Biến tần 3 pha là gì? Cấu tạo, nguyên lý và phân loại

 

Biến tần 3 pha là gì?

Biến tần 3 pha là thiết bị điện thông minh có khả năng thay đổi chính xác tần số và điện áp của nguồn điện đầu ra (từ nguồn 3 pha tiêu chuẩn 220V hoặc 380V).

Cơ chế điều chỉnh tần số tinh vi này cho phép thiết bị kiểm soát tốc độ quay của động cơ xoay chiều một cách liên tục và mượt mà, từ tốc độ rất thấp đến vượt tốc độ định mức, mà không cần đến các hộp số hay bộ truyền động cơ khí cồng kềnh. Đây chính là khả năng “điều khiển vô cấp”, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả vận hành chưa từng có.

Nhờ khả năng thích ứng vượt trội này, thiết bị đã trở nên phổ biến và ứng dụng rộng rãi hơn đáng kể so với biến tần 1 pha trong hầu hết các ngành công nghiệp. Chúng đóng vai trò quan trọng cho một loạt các loại động cơ, từ các dòng động cơ không đồng bộ 3 pha tiêu chuẩn, cho đến những loại chuyên dụng yêu cầu độ chính xác cao như động cơ đồng bộ, động cơ servo (ASM), động cơ spindle trong máy CNC, hay các hệ thống truyền động trực tiếp phức tạp.

 

 

Cấu tạo của biến tần 3 pha

Để hiểu cách biến tần 3 pha có thể “biến hóa” nguồn điện để điều khiển động cơ linh hoạt, chúng ta cần nhìn vào cấu tạo cốt lõi của nó:

Mạch chỉnh lưu (Rectifier Circuit)

Đây là “cửa ngõ” đầu tiên tiếp nhận nguồn điện xoay chiều (AC) 3 pha từ lưới điện (có thể là 220V hoặc 380V). Sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất như Diode hoặc Thyristor, mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện xoay chiều này thành dòng điện một chiều (DC).

Bộ lọc DC (DC Filter – Thường gồm tụ điện nắn phẳng)

Ngay sau mạch chỉnh lưu, điện áp DC tạo ra vẫn còn gợn sóng. Bộ lọc DC, với thành phần chính là các Tụ điện dung lượng lớn, có vai trò làm phẳng điện áp DC này, tạo ra một “nguồn” điện áp một chiều ổn định và bằng phẳng hơn. Đây còn được gọi là Bus DC, là “kho năng lượng” trung gian cho giai đoạn tiếp theo.

Mạch nghịch lưu (Inverter Circuit)

Đây là “trái tim” tạo ra tần số biến đổi. Mạch nghịch lưu sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất tiên tiến như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Dưới sự điều khiển chính xác từ mạch điều khiển, các IGBT này sẽ đóng cắt (bật/tắt) cực nhanh theo một “hình mẫu” được tính toán sẵn dựa trên nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM – Pulse Width Modulation).

Quá trình đóng cắt DC này sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều (AC) đầu ra có tần số và điện áp mong muốn để cấp cho động cơ. Đây là bước biến đổi từ DC thành AC có tần số thay đổi.

Mạch điều khiển (Control Circuit)

Được ví như “bộ não” của biến tần, mạch này sử dụng vi xử lý mạnh mẽ để tiếp nhận các tín hiệu lệnh từ bên ngoài (như tốc độ mong muốn, lệnh chạy/dừng), đọc các thông số phản hồi từ động cơ (tốc độ thực tế, dòng điện…), xử lý dữ liệu và tính toán ra các “hình mẫu” xung đóng cắt chính xác cho mạch nghịch lưu theo nguyên lý PWM. Mạch điều khiển đảm bảo biến tần hoạt động an toàn, ổn định, thực hiện đúng các chương trình đã cài đặt.

 

Nguyên lý hoạt động của biến tần 3 pha

Hiểu rõ nguyên lý hoạt động là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của biến tần 3 pha. Quá trình biến đổi và điều khiển năng lượng diễn ra theo một trình tự logic, cho phép chúng ta kiểm soát động cơ 3 pha linh hoạt chưa từng thấy:

1. Giai đoạn chỉnh lưu (AC sang DC):

Nguồn điện xoay chiều (AC) 3 pha từ lưới điện (ví dụ: 220V hoặc 380V với tần số 50/60Hz cố định) đi vào bộ chỉnh lưu, thường là cầu Diode hoặc Thyristor. Tại đây, dòng điện AC được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC).

Ngay sau đó, một Bộ Lọc DC (chủ yếu là hệ thống tụ điện) sẽ làm phẳng điện áp DC này, tạo ra một “Bus DC” tương đối ổn định. Đặc điểm thiết kế này góp phần giúp biến tần hiện đại đạt được hệ số công suất đầu vào cao (thường ≥0.96), ít bị ảnh hưởng bởi tải động cơ.

2. Giai đoạn nghịch lưu (DC sang AC biến đổi):

Điện áp một chiều (DC) từ Bus DC là nguồn năng lượng cho mạch nghịch lưu (Inverter). Mạch này sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất tốc độ cao như IGBT. Dưới sự điều khiển chính xác của bộ vi xử lý, các IGBT này thực hiện việc đóng cắt dòng điện DC cực nhanh theo nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM).

