Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều của nguồn cung cấp đặt lên động cơ, từ đó làm thay đổi tốc độ hoạt động của động cơ.
Biến tần còn được gọi là Bộ điều khiển AC hoặc VFD (bộ điều khiển tần số thay đổi). Chúng là những thiết bị điện tử có thể biến DC (Dòng điện một chiều) thành AC (Dòng điện xoay chiều). Nó còn có nhiệm vụ kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn cho động cơ điện.
Hình ảnh: Biến tần Mitsubishi A700 series
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 sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. Các biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần
Cấu tạo của biến tần
Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:
Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.
Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.
Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.
Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống.
Màn hình – bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành.
Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),…
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.
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Ổ đĩa AC hoạt động giữa nguồn điện và động cơ điện. Nguồn điện đi vào ổ AC và điều chỉnh nó. Công suất quy định sau đó được gửi đến động cơ.
Bộ truyền động xoay chiều bao gồm bộ chỉnh lưu, mạch trung gian DC và mạch chuyển đổi nghịch đảo. Bộ chỉnh lưu bên trong bộ truyền động xoay chiều có thể là một chiều hoặc hai chiều. Cái trước có thể tăng tốc và chạy động cơ bằng cách lấy năng lượng từ mạng điện. Bộ chỉnh lưu hai chiều có thể lấy năng lượng quay cơ học từ động cơ và gửi trở lại hệ thống điện. Mạch DC sẽ lưu trữ năng lượng điện để bộ chuyển đổi nghịch đảo sử dụng.
Trước khi động cơ nhận được nguồn điện quy định, nó sẽ trải qua một quá trình bên trong bộ truyền động AC. Nguồn điện đầu vào chạy vào bộ chỉnh lưu và điện áp xoay chiều được chuyển thành điện áp DC. Mạch trung gian DC làm phẳng điện áp DC. Sau đó nó chạy qua mạch chuyển đổi nghịch đảo để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều.
Quá trình này cho phép bộ truyền động xoay chiều điều chỉnh tần số và điện áp cung cấp cho động cơ tùy theo nhu cầu của quá trình. Tốc độ của động cơ tăng khi điện áp đầu ra ở tần số cao hơn. Điều này có nghĩa là tốc độ của động cơ có thể được điều khiển thông qua giao diện vận hành.
Những lợi ích
1. Tiết kiệm năng lượng
Các ứng dụng quạt và máy bơm được hưởng lợi đáng kể từ bộ truyền động AC. Vượt trội hơn so với bộ giảm chấn và điều khiển bật/tắt, sử dụng bộ truyền động AC có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 20 đến 50 phần trăm bằng cách điều khiển vòng quay của động cơ. Nó tương tự như việc giảm tốc độ của một chiếc ô tô. Thay vì sử dụng phanh ngắt quãng, có thể giảm tốc độ của xe bằng cách nhấn nhẹ chân ga.
2. Khởi động mềm
Bộ truyền động AC khởi động động cơ bằng cách cung cấp năng lượng ở tần số thấp. Nó tăng dần tần số và tốc độ động cơ cho đến khi đạt được tốc độ mong muốn. Người vận hành có thể thiết lập khả năng tăng tốc và giảm tốc bất cứ lúc nào, điều này lý tưởng cho thang cuốn và băng tải để tránh rơi tải.
3. Dòng khởi động được kiểm soát
Phải mất bảy đến tám lần dòng điện đầy tải của động cơ AC để khởi động động cơ. Bộ truyền động AC làm giảm dòng điện khởi động, dẫn đến số lần tua lại động cơ ít hơn và điều này giúp kéo dài tuổi thọ động cơ.
4. Giảm nhiễu loạn đường dây điện
Khởi động động cơ xoay chiều qua đường dây có thể gây tiêu hao rất lớn trong hệ thống phân phối điện, gây ra hiện tượng sụt áp. Các thiết bị nhạy cảm như máy tính và cảm biến sẽ hoạt động khi động cơ lớn khởi động. Bộ truyền động AC loại bỏ hiện tượng sụt áp này bằng cách ngắt nguồn điện khỏi động cơ thay vì ngắt điện.
5. Dễ dàng thay đổi hướng quay
Ổ đĩa AC có thể xử lý các hoạt động khởi động và dừng thường xuyên. Nó chỉ cần một dòng điện nhỏ để thay đổi hướng quay sau khi thay đổi lệnh quay. Máy trộn đứng có thể tạo ra đầu ra phù hợp theo chiều quay và số vòng quay có thể được điều khiển bằng bộ truyền động biến tần
6. Cài đặt đơn giản
Ổ đĩa AC được lập trình sẵn. Nguồn điện điều khiển của các thiết bị phụ trợ, đường truyền thông tin và dây dẫn động cơ đã được nối dây tại nhà máy. Nhà thầu chỉ cần kết nối đường dây với nguồn điện sẽ cung cấp cho bộ truyền động AC.
7. Giới hạn mô-men xoắn có thể điều chỉnh
Bộ truyền động AC có thể bảo vệ động cơ khỏi bị hư hỏng bằng cách kiểm soát chính xác mô-men xoắn. Ví dụ, khi máy bị kẹt, động cơ sẽ tiếp tục quay cho đến khi thiết bị quá tải mở ra. Bộ truyền động AC có thể được thiết lập để giới hạn lượng mô-men xoắn tác dụng lên động cơ nhằm tránh vượt quá giới hạn mô-men xoắn.
8. Loại bỏ các thành phần truyền động cơ học
Bộ truyền động xoay chiều có thể cung cấp tốc độ thấp hoặc cao theo yêu cầu của tải mà không cần các thiết bị và hộp số tăng hoặc giảm tốc độ. Điều này giúp tiết kiệm chi phí bảo trì và yêu cầu về không gian sàn.
Quý khách cần thêm thông tin về sản phẩm Biến tần của các hãng như Mitsubishi, LS, Wecon, … vui lòng liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết và cụ thể hơn nhé !
Cảm ơn quý khách đã ghé thăm NETLA chúng tôi !
