Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần - Ứng dụng và lợi ích khi sử dụng biến tần

Trong các nhà máy, phân xưởng sử dụng rất nhiều động cơ, máy bơm, quạt phục vụ trong quá trình sản xuất của công ty

Trong các nhà máy, phân xưởng sử dụng rất nhiều động cơ, máy bơm, quạt phục vụ trong quá trình sản xuất của công ty. Tuy nhiên, chúng ta không thể chỉ sử dụng một cấp tốc độ cho quá trình sản xuất được, hơn nữa với các cấp tốc độ cho sẵn thì hầu như không đáp ứng được nhu cầu làm việc của quy trình sản xuất

Bên cạnh đó, quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm sẽ có lưu lượng hoặc số lượng thay đổi tùy vào nhu cầu thị trường cũng như các giai đoạn sản xuất trong năm. Những năm trước đây, việc điều chỉnh tần số điện công nghiệp với tải công suất lớn cực kì khó khăn bằng cách thay đổi tỉ số truyền, dùng van tiết lưu, đóng cắt on-off. Việc điều chỉnh này tuy mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật, nhưng thực tế không giảm được lượng điện năng tiêu thụ, lượng tiêu hao lãng phí lớn. Do đó, sử dụng biến tần để thay đổi tốc độ các loại động cơ điện, quạt hay motor sao cho phù hợp đã trở thành giải pháp tối ưu giúp doanh nghiệp không chỉ tăng năng suất, kéo dài tuổi thọ động cơ, giảm chi phí bảo trì bảo dưỡng mà còn tiết kiệm 30- 50% điện tiêu thụ so với phương pháp truyền thống. Vậy biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần và lợi ích mang lại khi sử dụng biến tần? Hãy cùng nlxtech tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé

1. Biến tần là gì?

Biến tần ( Inverter) 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. Nói cách khác biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí.

Có nhiều loại biến tần như: biến tần 1 pha 220V, biến tần 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; biến tần chuyên dùng cho ngành dệt sợi, máy ép nhựa...

2. Nguyên lý hoạt động của biến tần?

Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần - Ứng dụng và lợi ích khi sử dụng 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.

3. Phân loại biến tần

Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản:

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.

4. Tại sao phải sử dụng biến tần?

Tốc độ động cơ được tính theo công thức:

Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần - Ứng dụng và lợi ích khi sử dụng biến tần

Từ công thức trên chúng ta thấy để thay đổi được tốc độ động cơ có 3 phương pháp:

Thay đổi số cặp cực động cơ P
Thay đổi hệ số trượt s
Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào

Trong đó 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại hiệu quả cao. Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số là phương pháp hiệu quả nhất. Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp đặt lên động cơ qua đó thay đổi tốc độ động cơ.

Biến tần có thể thay đổi tần số từ 0Hz đến 400Hz (một số dòng biến tần điều chỉnh tới 590Hz hoặc cao hơn). Chính vì vậy có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz. Đối với các động cơ phổ thông thường cài đặt biến tần cho phép điều chỉnh tần số từ 0Hz - 60Hz.

5. Lợi ích khi sử dụng biến tần

Bất cứ các loại thiết bị nào khi sử dụng chúng đều có một hoặc một vài công dụng nhất định, và biến tần cũng là một trong số đó. Khi sử dụng biến tần nói chung và biến tần Delta nói riêng, chúng ta sẽ có được các lợi ích như sau:

Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.
Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao- tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
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.
Tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.
Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.

6. Ứng dụng

Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,...

