Biến tần: Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế - AME

Biến tần là gì?

Biến tần hay Inverter là thiết bị điện tử hoặc mạch điện có khả năng biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC) ở điệp áp, tần số này thành dòng điện xoay chiều có mức điện áp và tần số khác.

Hiểu 1 cách đơn giản biến tần chính là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ giúp điều khiển tốc độ của động cơ một cách vô cấp mà không dùng đến hộp số cơ khí.

Khi đó, điện áp đầu vào – đầu ra, tần số và công suất được điều chỉnh thuộc thuộc vào mỗi thiết bị và mạch điện khác nhau. Biến tần không sinh ra công suất mà công suất được cấp từ nguồn điện 1  pha hoặc 3 pha. Hiện nay, biến tần có thể là 1 thiết bị hoàn toàn điện tử hoặc là sự  kết hợp giữa các hiệu ứng cơ khí và mạch điện tử.

Cấu tạo của biến tần

Một bộ biến tần được cấu tạo bởi nhiều bộ phận, mỗi bộ phận sẽ có các chức năng riêng, cụ thể bộ phận chính cấu tạo nên thiết bị này bao gồm:

• Bộ chỉnh lưu
• Bộ lọc
• Bộ nghịch lưu IGBT
• Mạch điều khiển

Bên cạnh đó, biến tần còn có thể được cải tiến với các bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình, module truyền thông,….

Cấu tạo của biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Biến tần có nguyên lý hoạt động như sau:

• Nguồn điện xoay chiều 1 hoặc 3 pha được chỉnh về nguồn 1 chiều bằng phẳng nhờ bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Khi đó hệ số công suất cosphi có giá trị ít nhất 0.96 và không phụ thuộc vào tải. Hệ IGBT có nhiệm vụ làm điện áp 1 chiều biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM). Hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần siêu âm giúp giảm tổn thất bên trong động cơ và hạn chế tiếng ồn.
• Điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số tùy theo bộ điều khiển. Các tải có momen không đổi thì tỉ số điện áp và tần số không thay đổi, tuy nhiên với tải bơm và quạt thì điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Vì vậy đặc tính mô men là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm, quạt (mô men là hàm bậc 2 của điện áp).
• Biến tần hiện nay cũng được sử dụng nhiều kiểu điều khiển khác nhau, phù hợp với các loại phụ tải. Trong đó bộ PID được lắp trong các biến tần phù hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau giúp điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Các loại biến tần

Biến tần hiện được sản xuất với nhiều chủng loại  khác nhau. Bên cạnh phân loại biến tần theo mức công suất thì dựa vào đặc tính mà người ta phân chúng là 2 loại:

• Biến tần AC: Được sử dụng trong hoạt động điều khiến tốc độ của động cơ, motor điện xoay chiều
• Biến tần DC: Dùng trong việc kiểm soát rẽ nhánh của động cơ, motor 1 chiều
• Hỗ trợ quá trình điều khiển và giám sát

Ưu điểm khi sử dụng biến tần

Là loại thiết bị điện tử vô cùng quan trọng, mang đến nhiều lợi ích cho con người. Hãy cùng tìm hiểu những ưu điểm khi sử dụng biến tần với AME nhé!

• Giúp thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay của động cơ dễ dàng, nhanh chóng.
• Không gây các tình trạng sụt áp, khó khởi động bởi khả năng giảm dòng khởi động.
• Khởi động động cơ từ tốc độ thấp đến tốc độ cao không mang tải lớn tránh hư hại các bộ phận cơ khí, ổ trục, và kéo dài tuổi thọ cho động cơ.
• Tiết kiệm năng lượng hơn nhiều lần so với việc chạy động cơ trực tiếp.
• Có nguyên lý làm việc bằng chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, giảm dòng, giảm chi phí trong thời gian lắp tụ bù, giảm hao phí điện năng.
• Hỗ trợ quá trình điều khiển, giám sát từ trung tâm dễ dàng bởi biến tần được tích hợp các module truyền thống khác nhau.

