Hiện nay, biến tần là một thiết bị khá phổ biến trong các hệ thống điện, tự động hóa. Vậy thiết bị này là gì? Tác dụng của biến tần là gì và chúng có cấu tạo ra sao? YESCO sẽ giúp bạn giải đáp qua bài viết dưới đây.
Mục Lục
1. Biến tần là gì
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Hay nói cách khác, biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng diện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ 1 cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rotor.
Để bảo vệ hệ thống dây dẫn trong biến tần cũng như đường dây điện nối biến tần với các thiết bị, thông thường người ta sẽ sử dụng hệ thống máng cáp điện.
Sản phẩm này có tác dụng treo đỡ, dẫn hướng cho toàn bộ dây cáp, dây dẫn và bảo vệ chúng khỏi các tác động của môi trường.
2. Tác dụng của biến tần
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.
2.1. Bảo vệ động cơ
Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ dễ dàng, do đó dòng khởi động của động cơ sẽ không có khả năng vượt quá 1,5 lần so với dòng khởi động truyền thống bằng sao – tam giác, 4 – 6 lần định mức.
Thông thường, biến tần sẽ có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, để bảo vệ cao áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành. Hệ thống an toàn này không thể thiếu được máng điện sơn tĩnh điện 200×100 để có thể vận hành 1 cách chuẩn nhất.
2.2. Giảm hao mòn cơ khí
Nhờ có thiết bị biến tần, 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 cho động cơ.
2.3. Tiết kiệm điện
Dựa vào khả năng thay đổi tốc độ nên biến tần có thể tiết kiệm điện năng cho các tải thường không phải chạy hết công suất. Có thể tiết kiệm điện lên đến 20 – 30% so với hệ thống khởi động truyền thống.
2.4. Nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm
Biến tần có tác dụng giúp động cơ chạy nhanh hơn, thông thường sẽ là 54 – 60Hz, cụ thể là 1500v/p với 50Hz, khi có biến tần thì 1800v/p với 60Hz, như vậy sẽ làm tăng sản lượng đầu ra cho máy, tăng tốc độ cho các quạt thông gió.
2.5. Cải tiến công nghệ
Dựa vào nguyên lí làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện mà hệ số cosphi đạt ít nhất là 0.96, công suất phản kháng từ động cơ thấp nhất, 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.
3. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của biến tần
3.1. Cấu tạo
Cấu tạo phía trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ.
Thông thường, cấu tạo chính của biến tần bao gồm: bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển. Bên cạnh đó, biến tần còn được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xa), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông,…
3.2. Nguyên lí 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. Đối với điện đầu vào, có thể là 1 pha hoặc 3 pha, tuy nhiên nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz).
Theo đó, 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 1 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.
4. Phân loại biến tần
Biến tần thường được chia thành 2 loại: biến tần AC và biến tần DC.
- Biến tần AC: Được sử dụng một cách rộng rãi, chúng được thiết kế để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều AC.
- Biến tần DC: Kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện 1 chiều.
Bên cạnh đó, chúng ta có thể phân loại biến tần theo công suất đáp ứng cho tải, ứng dụng đặc biệt của biến tần như thang máy, năng lượng mặt trời,…