Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần

No Comments
Biến tần là gì?

Biến tần, hay còn gọi là Inverter, là thiết bị điện tử hoặc mạch điện thực hiện biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC) ở cấu hình tần số và pha này thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác.

Biến tần Yaskawa GA700

Biến tần Danfoss FC360

Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần 1 pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380, … Bên cạnh các dòng biến tần đa năng, các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống điều hòa; …

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần
  • Cấu tạo

    Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ. Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển. Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông,..

  • Nguyên lí hoạt động:

    Đầu tiên nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng qua 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.

  • Lợi ích của việc sử dụng biến tần.
    • Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ dễ dàng. Vì vậy dòng khởi động của động cơ sẽ không vượt quá 1.5 lần so với dòng khởi động truyền thống bằng sao-tam giác, (4~6) lần dòng định mức.
    • Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ cho nên có thể tiết kiệm điện năng cho các tải thường không cần phải chạy hết công suất.
    • Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.
    • Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ cao áp và thấp áp. Tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
    • Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.
    • Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên hệ số cosphi đạt ít nhất là 0.96. Công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, gần như được bỏ qua. Do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động. Giảm chi phí trong lắp đặt tủ tụ bù, giảm thiểu hao hụt đường giây.
    • Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống.
  • Ứng dụng của biến tần
    • Hệ thống cấp nước nhà cao tầng:
      Trước đây việc cấp  nước cho các tòa nhà cao tầng thường dùng là bơm nước lên mái và đẩy xuống từng tầng và được điều áp cho các tầng bằng các thiết bị điều hòa – giảm áp. Cách cấp nước này quá tốn kém chi phí và hiệu quả không cao.
      Bộ biến tần khi lắp đặt sẽ không còn phải tốn chi phí để lắp đặt tháp mái.
    • Quạt hút hoặc đẩy:
      Nói đến quạt hút – đẩy thường được áp dụng cho các thiết bị công nghiệp như: Hút bụi – Thổi lò – Thông gió,…
      Ở đây biến tần phát huy công dụng cực kỳ hiệu quả khi cho phép động cơ điều khiển áp lực, khởi động mềm, lưu lượng theo yêu cầu cần thiết,  tối ưu hóa hoạt động của động cơ, tiết kiệm điện năng lượng.
    • Hệ thống nén khí:
      Chế độ điều khiển cung cấp khí thông thường theo phương thức đóng và cắt. Chế độ này kiểm soát không khí đầu vào qua van cửa vào. Khi áp suất đạt đến giới hạn trên, van cửa vào đóng và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động không tải, khi áp suất đạt dưới hạn dưới, van cửa vào mở và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động có tải.
      Công suất định mức của motor được chọn theo nhu cầu tối đa và thông thường được thiết kế dư tải, dòng khởi động lớn, motor hoạt động là liên tục khi không tải làm tiêu tốn một lượng lớn điện năng.
    • Hệ thống nâng – hạ:
      Biến tần có thể điều khiển định vị, mô-men xoắn và hãm giúp các ứng dụng như cần trục và palăng bằng cách sử dụng động cơ xoay chiều. Bộ biến tần giành cho thiết bị nâng hạ có hệ thống hãm tái sinh, tra năng lượng về lưới, an toàn và tiết kiệm.
  • Hướng dẫn lựa chọn biến tần

Lựa chọn biến tần đúng theo yêu cầu sử dụng là rất quan trọng vì nếu chọn sai biến tần sẽ báo lỗi thậm chí cháy biến tần. Nếu chọn biến tần cao quá sẽ gây lãng phí.

Chọn biến tần cần phải căn cứ vào các yếu tố sau:

  • Thông số động cơ: lựa chọn nguồn đầu vào và đầu ra cho motor đồng thời kiểm tra công suất motor để lựa chọn công suất cho biến tần.
  • Nguồn vào gồm có : 1 pha 220 VAC, 3 pha 220 VAC, 3 pha 3800 VAC.
  • Loại tải: Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung bình và tải nặng.
    Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ.
    Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực,… chọn dòng biến tần tải trung bình.
    Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy nén, máy ép,… chọn dòng biến tần tải nặng.
    *Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn. Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất. Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.
  • Đặc điểm vận hành: Chế độ vận hành cũng quyết định rất quan trọng tới việc lựa chọn biến tần.
    Chế độ vận hành ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy, dừng, đảo chiều quay liên tục đòi hỏi biến tần có khả năng chịu quá tải cao, có thể phải lắp thêm điện trở xả để bảo vệ biến tần không bị cháy.
    Chế độ vận hành dài hạn: động cơ thường đạt tốc độ ổn định trong thời gian tương đối dài sau khi khởi động như quạt, bơm, băng tải,…
  • Dòng biến tần chuyên dụng: Nhiều hãng chế tạo các dòng biến tần chuyên dụng chỉ dùng cho 1 loại ứng dụng như quạt, máy làm nhang, thang máy,… Loại biến tần này có đặc điểm là tối ưu về tính năng và giá thành so với sử dụng biến tần đa năng.
  • Chọn hãng sản xuất: Yếu tố này liên quan đến chi phí đầu tư. Trên thị trường có nhiều hãng sản xuất biến tần. Hầu như các hãng đều có đủ loại biến tần đáp ứng được các yêu cầu sử dụng thực tế trong công nghiệp. Khác nhau ở yếu tố chất lượng (như độ ổn định, độ bền, hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt) do công nghệ sản xuất và khác nhau ở xuất xứ, thương hiệu làm cho giá thành cũng chênh lệch đáng kể. Trong đó có thể kể đến dòng biến tần Yaskawa được sản xuất tại Nhật Bản và dòng biến tần Danfoss của Đan Mạch là các dòng có giá cả hợp lý, ứng dụng đa dạng, dải công suất rộng đáp ứng mọi yêu cầu của khách hàng.

Công ty Cổ Phần Kỹ Thuật Tự Động Song Nguyên chuyên cung cấp các loại biến tần Yaskawa, Danfoss, Inovance, Động cơ Motive, Động cơ Servo pump và các giải pháp tự động hóa, tiết kiệm năng lượng cũng như thiết kế các dây chuyền sản xuất theo nhu cầu. Để biết thêm chi tiết và được tư vấn kỹ hơn, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số hotline: 0938.60.42.60 hoặc email: info@songnguyen.vn
Tham khảo thêm: https://songnguyen.vn/san-pham-bien-tan-servo/

About us and this blog

Hiện nay, chúng tôi – Công ty Cổ phần Kỹ Thuật Tự Động Song Nguyên (gọi tắt là Song Nguyên) biết được rằng có đa dạng dòng biến tần và các sản phẩm cho ngành tự động hóa đến từ nhiều thương hiệu trên thế giới và có những thương hiệu đang phổ biến ở Việt Nam. Xuất phát từ ý tưởng nhằm giúp Quý độc giả với nhu cầu về biến tần, đưa ra được lựa chọn phù hợp trong sản xuất, trong kinh doanh và có thông tin trong học tập, trang web bientanvn.com được thiết lập.

Subscribe to our newsletter!

More from our blog

See all posts

Leave a Comment