Ứng dụng của biến tần

Với nhiều lợi ích và ưu điểm vượt trội, biến tần được sử dụng để trong các lĩnh vực khác nhau từ công nghiệp đến dân dụng. Trong thực tế, biến tần có những ứng dụng cụ thể như sau:

Trong các thiết bị điện tử

Chúng ta đều nghe tủ lạnh, điều hòa sử dụng công nghệ Inverter (biến tần) với hiệu suất năng lượng tốt. Các biến tần được sử dụng để tạo dòng điện có tần số hơn 50Hz giúp tăng hiệu suất điều khiển và vận hành của motor. Dòng biến tần có công suất nhỏ được sử dụng để làm các chấn lưu điện tử cho đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn nền màn hình phẳng TFT,…

Ứng dụng biến tần trong thiết bị điện tử

Trong các UPS

UPS hay nhóm biến tần là một hệ thống nguồn cung cấp liên tục (bộ lưu trữ điện dự phòng) cho hệ thống điện toán. Thiết bị này được ứng dụng để biến đổi điện của các pin sạc lên điện xoay chiều,  được kích hoạt khi hệ thống điện lưới bị mất. Nguồn điện năng của thiết bị này đủ để sử dụng trong hệ thống máy tính gia đình.

Trong các thiết bị điện năng

Trong các hệ thống nhà máy sản xuất năng lượng điện mặt trời, điện gió, điện thủy triều,…. biến tần được sử dụng để chuyển đổi các nguồn điện trên sang điện xoay chiều công nghiệp, giúp ổn định công suất và điện áp sau khi được sản xuất. Sử dụng Inverter hòa lưới cần có hệ thống kiểm soát dạng xung, pha và điện áp.

Đối với biến tần sử dụng trong hệ thống điện mặt trời thì cần có khả năng vận hành lớn, công suất hàng kW, biến lên AC 220V/100V

Ứng dụng của biến tần trong các thiết bị điện năng

Trong công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, biến tần cũng được ứng dụng phổ biến :

• Hệ thống cấp nước: Biến tần giúp hệ thống cấp nước của các tòa nhà cao tầng có thể hoạt động hiệu quả, tăng điện áp lên cao hơn giúp máy bơm vận hành tốt, đồng đều và hiệu quả.
• Quạt hút hoặc đẩy: Hệ thống quạt hút bụi, thổi lò, thông gió trong công nghiệp lắp đặt các biến tần giúp động cơ điều khiển ở áp lực cao, tiết kiệm điện năng, bảo vệ và nâng cao tuổi thọ cho động cơ.
• Hệ thống nén khí: Hoạt động theo phương thức đóng, cắt, khi áp suất đạt đến giới hạn trên, máy nén đi vào trạng thái hoạt động không tải. Thông thường motor được thiết kế dư tải, dòng khởi lớn nên khi chúng hoạt động liên tục không tải sẽ gây ra lượng tiêu hao năng lượng không nhỏ.
• Hệ thống nâng-hạ: Biến tần giúp thiết bị nâng hạ có hệ thống hãm tái sinh, tra năng lượng về lưới, giúp tiết kiệm và đảm bảo an toàn một cách tối đa.

Ứng dụng của biến tần trong công nghiệp

Cách lựa chọn biến tần

Trên thị trường hiện có nhiều loại biến tần với các tính năng, thông số khác nhau. Vì vậy việc lựa chọn biến tần phù hợp, chính xác có vai trò vô cùng quan trọng. Dưới đây là cách lựa chọn loại thiết bị này mà quý vị có thể lựa chọn, tham khảo:

• Phù hợp với công suất, động cơ: Động cơ 1 pha hoặc 3 pha cần sử dụng loại biến tần tương thích. Công suất biến tần cần lớn hơn hoặc bằng công suất của động cơ.
• Tính năng sử dụng: Xác định được biến tần sử dụng với mục đích gì, tốc độ cần bao nhiêu, tính năng gì đặc biệt, đồng bộ hệ thống hay truyền thông,…. Có thể tham khảo các dòng biến tần thông dụng như GD20, GD200A,…
• Dựa vào tải thực tế: Biến tần cần có tải trọng phù hợp, xem máy móc động cơ là loại tải trọng nặng, nhẹ hay trung bình theo đó lựa chọn thiết bị phù hợp nhất, đảm bảo hiệu quả sử dụng.
• Thuận tiện cho người lập trình: Biến tần thuận tiện cho người lập trình điều khiển. Đối với việc thay thế biến tần khi bị hỏng, cần sử dụng loại có thông số cũ tương đương để không ảnh hưởng đến quá trình vận hành.
• Sản phẩm uy tín, chính hãng: Mua hàng tại các đơn vị cung cấp uy tín, các sản phẩm từ các thương hiệu nổi tiếng trên thị trường, đảm bảo về chất lượng, bền bỉ và luôn sẵn sàng hỗ trợ khách hàng.

