kết nối cả thế giới truyền động, đã và đang làm thay đổi cả một kiểu tư duy trong điều khiển truyền động điện và quản lý điện năng.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

– 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.

Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần:

Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra 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, 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 khi sử dụng biến tần

Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần – động cơ là bạn có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.

Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,…

Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần.

Đặc biệt, với những bộ biến tần có chế độ điều khiển “Sensorless Vector SLV” hoặc “Vector Control With Encoder Feedback”, bạn sẽ được hưởng nhiều tính năng cao cấp hơn hẳn, chúng sẽ cho bạn một dải điều chỉnh tốc độ rất rộng và mômen khởi động lớn, bằng 200% định mức hoặc lớn hơn; sự biến động vòng quay tại tốc độ thấp được giảm triệt để, giúp nâng cao sự ổn định và độ chính xác của quá trình làm việc; mômen làm việc lớn, đạt 150% mômen định mức ngay cả ở vùng tốc độ 0.

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.

Cuối cùng, ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những người có tiền, những tiện ích mà bộ biến tần mang lại cho bạn nhiều hơn rất nhiều so với chi phí bạn phải trả, nên bạn đừng ngần ngại đầu tư mua biến tần cho các hệ truyền động của bạn có thể ứng dụng được biến tần. Đó là một sự đầu tư đúng đắn, một chiến lược đầu tư tổng thể và dài hạn.

Biến tần có thể nói là một thiết bị điện hỗ trợ hiệu quả với nhiều lợi ích nổi bật. Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển hệ thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn trong việc sử dụng điện hiệu quả.

Chia sẻ bài viết