Biến Tần Là Gì – Nguyên Lý Cấu Tạo

Biến Tần Là Gì – Nguyên Lý Cấu Tạo

Bạn muốn tiết kiệm điện năng, hạn chế động cơ bị hỏng, cải tiến và nâng cao năng suất hay điều khiển máy móc hoạt động ở tốc độ thích hợp, thì biến tần sẽ là sự lựa chọn lý tưởng dành cho bạn. Bạn là một kỹ sư, sinh viên kỹ thuật hay chỉ đơn giản muốn hiểu biết thêm về công nghệ này, hãy cùng Song Nguyên khám phá sự thú vị từ biến tần nhé!

 1. Biến tần là gì ?

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp điều chỉnh được. Biến tần là một phần tử quan trọng trong hệ thống điều khiển và tự động hóa, đã thay đổi cách chúng ta thiết kế, chế tạo  và vận hành máy móc.

Biến tần không phải thiết bị tiêu thụ điện chính và cũng không phải thiết bị tạo ra công suất; thay vào đó, nó nhận công suất từ nguồn điện 1 pha hoặc 3 pha đầu vào và chuyển nó thành nguồn điện 3 pha ngõ ra cung cấp cho động cơ.

Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động thì biến tần cũng tiêu hao một phần điện năng cho nên hiện nay trên thế giới rất coi trọng hiệu suất của biến tần (các loại biến tần mới của các hãng sản xuất mà Song Nguyên phân phối như: Nidec, Yaskawa có hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên đến 98%).

Và nếu hiệu suất của biến tần đạt 98% nghĩa là bạn bị mất đi 2% năng lượng tổn thất qua biến tần và đối với các loại biến tần thế hệ cũ hay các loại biến tần sử dụng linh kiện công suất công nghệ cũ thì tỉ lệ tổn thất chắc chắc sẽ cao hơn. 

 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của biến tần:

Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:

Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.

Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.

Mạch chuyển đổi tần số: 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 điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.

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: 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: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),…

Nguyên lý hoạt động của biến tần:

• Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được đưa vào bộ chỉnh lưu để tạo ra nguồn điện 1 chiều DC. sau đó dòng điện 1 chiều DC được đưa qua bộ lọc gồm tụ DC và cuộn kháng DC để lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.
• Điện áp một chiều này sau đó được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
• Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Như đã nói ở trên, các loại biến tần mới, sử dụng công nghệ hiện đại thì hiệu suất chuyển đổi lên đến 98%.
• Ngoài ra, một số loại biến tần còn được tích hợp nhiều thuật toán điều khiển khác nhau phù hợp với từng loại tải khác nhau như: tải mô men không đổi, mô men tuyến tính theo tốc độ, mô men tỉ lệ bậc 3 hay tải momen căn bậc 2… nhờ đó mà động cơ được vận hành êm ái, không bị rung, không ồn hay bị nóng và tối ưu về mặt sử dụng năng lượng cho từng loại tải cụ thể.

 3. Phân loại biến tần:

Biến tần AC:

Biến tần sử dụng điện áp AC được sử dụng vô cùng rộng rãi, hầu hết hơn 85% các loại biến tần hiện nay sử dụng điện áp AC.

Phân loại biến tần theo pha. Chúng ta sẽ có loại biến tần 1 pha và biến tần 3 pha đều sử dụng điện áp AC, dùng phổ biến ở trong các nhà máy.

Biến tần DC:

Biến tần DC kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện một chiều, thiết kế này của động cơ điện một chiều phân chia phần cảm ứng điện và mạch rẽ nhánh.

Với loại này, các thiết bị chuyển mạch đầu ra tạo ra một sóng sin mới cho điện áp của động cơ điện bằng cách nhập một loạt các sóng vuông ở các điện áp khác nhau.

Các loại biến tần này thường được làm việc với sự hỗ trợ của một tụ điện lớn.

Biến tần 1 pha:

Hay còn gọi là biến tần 1 pha ra 3 pha. Để thuận tiện hơn trong việc mua bán thì người ta hay gọi tắt một cách dễ hiểu là biến tần 1 pha.