Lưu ý khi sử dụng biến tần

Khi sử dụng biến tần, bạn cần lưu ý  các vấn đề sau:

• Hệ thống thiết bị được thiết kế bởi kỹ sư chuyên nghiệp, tính toán về lượng tải, công suất để chọn biến tần phù hợp, tối ưu chi phí cho khách hàng.
• Cân nhắc về nhu cầu sử dụng biến tần, hoặc có thể sử dụng các biện pháp thay thế khác như khởi động mềm, khởi động sao tam giác,….
• Tìm hiểu kỹ càng về thiết bị sử dụng, nắm rõ được thông số tính năng và người có chuyên môn.
• Đảm bảo thi công lắp đặt chuẩn kỹ thuật, tuân thủ các tiêu chuẩn về an toàn tính mạng con người.

Các dòng biến tần phổ biến trên thị trường

Các thương hiệu sản xuất thiết bị điện ngày càng phát triển mạnh các dòng biến tần khác nhau trên thị trường. Bạn có thể tham khảo và lựa chọn các sản phẩm đến từ các thương hiệu khác nhau với chất lượng cao và giá trị sử dụng tuyệt vời.

Loại xuất xứ từ châu Âu

Châu Âu là cái nôi của các thương hiệu sản xuất thiết bị điện lớn trên thế giới với chất lượng tốt, sử dụng bền bỉ và lâu dài. Một số thiết bị biến tần của các thương hiệu nổi tiếng có thể kể đến:

• Biến tần Schneider: Được sản xuất bởi thương hiệu nổi tiếng tại Pháp, biến tần này được sử dụng trên khắp các quốc gia khác nhau. Công ty đã cho mở rộng các nhà máy sản xuất tại Trung Quốc, Indonesia để  mở rộng thị trường, cản tiến và nâng cấp chất lượng sản phẩm thường xuyên.

Biến tần Schneider

• Biến tần ABB: Đây là sản phẩm từ thương hiệu Thụy Sỹ, được nghiên cứu và sản xuất bởi đội ngũ chuyên gia trong lĩnh vực điện, điện tử. Sản phẩm có đa dạng mẫu mã, tính năng khác nhau phục vụ và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của khách hàng.

Biến tần ABB

• Biến tần Siemens: Siemens là tập đoàn của Đức hoạt động trên 200 quốc gia với lĩnh vực chính là điện khí hóa, tự động hóa và số hóa.
• Biến tần DANFOSS: Sản phẩm có khả năng chống nước vượt trội, sử dụng bền bỉ và lâu dài.,
• Bên cạnh các biến tần trên thì cũng có 1 các sản phẩm biến tần khác đến từ châu Âu có thể kể đến như Emerson, Keb, Vacon, Lenze, Control Technique, Allen…

 Loại xuất xứ Nhật Bản

`Nhật Bản nổi tiếng với các tập đoàn điện, điện tử nổi tiếng. Biến tần chất lượng cũng được từ đây ra đời với các thương hiệu tên tuổi như Yaskawa, Mitsubishi, FuJi, Panasonic, Hitachi, Toshiba… Sản phẩm có tính ổn định cao, tuổi thọ lâu dài với giá thành hợp lý.

Loại xuất xứ Trung Quốc

Nhiều loại biến tần từ Trung Quốc cũng được du nhập vào Việt Nam như INVT, Sumo, Inovance, Veichi, Sinee, Gtake, ENC, Powtran, Alpha, Sunfar, Rexrorth, Lion, Hedy, Saj, Chziri, Micno, Chinsc, Senlan…Các dòng biến tần này có chất lượng tương đối ổn định, giá rẻ.

Loại xuất xứ Đài Loan

Delta và Shihlin là 2 thương hiệu sản xuất biến tần đến từ Đài Loan có nhiều tính năng nổi bật, được sản xuất với công nghệ hiện đại và được kiểm soát chặt chẽ về chất lượng.

Loại xuất xứ Hàn Quốc

Biến tần LS đến từ Hàn Quốc là sản phẩm cũng khá phổ biến, giá thành phù hợp và rẻ hơn so với các sản phẩm đến từ Nhật Bản.

Tóm lại, trên đây là tổng quan các thông tin quan trọng AME Group cung cấp cho quý vị về chủ đề biến tần. Hiện có không ít sản phẩm khác nhau trên thị trường nên người tiêu dùng lựa chọn kỹ lưỡng về các thông số, tính năng và nhu cầu sử dụng của thiết bị điện tử này nhé!