Biến tần là gì ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng dụng của biến tần – Thế giới điện cơ

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 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. Cùng chúng tôi tìm hiểu thêm thông tin về biến tần qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Biến tần là gì ?

Trước khi vào nội dung chính thì tất cả chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu và khám phá sơ lược về loại thiết bị này trước nhé. Biến tần là thiết bị đổi khác dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được. Nói cách khác biến tần là thiết bị làm biến hóa tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và trải qua đó hoàn toàn có thể điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến những hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng những linh phụ kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự những cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to ( rotor ) .

Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển và tinh chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều theo giải pháp điều khiển và tinh chỉnh tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ đổi khác thành tần số biến thiên. 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 380V, … Bên cạnh những dòng biến tần đa năng, những hãng cũng sản xuất những dòng biến tần chuyên sử 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 mạng lưới hệ thống điều hòa, …

Vì sao chúng ta cần sử dụng đến biến tần ?

Trong thực tế ở các nhà máy sản xuất và chế tạo thì sẽ cần sử dụng rất nhiều đến các động cơ, motor, động cơ điện hay quạt trong quá trình làm việc. Tuy nhiên thì chúng ta không thể nào sử dụng mãi một cấp tốc độ cho quá trình sản xuất được, hơn nữa với các cấp tốc độ cho sẵn thì hầu như không đáp ứng được nhu cầu làm việc của quy trình sản xuất từ công ty.

Bên cạnh đó thì quy trình sản xuất và sản xuất loại sản phẩm sẽ có lưu lượng hoặc số lượng đổi khác tùy vào nhu yếu thị trường cũng như những quy trình tiến độ trong năm. Đối với những động cơ không đồng nhất xoay chiều 3 pha hiệu suất lớn thì sẽ rất khó tinh chỉnh và điều khiển nếu không có mạng lưới hệ thống inverter. Chính do đó mà ta cần sử dụng đến biến tần để cho phép đổi khác vận tốc những loại động cơ điện, quạt hay motor sao cho tương thích .

Các bộ phận của biến tần là gì?

Bộ chỉnh lưu (Diode)

Bộ chỉnh lưu cầu diode tựa như với những bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó điện áp xoay chiều được quy đổi thành một chiều. Điện áp sau khi chỉnh lưu qua giàn tụ lọc để có điện áp phẳng, không thay đổi ( DC bus ) để cung ứng nguồn cho IGBT .

Bộ nghịch lưu (IGBT)

Thiết bị IGBT chuyển mạch nhanh, cho hiệu xuất cao. Trong biến tần, IGBT được điều khiển và tinh chỉnh kích mở theo trình tự để tạo xung với những độ rộng khác nhau từ điện áp DC Bus được trữ trong tụ điện .

Phần điều khiển

Phần tinh chỉnh và điều khiển sẽ liên kết với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính để tinh chỉnh và điều khiển biến tần theo thông số kỹ thuật và setup của người sử dụng. Phần điều khiển và tinh chỉnh gồm có :

• IC chính để xử lý thông tin và điều khiển hoạt động của biến tần.
• Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4 – 20 mA hay điện áp 0 – 10 V
• Ngõ vào số: để kích cho biến tần chạy
• Ngõ ra analog: kết nối với thiết bị ngoại vi khác để giám sát hoạt động của biến tần.
• Ngõ ra số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo…

Các phụ kiện biến tần là gì?

 Bộ kháng điện xoay chiều (AC Reactor)

Cuộn kháng AC là cuộn dây được quấn quanh lõi thép. Cuộn kháng AC giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều nguồn vào. Ngoài ra, cuộn kháng AC sẽ giảm biên độ đỉnh của cái gai nhọn nguồn vào. Giảm tuy nhiên hài sẽ giúp DC Bus không thay đổi và tăng tuổi thọ của tụ .