Biến tần 1 pha thì có loại điện áp đầu vào là 1 pha (220V) và đầu ra là 3 pha 220V. hoặc đầu vào 1 pha 220V đầu ra 3 pha 380V

Biến tần 3 pha:

Khi nói đến biến tần 3 pha, chúng ta sẽ hiểu mặc định rằng điện áp đầu vào là 380V và đầu ra là 380V vì lưới điện cung cấp cho các nhà máy ở Việt Nam là 3 pha 380V và hầu hết các nhà phân phối biến tần ở trong nước đều tồn trữ hàng 3 pha 380V

Biến tần hòa lưới:

Loại biến tần này hay còn được gọi là biến tần năng lượng mặt trời, chuyên dùng trong lĩnh vực sản xuất điện năng lượng mặt trời.

Khi tấm pin năng lượng mặt trời thu thập năng lượng từ mặt trời và chuyển thành dòng điện 1 chiều. Để các tải có thể sử dụng thì ta phải chuyển dòng điện 1 chiều này thành dòng điện xoay chiều 220V và hòa vào lưới điện.

Lúc này, người ta sẽ sử dụng các biến tần hòa lưới (hoặc inverter hòa lưới) để chuyển dòng điện 1 chiều này thành dòng điện xoay chiều và đưa về tải để tiêu thụ.

Biến tần hoạt động hoàn toàn tự động bằng năng lượng mặt trời, toàn bộ hệ thống sẽ tự động ngắt khi trời tối và hoạt động khi có nắng trở lại.

Biến tần ma trận (biến tần trực tiếp):

Là loại biến tần công nghệ mới được hãng Yaskawa phát triển đầu tiên và duy nhất trên thế giới cho đến thời điểm hiện nay (tháng 9 năm 2023). Biến tần ma trận (trực tiếp) không chỉnh lưu nguồn điện đầu vào thành nguồn DC rồi lại nghịch lưu thành AC.

Thay vào đó, biến tần ma trận sử dụng các cặp IGBT bố trí như một ma trận để điều chỉnh dòng điện xoay chiều tần số cố định đầu vào thánh dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi được ở đầu ra và có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn các phương pháp truyền thống.

Ngoài ra, biến tần ma trận (trực tiếp) còn có khả năng thu hồi năng lương tái sinh (do quán tính của động cơ) trả về điện lưới giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tối ưu sóng hài gây ra cho lưới điện và động cơ

Để hiểu rõ hơn về biến tần ma trận và các lợi ích vượt trội của nó, các bạn có thể tham khảo thêm ở đây: Biến Tần Yaskawa U1000 (songnguyen.vn)

Biến tần hạ thế:

Là loại biến tần có đầu vào là 110V, 220V, 380V.

Biến tần trung thế:

Loại biến tần này có điện áp đầu vào rất lớn như 3-3.3 kV, 4kV, 6-6.6kV, 10 kV, 11 kV. Ở Việt Nam, các hệ thống sử dụng loại biến tần này rất ít.

4. Ứng dụng và các lưu ý khi sử dụng biến tần:

Ứng dụng của biến tần:

Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể 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, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, 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 máy công tác,…

Lưu ý khi sử dụng biến tần:

Điều đầu tiên, bạn cần làm khi sử dụng biến tần là đọc kỹ các thông số biến tần, do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, điều đó sẽ giúp bạn biết rõ cách đấu dây biến tần đúng quy chuẩn.

Hơn thế nữa, bạn nên chọn các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao đến lắp đặt và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó, cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.

Lựa chọn biến tần phù hợp với ứng dụng cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo độ bền, độ ổn định và hiệu suất của hệ thống. Trong nhiều trường hợp chọn sai biến tần khi hoạt động có thể bị lỗi không chạy được, chọn biến tần quá dư công suất gây lãng phí.

Song Nguyên – địa chỉ tin cậy cung cấp các dòng biến tần chính hãng, chất lượng, bảo hành dài hạn như Yaskawa, Nidec – Control Techniques, Danfoss, Inovance,… Đặc biệt, luôn stock sẵn kho một số mã hàng để phục vụ nhanh chóng cho Quý Khách Hàng.

>>> Tham khảo thêm thông tin về biến tần tại: Xử Lý Một Số Lỗi Thường Gặp Chung Của Biến Tần

Hãy kết bạn Zalo, hoặc gọi trực tiếp cho chúng tôi khi cần hỗ trợ thêm bất cứ thông tin nào bạn nhé! =>> Mr. Sang – 0903 90 76 98, Mr. Phương – 0902 99 27 86, Hotline: 0938 60 42 60. Bạn cũng có thể xem thêm thông tin trên kênh Youtube: Anh Sang – Song Nguyên hoặc Fanpage: Kỹ Thuật Song Nguyên ./.