Khái niệm, phân loại, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của biến tần

Ngày nay biến tần là một thiết bị khá phổ biến trong các hệ thống điện, tự động hóa. Vậy biến tần là gì, chúng có cấu tạo ra sao và nguyên lí hoạt động như thế nào? Hôm nay BKAII sẽ cùng các bạn tìm hiểu nhé!

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Nói một cách đơn giản, biến tần chính 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. 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). Biến tần có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50Hz, thậm chí là 60Hz hoặc lên đến 400Hz đối với loại động cơ chạy tốc độ cao trong các máy CNC. Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz.

Ngày nay, máy biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Biến tần ngày nay là được tích hợp trong hệ thống cung cấp nguồn điện liên tục hay còn gọi là bộ lưu điện UPS.

Phân loại

Biến tần thường được chia thành biến tần AC và biến tần DC

• Biến tần AC: được sử dụng một cách rộng rãi, chúng được thiết kế để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều AC

• Biến tần DC: kiểm xoát sự rẽ nhanh của động cơ điện một chiều

Ngoài ra ta cũng có thể 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, cầu trục,…

Cấu tạo

Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên ba pha (có thể thay đổi) để điều khiển tốc độ động cơ

Một số bộ phận chính của biến tần có thể kể đến như: mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển

• đi-ốt

  Bộ chỉnh lưu: Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầusóng toàn phần.

• Tuyến dẫn một chiều: Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

• IGBT: Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện

• Bộ kháng điện xoay chiều: Bộ điện kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.

• Bộ điện kháng một chiều: Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra

• Điện trở hãm: Lượng điện thừa tạo ra cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nguyên lí hoạt động

Khi không có nguồn điện: Ắc quy phóng điện qua bộ biến tần, chuyển nguồn điện một chiều DC thành nguồn xoay chiều AC cung cấp nguồn cho tải.

Đối với dạng UPS offline/line-interactive có tác dụng bình ổn điện áp của mạch và dự trữ năng lượng cho ắc quy. Các thiết bị điện thông thường được nối trực tiếp với nguồn điện chính. Khi điện áp đi qua mạch dưới mức quy định hay xảy ra tình trạng mất điện lưới chính, thì nguồn UPS bật chức năng sử dụng bộ biến tần (Inverter) DC-AC, một thiết bị chủ yếu sử dụng năng lượng dự trữ trong ắc quy. Sau đó UPS sẽ chuyển mạch cho các thiết bị kết nối với đầu ra bộ biến tần này. Tiếp theo, ắc quy sẽ phóng điện qua bộ biến tần, chuyển nguồn điện DC thành AC và cung cấp nguồn cho tải. Thời gian chuyển này có thể kéo dài đến khoảng nhỏ hơn 20 mili giây tùy thuộc vào thời gian cần thiết để UPS phát hiện ra các sự cố điện nêu trên.

Như vậy, thiết bị hay hệ thống lưới điện sẽ được đảm bảo ổn định trong những trường hợp bất khả kháng xảy ra liên quan đến nguồn điện có khả năng gây hư hại cho máy móc, thiết bị, từ đó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến quy trình hoạt động kinh doanh.

Xem thêm:

Trên đây là một số tìm hiểu cơ bản về biến tần. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những thông tin chi tiết hơn qua những bài viết tiếp theo. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn liên hệ BKAII nhé!

“BKAII -Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!”