Nhiều doanh nghiệp hiện nay không thể thiếu máy biến tần. Biến tần được ứng dụng để giúp điều khiển tốc độ động cơ, tối ưu hiệu suất. Cùng Makel tìm hiểu về nguyên lý hoạt động cũng như lợi ích của biến tần qua bài viết dưới đây nhé!
1. Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi tần số. Từ đó, có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp. Và cơ chế này không cần dùng đến các hộp số cơ khí.
Các linh kiện bán dẫn được sử dụng trong biến tần để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ. Sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần 1 pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V, biến tần 3 pha 660V, biến tần trung thế...
Bên cạnh các dòng biến tần đa năng, các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC;...
Biến tần là gì?Chúng ta sẽ phân loại biến tần theo đặc tính của dòng điện. Vì thế ta có 2 loại chính là biến tần AC và biến tần DC.
Biến tần AC: là loại được sử dụng phổ biến, dùng để điều khiển tốc độ của động cơ, motor điện xoay chiều
Biến tần DC: loại này được dùng trong các ứng dụng kiểm soát rẽ nhánh của các động cơ, motor điện một chiều.
2. Cấu tạo
Cấu tạo của biến tần bao gồm: Khối chỉnh lưu đầu vào, khối nghịch lưu và phần điều khiển.
Trong biến tần có các bộ phận với chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định. Mục đích làm biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ.
Biến tần chứa bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển. Thêm vào đó, kết hợp thêm bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông,...
3. Nguyên lý hoạt động
Đầu tiên, nguồn điện 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 diode và tụ điện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)
Điện áp một chiều này 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). tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha.
Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện.
Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực cho phép 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.
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 theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển.
Đối với tải có momen không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
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. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau.
4. Lợi ích
Biến tần đang dần trở thành thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những doanh nghiệp có nguồn lực tài chính dồi dào, những lợi ích mà biến tần mang lại rất lớn.
Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí.
Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất.
Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.
Trong những hệ thống phức tạp, biến tần đóng vai trò quan trọng đối với những motor công suất lớn. Bài viết trên đã phần nào giải thích được lý do tại sao biến tần có thể giúp điều khiển tốc độ động cơ linh hoạt hơn.
Hy vọng những thông tin về biến tần trên sẽ giúp ích cho bạn. Theo dõi Makel để biết thêm thông tin.
