Biến tần là thiết bị đóng góp không nhỏ vào việc tiết kiệm năng lượng điện.
Các loại biến tần được ứng dụng trong công nghiệp giúp tăng tuổi thọ của động cơ và nâng cao năng suất hoạt động. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết về biến tần là gì? Cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của biến tần và có các loại biến tần nào phổ biến hiện nay? Mời bạn tham khảo bài viết dưới đây của
Bảo An.
1. Biến tần là gì?
Biến tần (tên trong tiếng Anh là Inverter hay Variable frequency drives) là một thiết bị điện có chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào từ tần số này (50/60 Hz) sang một tần số khác ở đầu ra (thường là từ 0 đến 400Hz).
Biến tần là gì?
Để hiểu thêm về biến tần là gì? Mời bạn tham khảo thông số kỹ thuật và hình ảnh của sản phẩm Biến tần LS LSLV0015G100-4EONN 3 pha 380VAC 1.5kW hiện đang được phân phối ở Bảo An
tại đây.
2. Cấu tạo biến tần
Về cơ bản, biến tần được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính đó là: CPU điều khiển, bộ phận chỉnh lưu và bộ phận nghịch lưu. Cụ thể từng bộ phận như sau:
- Bộ phận chỉnh lưu (AC-DC): Bộ phận chỉnh lưu có chứa các diode bán dẫn có chức năng chuyển đổi nguồn điện nhận vào thành nguồn điện một chiều sau khi được nắn thắng.
- Bộ phận nghịch lưu (AC-DC): Bộ phận nghịch lưu bao gồm nhiều công tắc có thể bật/ tắt rất nhanh IGBT để đưa nguồn điện trở về dạng xoay chiều. Đây là bộ phận chính giúp thay đổi tần số điện áp để đưa vào động cơ hay hệ thống máy tính tùy theo thứ tự đóng ngắt và độ lớn nhỏ của công tắc.
- CPU điều khiển: CPU này có nhiệm vụ nhận thông tin từ các bộ trên và thực hiện xuất ra màn hình chính, từ đây người điều khiển có thể tiếp nhận thông tin và điều khiển nguồn điện tích hợp xuất ra. Ngoài ra, các loại biến tần còn có thể tích hợp nhiều module truyền dữ liệu đến máy tính cũng như các thiết bị khác, từ đó bạn có thể điều khiển cả hệ thống từ xa.
Cấu tạo biến tần
3. Nguyên lý hoạt động biến tần
Nguyên lý hoạt động của biến tần dựa trên việc điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra để kiểm soát tốc độ và vòng quay của động cơ điện. Cụ thể như sau:
- Điều chỉnh tần số: Đầu vào của biến tần là nguồn điện xoay chiều (AC) với tần số và điện áp cố định. Biến tần thay đổi tần số của nguồn điện này để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển đổi tín hiệu từ nguồn để tạo ra các xung nhất định, từ đó tạo ra tần số điện áp đầu ra thích hợp để điều khiển động cơ.
- Điều chỉnh điện áp: Khi tần số của nguồn điện thay đổi, biến tần cũng điều chỉnh điện áp đầu ra để đảm bảo rằng điện áp đầu vào động cơ luôn ổn định. Điều này giúp duy trì hiệu suất của động cơ ngay trước khi thay đổi tốc độ.
- Điều khiển mô men xoắn: Bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra, biến tần cũng có thể điều khiển moment xoắn của động cơ. Việc này rất hữu ích trong các ứng dụng cần thay đổi moment xoắn theo thời gian.
- Kiểm soát tốc độ: Bằng cách thay đổi tần số và điện áp đầu ra, biến tần giúp kiểm soát tốc độ vòng quay của động cơ theo mong muốn. Điều ngày có thể được thực hiện thông qua các tín hiệu điều khiển, ví dụ như tín hiệu analog hoặc kỹ thuật số.
Nguyên lý hoạt động biến tần
4. Các loại biến tần phổ biến hiện nay
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại biến tần khác nhau được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Dưới đây là các loại biến tần phổ biến
4.1. Biến tần 1 pha
- Biến tần 1 pha là các loại biến tần sử dụng điện áp đầu vào là 1 pha 220VAC. Biến tần 1 pha thường được sử dụng cho động cơ 1 pha và 3 pha với công suất từ 0.4kW đến 2.2kW.
- Các loại biến tần 1 pha thường được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Nông nghiệp (ứng dụng trong việc bơm nước tưới tiêu, sấy lúa,..) và dân dụng (ứng dụng trong các điều hòa không khí hay máy bơm nước gia đình).
4.2. Biến tần 3 pha
- Biến tần 3 pha là các loại biến tần sử dụng điện áp đầu vào 3 pha với điện áp 220VAC hoặc 3 pha 380VAC và có thể thay đổi tần số và điện áp đầu ra để điều khiển tốc độ và moment xoắn của động cơ. Các loại biến tần 3 pha thường được sử dụng cho các động cơ 3 pha có công suất 0,75kW đến hàng nghìn kW.
