Tìm hiểu về biến tần, khái niệm, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm

Với sự phát triển của các thiết bị máy móc, dây chuyền sản xuất, các thiết bị trong đời sống hàng ngày đều không tránh khỏi những nhược điểm không đáng có. Biến tần được ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm và giúp tăng năng suất hoạt động hiệu quả hơn. Không những thế, biến tần còn giúp cho tuổi thọ của thiết bị được lâu bền hơn. Bài viết này sẽ tìm hiểu về biến tần một cách chi tiết hơn, mời các bạn cùng theo dõi.

1.Tìm hiểu về biến tần

1.1.Khái niệm biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị có khả năng làm thay đổi tần số của dòng điện đặt lên cuộn dây phía bên trong của động cơ và thông qua đó có thể điều khiển được tốc độ của động cơ vô cấp mà không cần sử dụng đến các hộp số cơ khí.

Biến tần chính là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở một tần số khác mà có thể điều chỉnh được.

Thông thường, biến tần sẽ sử dụng các linh kiện bán dẫn để có thể đóng/ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rotor.

Biến tần còn có thể thay đổi từ tần số 1Hz-50Hz hoặc có thể lên đến 60Hz-400Hz đối với động cơ chạy tốc độ cao trong các máy CNC.

Nhờ có biến tần sẽ làm cho các động cơ máy móc hoạt động nhanh hơn bình thường so với khi chạy ở tần số 50Hz.

1.2.Phân loại biến tần

Biến tần được chia thành 2 loại là AC và DC.

Biến tần AC được dùng phổ biến rộng rãi, biến tần AC được thiết kế để điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều AC.

Biến tần DC là loại biến tần giúp kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện một chiều.

1.3.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của biến tần là các bộ phận có chức năng có thể 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, tần số biến thiên 3 pha, điều khiển tốc độ của động cơ.

Những bộ phận chính của biến tần là: phần điều khiển, mạch một chiều trung gian DC link, mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu…

#bộ chỉnh lưu: Đây chính là phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào -> điện áp đầu ra mong muốn cho động cơ trong quá trình chỉnh lưu. Đạt được điều này bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi ốt sóng toàn phần.

#tuyến dẫn một chiều: đây là một giàn tụ điện được lưu trữ điện áp một chiều đã được chỉnh lưu. Một tụ điện có thể lưu trữ một điện tích lớn nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung.

#IGBT: đây là thiết bị được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Bên trong biến tần thì sẽ được bật/tắt theo trình tự, điều này có thể sẽ tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được lưu trữ trong các tụ điện.

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

#Bộ kháng điện một chiều: có chức năng 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 hư hỏng và ngắt bộ truyền động.

#điện trở hãm: lượng điện thừa được tạo ra cần phải được xử lý bằng một cách nào đó. Điện trở sẽ được sử dụng để nhanh chóng đốt cháy hết lượng điện dư thừa này được tạo ra bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nguyên lý hoạt động của biến tần là:

Trước tiên thì nguồn điện 1 pha/3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. công đoạn này sẽ được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu đi ốt và tụ điện.

Điện đầu vào có thể sẽ là một pha hoặc sẽ là ba pha nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định.

Điện áp một chiều ở phía trên thì sẽ được biến đổi nghịch lưu thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng.

Lúc đầu thì điện áp một chiều sẽ được tạo ra và lưu trữ ở bên trong dàn tụ điện. tiếp theo sau đó thông qua quá trình xử lý trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

1.4. Tìm hiểu về Ưu nhược điểm của biến tần

#Ưu điểm

Có khả năng làm thay đổi tần số dòng điện và thay đổi tốc độ quay của động cơ một cách linh hoạt hiệu quả.

Giúp động cơ tiết kiệm năng lượng tối đa.

Giúp động cơ hoạt động ổn định ít bị hư hỏng.

Chi phí sửa chữa/bảo trì không quá cao.

Giúp tăng tuổi thọ của động cơ.

Giúp tăng năng suất hoạt động của động cơ trong sản xuất kinh doanh.

Có thể làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau.

Đáp ứng được nhiều ứng dụng khác nhau.

Hỗ trợ tốt cho những thiết bị cần thay đổi tốc nhiều động cơ cùng một lúc như băng tải hoặc máy dệt,…

Có đầy đủ các chức năng giúp bảo vệ động cư như quá dòng, quá áp, mất pha hoặc đảo pha,…

Với hệ thống điều khiển trung tâm thì có thể kết nối mạng.

Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt theo yêu cầu mong muốn.

Giúp dễ dàng kết nối với hệ thống điều khiển tự động.

#Nhược điểm

Để có thể sử dụng và vận hành hiệu quả thì cần phải có kiến thức về biến tần.

Chi phí bỏ ra đầu tư ban đầu cao.

Khởi động hoặc dừng động cơ điện không đồng bộ với công suất vừa hoặc lớn thì thường phải sử dụng phương pháp khởi động trực tiếp cho nên dễ gây ra giảm áp trên đường dây.

Tốc độ quay của động cơ điện cảm ứng chỉ có thể được điều khiển theo từng hữu cấp, thông thường mỗi động cơ chỉ có thể thay đổi được một trong những dãy tốc độ đồng bộ.

Trong quá trình sử dụng cần phải được bảo trì bảo dưỡng định kỳ.

2.Lợi ích khi sử dụng biến tần

Dễ dàng có thể đảo chiều quay của động cơ hoặc thay đổi tốc độ của động cơ.

Không gây tình trạng sụt áp hoặc khó khởi động.

Khởi động nhanh dần đều hoặc chậm dần đều từ tốc độ thấp giúp cho các động cơ mang tải lớn không bị khởi động một cách đột ngột giúp tránh được các tình trạng hư hỏng phần cơ khí.

So với phương pháp chạy động cơ trực tiếp thì biến tần giúp tiết kiệm năng lượng một cách tối đa.

Được tích hợp trong các module truyền thống sẽ giúp cho việc điều khiển và giám sát dễ dàng thông qua trung tâm điều khiển.

3.Hướng dẫn chọn biến tần

Để có thể lựa chọn được các loại biến tần phù hợp với nhu cầu và tính ứng dụng thì cần phải xác định rõ nhu cầu ứng dụng và mục đích sử dụng để có thể cân đối ngân sách đầu tư.

Dưới đây là những nguyên tắc để lựa chọn biến tần phù hợp:

Biến tần phải phù hợp với loại động cơ và công suất của động cơ. Loại động cơ đang cần lắp biến tần là loại động cơ gì có đồng bộ hay không, một pha hay ba pha, DC hay AC, điện áp của động cơ là bao nhiêu.

Cần xác định rõ ứng dụng là gì, tốc độ yêu cầu là bao nhiêu, có yêu cầu tính năng điều khiển cao cấp hay không, có yêu cầu tính năng đồng bộ hệ thống hay không, môi trường làm việc là ẩm ướt, nhiệt độ cao, nhiều bụi, dễ cháy nổ,…

Lựa chọn biến tần theo tải rất quan trọng, cần phải xác định xem loại tải của máy móc động cơ là loại tải nào, tải nhẹ hay là tải nặng.

Chọn loại biến tần dễ cài đặt cho người lập trình điều khiển.

Nếu máy móc đã có sẵn biến tần cũ nhưng muốn thay thế thì cần phải chọn đúng theo thông số kỹ thuật của biến tần cũ đang sử dụng.

Hy vọng với những thông tin trên thì việc tìm hiểu về biến tần của bạn sẽ được chi tiết hơn, giúp các bạn có cái nhìn tổng quan hơn về biến tần.