Biến tần là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các ngành sản xuất cũng như trong các khu công nghiệp chế biến, chế tạo, giúp tiết kiệm điện năng, chống hư hỏng động cơ hay dây chuyền sản xuất, giúp điều khiển máy móc hoạt động ở tốc độ thích hợp. Vậy biến tần là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như công dụng của biến tần là gì? Hãy cùng Bảo An tìm hiểu trong bài viết dưới đây
Biến tần (Trong tiếng anh là: Inverter) là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng điện từ dòng điện xoay chiều ở cấu hình tần số và pha này thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác. Nói cách khác, biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều, từ tần số này thành tần số khác có thể điều chỉnh được.
Để hiểu thêm về biến tần là gì? Hãy cùng tham khảo hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Biến tần LS LSLV0008M100-1EOFNS 1 pha 220VAC 0.75kW tại đây.
- 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 xoay chiều có điện áp và tần số biến thiên có thể điều khiển.
- Cấu tạo của biến tần bao gồm các bộ phận chính như sau:
+ Mạch nguồn: Bộ phận này giúp cung cấp năng lượng điện cho toàn bộ biến tần.
+ Mạch điều khiển: Mạch điều khiển là trung tâm điều khiển của biến tần, có nhiệm vụ thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.
+ Mạch chuyển đổi tần số: Đây 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 có thể điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.
+ Mạch bảo vệ: 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: Bộ phận này 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 một số bộ phận khác như: mô-đun truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng một chiều, điện trở hãm (điện trở xả),...
Nguyên lý hoạt động của biến tần khá đơn giản, bao gồm các công đoạn như sau:
- Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt và tụ điện. Giá trị hệ số công suất cosphi không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất bằng 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ngày nay, nhờ sự tiến bộ về công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn hao 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 thuộc vào bộ điều khiển. Trên lý thuyết, mối quan hệ 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 nhiên, với tải bơm và quạt, 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 mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
- Hiệu suất chuyển đổi nguồn của 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, hiện nay, biến tần đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau và phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay, biến tần có tích hợp cả bộ PID hay tích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.
Qua các phần trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về khái niệm biến tần, cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của biến tận. Vậy biến tần có những công dụng gì, hãy cùng tìm hiểu về công dụng của biến tần trong phần dưới đây.
Biến tần có nhiều công dụng trong ngành công nghiệp tự động hóa cũng như trong dân dụng. Một số công dụng của biến tần phải kể đến như sau:
- Điều khiển tốc độ động cơ: Biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào. Tác dụng này của biến tần cho phép tăng độ chính xác và linh hoạt trong điều khiển tốc độ của máy móc, dây truyền sản xuất.
- Đảo chiều quay của động cơ: Chức năng này có thể cài đặt sẵn khi máy chạy hết hành trình, khi gặp sự cố cần phải đảo chiều hoặc điều khiển trực tiếp.
- Bảo vệ động cơ: Biến tần có thiết bị điện tử giám sát và đưa ra cảnh báo hoặc dừng cấp điện cho động cơ trong khi chạy khi gặp các sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, mất pha,... tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
- Biến tần có chức năng làm giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, biến tần sử dụng mạch khởi động sao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
- Ngoài ra, một số biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.
- Quá trình khởi động động cơ thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ có tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, từ đó giúp tăng tuổi thọ động cơ.
- Sử dụng biến tần để chạy động cơ còn có tác dụng giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.
- Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu thông qua đi-ốt và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó biến tần có tác dụng làm giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, từ đó làm giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
- Biến tần giúp tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí bảo trì động cơ do động cơ không bị quá tải và không hoạt động ở công suất tối đa trong suốt thời gian dài.
- Biến tần có tác dụng giảm độ ồn và độ rung của động cơ, cải thiện môi trường làm việc và giảm ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động.
- Ở phần trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được một số công dụng của biến tần trong sản xuất công nghiệp cũng như trong dân dụng. Vậy biến tần có những ứng dụng gì trong thực tế? Hãy tìm hiểu trong phần dưới đây
- Với nhiều tác dụng cũng như các ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất công nghiệp và dân dụng. Biến tần có một số ứng dụng chính trong thực tế như sau:
+ Biến tần sử dụng trong máy bơm nước, quạt, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm,... giúp cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong hệ thống máy móc
+ Biến tần được sử dụng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cả máy móc trong các ngành, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất và công trường ví dụ như: băng chuyền, máy cắt gỗ, máy nghiền,...