Bộ kháng điện một chiều (DC reactor)

Cuộn kháng DC khi được gắn vào biến tần trước tụ điện thì phần nguồn vào của biến tần như mạch chỉnh lưu có bộ lọc là tụ điện và cuộn dây. Khi gắn cuộn kháng một chiều cho biến tần sẽ giúp nguồn DC Bus được không thay đổi, nguồn năng lượng dự trữ lớn, chống phần sụt áp nguồn nguồn vào của biến tần nuôi nguồn cho IGBT khi hoạt động giải trí full tải .

Điện trở xả (Braking resistor)

Thông thường biến tần tinh chỉnh và điều khiển động cơ chạy. Khi động cơ dừng hoặc hãm lúc đó động cơ chuyển thành máy phát có nguồn năng lượng lớn. Nếu nhu yếu motor dừng gấp thì nguồn nguồn năng lượng này sẽ phải được tiêu thụ bớt. Điện trở hãm sẽ giúp biến tần tiêu thụ nguồn nguồn năng lượng đó .

Cấu tạo của biến tần

Bên trong biến tần là những bộ phận có công dụng nhận điện áp nguồn vào có tần số cố định và thắt chặt để đổi khác thành điện áp có tần số đổi khác để điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ. Các bộ phận chính của biến tần gồm có bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển và tinh chỉnh. Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm 1 số ít bộ phận khác như : bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình hiển thị hiển thị, module tiếp thị quảng cáo, …

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Đầu tiên thì nguồn điện 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều phẳng phiu. Công đoạn này được triển khai bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Điện nguồn vào hoàn toàn có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định và thắt chặt ( ví dụ 380V 50H z ). Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được đổi khác ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được tàng trữ trong giàn tụ điện. Tiếp theo, trải qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến hóa IGBT ( viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giải trí giống như một công tắc nguồn bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần ) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng chiêu thức điều chế độ rộng xung PWM .

Phân loại biến tần

Chúng ta sẽ phân loại biến tần theo đặc tính của dòng điện vì vậy ta có 2 loại chính là biến tần AC và biến tần DC .

• Biến tần AC: là loại được sử dụng phổ biến, dùng để điều khiển tốc độ của động cơ, motor điện xoay chiều
• Biến tần DC: loại này được dùng trong các ứng dụng kiểm soát rẽ nhánh của các động cơ, motor điện một chiều.
• Ngoài ra còn có các loại biến tần theo công suất,…

Các thông số cơ bản khi cài đặt biến tần

Để sử dụng được biến tần thì yên cầu tất cả chúng ta sẽ cần phải thiết lập một số ít thông số kỹ thuật tương quan trước khi đưa vào sử dụng. Và tất cả chúng ta sẽ cần quan tâm những thông số kỹ thuật như sau :

Cài thông số chọn cách RUN/STOP

Trên bàn phím hay trải qua chân điều khiển và tinh chỉnh bên ngoài ( 24V + S1 ) .
Trong đó có những lựa chọn như sau :

• 0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím.
• 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
• 2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.

Thời gian tăng tốc (Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)

Thời gian tăng cường là thời hạn khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0H z ~ 50HZ nói chung là lúc chạy vận tốc tối đa và thường sẽ mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời hạn khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời hạn khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số kỹ thuật thiết lập bỏ lỡ chính sách Deceleration, đó là Fee Run, lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do .

Chọn lựa cách thức thay đổi tần số

Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command). Bao gồm các lựa chọn sau:

• 0: Keypad: thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím.
• 1: Potentiometer on keypad: thay đổi tần số bằng núm vặn.
• 2: External AVI analog signal Input: thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0-10VDC.
• 3: External ACI analog signal input: thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA.
• 4: Communication setting frequency: thay đổi tần số bằng RS485.
• 5: PID output frequency: thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.