- Các loại biến tần 3 pha thường được sử dụng trong các lĩnh vực như: máy móc công nghiệp (máy tiện, máy phay, máy bào, máy dệt,...); hệ thống thang máy; bơm, quạt, hệ thống HVAC và năng lượng tái tạo.
4.3. Biến tần trực tiếp (biến tần nguồn dòng)
- Biến tần trực tiếp hay còn có tên gọi khác là biến tần nguồn dòng. Loại biến tần này sử dụng công nghệ điều khiển tiên tiến để biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp AC có tần số và điện áp mong muốn mà không cần qua khâu trung gian là điện áp một chiều (DC).
- Các loại biến tần trực tiếp thường được sử dụng cho các động cơ công suất lớn và đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp nặng như: ngành thép, ngành xi măng, ngành khai khoáng, ngành dầu khí.
4.4. Biến tần gián tiếp (biến tần nguồn áp)
- Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần nguồn áp là loại biến tần có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều thông qua bộ chỉnh lưu. Sau đó tiếp tục biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều có tần số và điện áp mong muốn thông qua bộ nghịch lưu.
- Các loại biến tần gián tiếp thường được sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ và trung bình, đặc biệt là trong các ứng dụng như: ngành công nghiệp nhẹ (máy dệt, máy in, máy thực phẩm); hệ thống HVAC; thang máy hay năng lượng tái tạo.
Trên đây là các loại biến tần được sử dụng phổ biến nhất, ngoài ra còn có các loại biến tần khác như: biến tần hạ thế, biến tần trung thế, biến tần hãm tái sinh, biến tần hãm tức thời, biến tần công suất lớn.
5. Các lợi ích khi sử dụng biến tần
Các lợi ích khi sử dụng biến tần có thể kể đến như sau:
- Tiết kiệm năng lượng: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu thực tế, giúp tiết kiệm từ 20% đến 50% năng lượng.
- Tăng tuổi thọ thiết bị: Các loại biến tần có thể giảm thiểu lực tác động lên các bộ phận cơ khí, kéo dài tuổi thọ động cơ.
- Cải thiện hiệu suất sản xuất: Biến tần điều chỉnh linh hoạt tốc độ làm việc, nâng cao năng suất.
- Giảm thiểu tiếng ồn: Biến tần giúp cho động cơ hoạt động ở tốc độ thấp hơn giúp giảm tiếng ồn.
- Dễ dàng bảo trì: Hệ thống điều khiển thông minh giúp phát hiện sớm vấn đề, giảm thời gian ngừng hoạt động.
Các lợi ích khi sử dụng biến tần
6. Ứng dụng biến tần
Biến tần có rất nhiều các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Các ứng dụng của biến tần có thể kể đến như sau:
- Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp:
- Quy trình sản xuất: Các loại biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ và moment xoắn của động cơ trong các quy trình sản xuất. Ví dụ như nâng hạ, truyền động máy móc, lắp ráp sản phẩm, vận chuyển và đóng gói. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.
- Cơ điện và dệt may: Biến tần sử dụng trong ngành cơ điện và dệt may giúp kiểm soát tốc độ và moment xoắn của động cơ trong các thiết bị như máy cắt, máy nhuộm, máy thêu và máy dệt.
- Bơm và quạt: Biến tần ứng dụng trong bơm và quạt giúp tiết kiệm năng lượng và duy trì hiệu suất cao.
- Năng lượng tái tạo: Trong các ứng dụng sử dụng năng lượng tái tạo thì biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ và điện áp của các động cơ để tối ưu hóa sản xuất năng lượng.
- Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày:
- Thang máy và thang cuốn: Biến tần được sử dụng để kiểm soát tốc độ và moment xoắn của động cơ trong hệ thống thang máy và thang cuốn giúp cho vận chuyển an toàn và hiệu quả.
- Hệ thống thủy lực và cơ khí: Biến tần có thể được sử dụng để kiểm soát tốc độ và moment xoắn của các thiết bị cơ khí như cửa cuốn, cổng tự động, máy kéo giúp tăng tính an toàn của hệ thống.
- Hệ thống nước nóng và lạnh: Biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và áp suất của bơm và quạt giúp tiết kiệm năng lượng khi sử dụng.
Ứng dụng biến tần
7. Các lưu ý khi sử dụng biến tần
Khi sử dụng biến tần, cần lưu ý những điểm sau:
- Chọn biến tần phù hợp: Đảm bảo rằng biến tần phù hợp với công suất và yêu cầu của thiết bị.
- Lắp đặt đúng cách: Tuân thủ hướng dẫn lắp đặt và bảo trì để tránh hư hỏng.
- Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các vấn đề.
- Bảo vệ thiết bị: Sử dụng các thiết bị bảo vệ như cầu chì, biến trở để bảo vệ biến tần khỏi quá tải và ngắn mạch.
- Đảm bảo thông gió: Cần có hệ thống thông gió tốt để làm mát biến tần, tránh quá nhiệt.
Kết luận: Biến tần là thiết bị quan trọng trong việc điều khiển động cơ điện, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất hoạt động. Với nhiều loại và ứng dụng đa dạng, biến tần ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Khi sử dụng biến tần, việc nắm rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các lưu ý quan trọng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
