Biến tần là gì? cấu tạo, tác dụng, nguyên lý biến tần 2020

Biến tần là gì ? cấu tạo biến tần ? tác dụng của biến tần ? công dụng của biến tần? nguyên lý biến tần ? các thông số cơ bản của biến tần ? Cùng Biến tần Hoàng Vina tìm hiểu qua bài viết bên dưới.

Biến tần là gì
Biến tần là gì

Biến tần là gì ?


Biến tần là gì? biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha.
Nó là thiết bị dùng để thay đổi tần số của của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ. Từ đó thay đổi tốc độ động cơ theo công thức trên.
Sơ đồ cấu tạo biến tần
Sơ đồ cấu tạo biến tần

Cấu tạo của biến tần


Cấu tạo của biến tần
Cấu tạo của biến tần

Biến tần gồm 6 bộ phận chính như sau: Bộ chỉnh lưu, Tuyến dẫn Một chiều,  IGBT, Bộ kháng điện xoay chiều, Bộ điện kháng Một chiều, Bộ điện kháng Một chiều

Bộ chỉnh lưu
  • Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.
  • Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều. Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để cho phép chuyển đổi từ điện xoay chiều ba pha thành điện một chiều.
  • Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC).
Tuyến dẫn Một chiều
  • Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình Tuyến dẫn Một chiều sẽ làm tăng điện dung.
  • Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.
IGBT
  • Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện.
  • Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang.
  • Trong hình bên dưới, sóng hình tam giác nhiều chấm biểu thị sóng mang và đường tròn biểu thị một phần sóng dạng sin.
  • Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang, độ rộng xung có thể thay đổi.
  • PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin. Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.
Bộ kháng điện xoay chiều
  • Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.
  • Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều. Ngoài ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều. Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn.
  • Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ.
  • Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.
  • Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.
Bộ điện kháng Một chiều
  • Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.
  • Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên. Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều.
  • Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu.
Bộ điện kháng Một chiều
  • Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện.
  • Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều.
  • Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.
  • Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do Lỗi Quá áp trên Tuyến dẫn Một chiều.

Nguyên lý làm việc của biến tần


Nguyên lý làm việc của biến tầncũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 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. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. 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). 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.

Nguyên lý làm việc của biến tần
Nguyên lý làm việc của biến tần
  • 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 mô men 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. Điều này tạo ra 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. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Các thông số cơ bản của biến tần


#1. Cài thông số chọn cách RUN/STOP

Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1).

Tài liệu biến tần thường là tiếng Anh nên tìm thông số có cụm từ thường là (Main run source selection), (Operation Method) hoặc (Drive Mode – Run/Stop Method) tùy mỗi loại biến tần có cách ghi khác nhau nói chung ai hiểu tiếng anh thì rất dễ.

Trong đó có các lựa chọn như sau:

  • 0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím.
  • 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
  • 2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.

#2. Thời gian tăng tốc ( Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)

Thời gian tăng tốc là thời gian khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ nói chung là lúc chạy tốc độ tối đa. thường mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration, đó là Fee Run, là lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do.

#3. Chọn lựa cách thức thay đổi tần số

Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command). Bao gồm các lựa chọn sau:

0: Keypad: Thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím.
1: Potentiometer on keypad: Thay đổi tần số bằng núm vặn.
2: External AVI analog signal Input: Thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0-10VDC.
3: External ACI analog signal input: Thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA.
4: Communication setting frequency: Thay đổi tần số bằng RS485.
5: PID output frequency: Thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.

#4. Cài giới hạn tần số

Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency), Là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz, giả sử khi số này cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 Vòng/Phút. có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1-60Hz) đối với động cơ thường.

Nói chung chỉ với bốn thông số này là bạn có thể sử dụng được biến tần rồi, còn có rất nhiều thông số để cài đặt, khi đã biết đến đây các thông số khác trong quá trình sử dụng vận hành, chiến đấu với các ứng dụng thực tế, mò từ từ sẻ hiểu thêm về các thông số còn lại.

Tìm hiểu về các loại biến tần


  • Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 phabiến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.

Các mẫu biến tần schneider bán chạy tại Hoàng Vina


Tác dụng của biến tần – chức năng của biến tần – công dụng của biến tần


Biến tần có tác dụng gì ? Câu trả lời là biến tần có 5 tác dụng chính sau:  Bảo vệ động cơ, Giảm hao mòn cơ khí, Tiết kiệm điện, Nâng cao năng suất, Đáp ứng yêu cầu công nghệ.

#1. Bảo vệ động cơ

Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ dễ dàng, bởi vậy dòng khởi động của động cơ sẽ không vượt quá 1,5 lần so với dòng khởi động truyền thống bằng sao-tam giác, 4~6 lần dòng định mức.

Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ cao áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.

#2. Giảm hao mòn cơ khí

Biến tần giúp quá trình khởi động 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.

#3. Tiết kiệm điện

Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ cho nên biến tần có thể tiết kiệm điện năng cho các tải thường không cần phải chạy hết công suất.

Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống.

#4. Nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm

Biến tần có thể giúp động cơ chạy nhanh hơn, thông thường là 54-60Hz, bình thường là 1500v/p với 50Hz, khi có biến tần thì 1800v/p với 60Hz, giúp tăng sản lượng đầu ra cho máy, tăng tốc độ cho các quạt thông gió.

#5. Cải tiến công nghệ

Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên hệ số cosphi đạt ít nhất là 0.96, công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, gần như được bỏ qua, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tủ tụ bù, giảm thiểu hao hụt đường giây.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hotline Miền Bắc: 0971.591.766
Hotline Miền Nam: 0912.434.956