Kỹ thuật PWM cho phép biến tần tạo ra một dạng sóng điện áp đầu ra là xoay chiều (AC) với biên độ (điện áp hiệu dụng) và tần số có thể thay đổi độc lập, liên tục (vô cấp) theo mong muốn. Nhờ công nghệ bán dẫn lực, vi xử lý tiên tiến, tần số chuyển mạch xung hiện nay có thể lên đến dải siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ cũng như tối ưu hóa tổn thất năng lượng.

3. Nguyên lý điều khiển tần số và điện áp (V/f Control):

Bộ điều khiển (Control Circuit) là “bộ não” chỉ đạo toàn bộ hoạt động của Biến tần. Dựa trên các lệnh cài đặt tốc độ và thông tin phản hồi từ hệ thống, bộ điều khiển sẽ tính toán và đưa ra các tín hiệu PWM phù hợp cho mạch nghịch lưu để tạo ra điện áp và tần số đầu ra chính xác cho động cơ. Mối quan hệ giữa điện áp (V) và tần số (f) đầu ra được gọi là quy luật V/f. Quy luật này được thiết lập tùy theo đặc tính của tải động cơ:

• Đối với tải mô-men không đổi (Constant Torque Loads): Áp dụng cho các tải cần lực kéo/đẩy như băng tải, máy nâng hạ… Biến tần thường điều khiển theo quy luật V/f = Hằng số. Tức là khi tần số thay đổi, điện áp cũng thay đổi theo tỷ lệ tương ứng để giữ cho tỷ số V/f (tỷ lệ với từ thông trong động cơ) là không đổi, đảm bảo động cơ cung cấp mô-men xoắn ổn định ở các tốc độ khác nhau.
• Đối với tải mô-men biến đổi (Variable Torque Loads – Điển hình là Bơm & Quạt): Với các ứng dụng bơm ly tâm và quạt, mô-men xoắn yêu cầu từ tải tỷ lệ với bình phương tốc độ quay. Để động cơ hoạt động hiệu quả nhất, Biến tần sẽ điều khiển điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với bình phương tần số, tức là theo quy luật V/f² = Hằng số. Quy luật này giúp động cơ tạo ra đặc tính mô-men phù hợp với yêu cầu của tải, mang lại hiệu quả năng lượng tối ưu cho bơm và quạt ở các tốc độ khác nhau.

Chính nhờ khả năng chuyển đổi và điều khiển linh hoạt tần số/điện áp dựa trên các nguyên lý này, cho phép thiết bị kiểm soát tốc độ động cơ chính xác, khởi động/dừng êm ái, bảo vệ động cơ cùng hệ thống điện. Đồng thời tiết kiệm năng lượng vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

 

Các loại biến tần 3 pha phổ biến

Nắm bắt được các loại biến tần 3 pha phổ biến hiện nay là bước đầu tiên quan trọng để bạn có thể đưa ra quyết định đầu tư thông minh, đảm bảo thiết bị được chọn mang lại hiệu suất và độ bền tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

Biến tần 3 pha 220V

Thiết bị có khả năng nhận nguồn điện đầu vào là 3 pha (thường là 3 pha 220V hoặc trong một số trường hợp đặc biệt là 1 pha 220V và tạo ra ngõ ra 3 pha 220V – tùy loại cụ thể), sau đó sử dụng các công nghệ điều khiển tiên tiến (như PWM – Điều chế độ rộng xung) để thay đổi linh hoạt tần số và điện áp của dòng điện xoay chiều cấp cho động cơ.

Kết quả là, chúng ta có thể điều khiển tốc độ quay và mô-men xoắn của động cơ 3 pha 220V một cách mượt mà, chính xác và theo nhu cầu tải thực tế.

Ví dụ: SV004IG5A-2, SV008IG5A-2, SV015IG5A-2…

 

 

Biến tần 3 pha 380V

Đây là loại biến tần được thiết kế để hoạt động với nguồn điện đầu vào là 3 pha có điện áp danh định 380V (thường trong dải 380-400V hoặc 400-415V tùy khu vực). Chức năng cốt lõi của nó là biến đổi nguồn điện lưới 380V cố định này thành nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp đầu ra có thể điều chỉnh một cách liên tục.

Nhờ khả năng này, thiết bị cho phép kiểm soát chính xác tốc độ và mô-men xoắn của các loại động cơ 3 pha sử dụng điện áp 380V.

Ví dụ: SV004IG5A-4, SV008IG5A-4, SV015IG5A-4…

Để lựa chọn được loại biến tần 3 pha phù hợp nhất với nhu cầu và đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, việc tìm hiểu kỹ lưỡng là vô cùng quan trọng. AME Group với nhiều năm làm việc trong lĩnh vực điện, luôn sẵn sàng đồng hành, cung cấp các sản phẩm chất lượng cùng sự tư vấn tận tâm cho khách hàng.

>>> Có thể bạn quan tâm: Rơ le thời gian là gì? Cách đấu Time Delay 8 chân CHUẨN