Biến tần là gì?

Biến tần tiếng Anh gọi là Inverter đó là một thiết bị công nghiệp được chế tạo dùng để biến đổi tần số của các dòng điện áp nhằm mục đích chính là điều khiển tốc độ motor

Biến tần (Inverter) là thiết bị có thể làm thay đổi tần số của điện áp điện lưới để thay đổi tốc độ động cơ, và tần số điện lưới của Việt Nam là 50Hz.
- Là một thiết bị điện tử hoặc mạch điện dùng để biến đổi từ dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC).
- Có thể khẳng định một điều, cho dù là động cơ 1 pha hay động cơ 3 pha đều phải lắp đặt biến tần kèm theo.
- Chỗ nào có motor 3 pha thường sẽ có biến tần, mọi chuyển động của nhà máy 80% là từ motor.

Một bộ biến tần có thể là một thiết bị hoàn toàn điện tử hoặc là một phương thức kết hợp các hiệu ứng cơ khí (như các máy điện quay) và mạch điện tử.

Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, DC; biến tần 1 pha 220V, 3 pha 220V, 3 pha 380V,...
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 điều hòa;...

Hình ảnh 1 thiết bị biến tần thông dụng: Schneider ATV630.

Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần.

- Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản.
Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC)1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng (DC). Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nguồn điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ có điện áp và tần số cố định. 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.

Công đoạn 2: 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.

- 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.

Vì sao có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số?

Theo công thức tính tốc độ của động cơ: n=60f/p. Trong đó f là tần số, P là số cặp cực của motor (thông thường là P=2). Từ công thức này ta có thể thấy khi tần số thay đổi thì tốc độ sẽ thay đổi.

Biến tần có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50Hz, thậm chí là 60Hz hoặc lên đến 400Hz đối với loại động cơ chạy tốc độ cao trong các máy CNC. Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz.

Biến tần hiệu suất cao 380V 2.2KW 3HP để điều khiển tốc độ động cơ.

Tại Sao Biến Tần Lại Được Sử Dụng Nhiều Như Vậy?

Để trả lời câu hỏi trên, chúng ta sẽ tìm hiểu lợi ích mà biến tần mang lại trong các ngành sản xuất:
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.
Biến tần có 5 tác dụng chính sau:

1. Bảo vệ động cơ

Khi khởi động động cơ trực tiếp từ lưới điện, vấn đề sốc và hao mòn cơ khí là không thể kiểm soát. Biến tần giúp khởi động êm động cơ, dù cho quá trình khởi động – ngắt động cơ diễn ra liên tục, 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.

2. Tăng năng suất sản xuất.

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.
Đối với nhiều ứng dụng, như ngành dệt, nhuộm, nhựa… việc sử dụng biến tần sẽ làm năng suất tăng lên so với khi sử dụng nguồn trực tiếp, giúp loại bỏ được một số phụ kiện cồng kềnh, kém hiệu quả như puli, motor rùa (motor phụ)…

3. Đáp ứng yêu cầu công nghệ.

Đối với các ứng dụng cần đồng bộ tốc độ, như ngành giấy, dệt, bao bì nhựa, in, thép,…hoặc ứng dụng cần điều khiển lưu lượng hoặc áp suất, như ngành nước, khí nén… Hoặc ứng dụng như cẩu trục, thang máy… Việc sử dụng biến tần là điều tất yếu, đáp ứng được yêu cầu về công nghệ, cải thiện năng suất.

4. Tiết kiệm điện 20-30% so với hệ thống khởi động truyền thống.

Khi khởi động trực tiếp, dòng khởi động lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức, làm cho lượng điện tiêu thụ tăng vọt. Biến tần không chỉ giúp khởi động êm, mà còn làm cho dòng khởi động thấp hơn dòng định mức, tiết kiệm lượng điện ở thời điểm này. Đồng thời, không gây sụt áp (thậm chí gây hư hỏng) cho các thiết bị điện khác trong cùng hệ thống. Ngoài ra đối với tải bơm, quạt, máy nén khí…hoặc những ứng dụng khác cần điều khiển lưu lượng/áp suất, biến tần sẽ giúp ngừng động cơ ở chế độ không tải, từ đó tiết kiệm tối đa lượng điện năng tiêu thụ.

Ưu điểm khi sử dụng:

Để hình dung dễ hơn về tác dụng của biến tần, mời các bạn hãy cùng xem các hình ảnh dưới đây.

1. Tốc độ động cơ có thể được tự do thay đổi.	2. Khởi động và dừng êm	3. Không cần thay đổi puly
4. Chiều quay của motor có thể dễ dàng thay đổi	5. Có thể giảm thiểu công suất nguồn điện

Ví Dụ Minh Họa Cho Tác Dụng Của Biến Tần

Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ đi vào từng trường hợp cụ thể để thấy biến tần có những lợi ích như thế nào

Trường hợp 1: Với bơm quạt:

Khi không sử dụng biến tần: không thể thay đổi tốc độ động cơ và cần phải điều chỉnh luồng không khí bằng cách sử dụng một van điều tiết (van on-off). Ngay cả khi bạn làm giảm luồng không khí, lượng điện sử dụng sẽ không thay đổi đáng kể.	Khi sử dụng: Tốc độ động cơ có thể được tự do thay đổi. Đối với quạt và máy bơm, tác dụng tiết kiệm điện rất hiệu quả.

Trường hợp 2: Với băng chuyền công nghiệp:

Khi không lắp biến tần:Băng tải khởi động và dừng đột ngột làm cho vật trên băng tải bị đổ hoặc rơi.	Khi lắp biến tần quá trình khởi động và dừng êm nên vật không bị đổ.

Trường hợp 3: Lưới điện thay đổi tần số:

Khi không sử dụng biến tần: Bạn không thể thay đổi tốc độ động cơ và phải điều chỉnh tốc độ bằng cách sử dụng một Puly. Mất một lực để di chuyển, tốn thời gian và không khoa học.	Khi sử dụng: Chúng ta có thể chuẩn hóa máy, dùng cho cả hai nguồn điện tần số 50Hz và 60Hz

• Tủ điện điều khiển phân loại, chức năng
• Top 5 loại Tủ điện bán chạy nhất năm 2019
• Tìm hiểu về tủ điện Phân phối DB – loại tủ bán chạy và phổ biến nhất hiện nay

• Dự án: cung cấp hệ thống tủ điện cho bệnh viện Bạch Mai (2019)
• Dự án: Nhà máy Nhiệt Điện Vĩnh Tân 4
• Dự án:cung cấp hệ thống tủ điện cho trụ sở làm việc tòa nhà Petrolimex Lào
• Dự án: Nhà máy HONDA Hà Nam