Cài giới hạn tần số

Cụm từ thường là ( Frequency upper limit ), ( Maximum Frequency ). Chúng là thông số kỹ thuật được cho phép động cơ chạy nhanh nhất có thể với đơn vị chức năng là Hz, giả sử khi số này cài là 40H z thì động cơ chạy tối đa là 40H z, n = 60 × 40/2 = 1200 vòng / phút. Chúng ta trọn vẹn hoàn toàn có thể cài bao nhiêu cũng được trong khoanh vùng phạm vi thông dụng là ( 1 ÷ 60 Hz ) so với động cơ thường .

Lợi ích khi sử dụng biến tần

Bất cứ những loại thiết bị nào khi sử dụng chúng đều có một hoặc một vài hiệu quả nhất định, và biến tần cũng là một trong số đó. Và theo mình nghĩ thì khi sử dụng biến tần tất cả chúng ta sẽ có được những quyền lợi như sau :

• Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.
• Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
• 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.
• Tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.
• Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
• Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
• Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.

Các lưu ý khi sử dụng biến tần

Trong quy trình sử dụng biến tần thì tất cả chúng ta cần chú ý quan tâm 1 số ít yếu tố để hoàn toàn có thể bảo vệ những thiết bị hoạt động giải trí thích hợp và tốt nhất. Cụ thể thì tất cả chúng ta cần chú ý quan tâm 1 số ít yếu tố tương quan như :

• Chúng ta cần căn cứ vào các bộ phận, giai đoạn, công đoạn sản xuất sau đó xác định được công suất cần thiết cho động cơ. Việc này sẽ làm tiền đề cho việc lựa chọn biến tần cho phù hợp, giúp tránh lãng phí cũng như đảm bảo hoạt động đủ công suất cho quá trình sản xuất đó.
• Các linh kiện bên trong biến tần rất nhạy cảm với điều kiện môi trường nên cần lưu ý để đảm bảo tuổi thọ cũng như tính chính xác, ổn định của thiết bị
• Cần tính toán giữa các cách thức thay đổi tốc độ động cơ sao cho phù hợp. Ngoài biến tần ra chúng ta hoàn toàn có thể điều chỉnh tốc độ và đảo chiều  bằng cách khởi động sao, tam giác hay khởi động mềm.
• Các bạn lần đầu tiếp xúc và làm việc với biến tần thì cần dành nhiều thời gian tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật cũng như các cách thức sử dụng đúng. Lưu ý về quy trình, cách thức sử dụng, lắp đặt để đảm bảo an toàn – hoạt động tốt – hiệu quả cao.

Biến tần được sử dụng ở đâu trong thực tế ?

Do ưu điểm tiêu biểu vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ cập trong công nghiệp và gia dụng, đặc biệt quan trọng là trong công nghiệp. Chính do đó mà không lạ gì biến tần lại được sử dụng thoáng rộng trong những ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ít ứng dụng phổ cập không hề thiếu biến tần : bơm nước, quạt hút – đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn – nhả, thang máy, mạng lưới hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải tổ năng lực tinh chỉnh và điều khiển của những hộp số, sửa chữa thay thế cho việc sử dụng cơ cấu tổ chức điều khiển và tinh chỉnh vô cấp truyền thống cuội nguồn trong máy công tác làm việc, …

Các hãng sản xuất biến tần hàng đầu hiện nay

Trên thị trường lúc bấy giờ có khá nhiều đơn vị sản xuất biến tần khác nhau và có lịch sử vẻ vang tăng trưởng truyền kiếp. Mình hoàn toàn có thể liệt kê một số ít hãng số 1 lúc bấy giờ để những bạn hoàn toàn có thể biết thêm nhé. Trong từng hãng sản xuất mình sẽ có những hình ảnh diễn đạt để những bạn dễ tưởng tượng hơn. Cụ thể tất cả chúng ta sẽ có những hãng sản xuất biến tần như :

Biến tần được sản xuất bởi hãng Mitsubishi:

Biến tần được sản xuất bởi hãng Fuji

Biến tần được sản xuất bởi hãng LS

Biến tần được sản xuất bởi hãng INVT

Trên đây là những thông tin về biến tần do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ bổ sung những thông tin cần thiết liên quan đến biến tần nhé!

Rate this post