7. Những lưu ý khi sử dụng biến tần

Trong quá trình sử dụng biến tần thì chúng ta cần lưu ý một số vấn đề để có thể đảm bảo các thiết bị hoạt động tương thích và tốt nhất. Cụ thể thì chúng ta cần lưu ý một số vấn đề liên quan như:

Chúng ta cần căn cứ vào các bộ phận, giai đoạn, công đoạn sản xuất sau đó xác định được công suất cần thiết cho động cơ. Việc này sẽ làm tiền đề cho việc lựa chọn biến tần cho phù hợp, giúp tránh lãng phí cũng như đảm bảo hoạt động đủ công suất cho quá trình sản xuất đó.
Các linh kiện bên trong biến tần rất nhạy cảm với điều kiện môi trường nên cần lưu ý để đảm bảo tuổi thọ cũng như tính chính xác, ổn định của thiết bị
Cần tính toán giữa các cách thức thay đổi tốc độ động cơ sao cho phù hợp. Ngoài biến tần ra chúng ta hoàn toàn có thể điều chỉnh tốc độ và đảo chiều bằng cách khởi động sao, tam giác hay khởi động mềm.
Các bạn lần đầu tiếp xúc và làm việc với biến tần thì cần dành nhiều thời gian tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật cũng như các cách thức sử dụng đúng. Lưu ý về quy trình, cách thức sử dụng, lắp đặt để đảm bảo an toàn – hoạt động tốt – hiệu quả cao.

8. Sử dụng biến tần có khó không?

Lắp đặt, cài đặt và vận hành biến tần trong phần lớn các trường hợp rất đơn giản. Biến tần thường được cài đặt qua bảng điều khiển (gồm bàn phím và màn hình hiển thị), một số trường hợp có thể cài đặt từ xa qua máy tính.

Trường hợp 1:

Sử dụng biến tần là một thiết bị độc lập điều khiển động cơ cho các ứng dụng như bơm, quạt, máy cuốn, máy khuấy, băng tải, cẩu trục,... có chương trình vận hành đơn giản. Các ứng dụng này thường chỉ cần cài đặt một số chức năng cơ bản như: bật tắt bằng nút nhấn, điều khiển động cơ chạy thuận nghịch, thay đổi tốc độ bằng biến trở, thay đổi các cấp tốc độ, đặt thời gian tăng giảm tốc,...

Trường hợp 2:

Biến tần điều khiển động cơ cho máy chuyên dụng như máy sản xuất nhựa, máy giặt, máy công cụ,... những loại máy có chương trình vận hành đặc thù, phức tạp, có phản hồi vòng kín, biến tần được điều khiển từ bộ xử lý trung tâm của máy mà chỉ có bên chế tạo ra máy đó mới hiểu rõ. Vấn đề ở đây là kỹ thuật viên sẽ không biết phải cài đặt thông số gì cho biến tần để máy hoạt động tạo ra sản phẩm đúng yêu cầu. Khi biến tần của những máy này bị hỏng cần thay thế biến tần mới thì việc cài đặt thường không dễ thực hiện.

Trường hợp 3:

Sử dụng biến tần kết nối truyền thông trong hệ thống điều khiển giám sát từ xa thông qua PLC, máy tính công nghiệp thường gặp trong các nhà máy lớn có mức độ tự động hóa cao như xi măng, hóa dầu, ô tô,... thường đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ cao và am hiểu hệ thống mới có thể thực hiện được.

Dù bạn sử dụng biến tần trong trường hợp 1, 2 hay 3 thì các bạn cũng không cần lo lắng vì trong các ứng dụng đơn giản bạn hoàn toàn có thể tự cài đặt các chức năng này thông qua sự hướng dẫn của kỹ thuật viên của Etec qua điện thoại, hoặc bạn có thể yêu cầu kỹ thuật viên cài đặt biến tần cho bạn trước khi giao hàng. Đặc biệt, trong các trường hợp ứng dụng phức tạp, chuyên dụng thì Kỹ sư Etec có thể cài đặt, lập trình và chuyển giao công nghệ cho kỹ sư nhà máy của bạn.

Công Ty TNHH Giải Pháp Công Nghệ Năng Lượng Xanh

Địa chỉ 1: 4 Nguyễn Đình Chiểu, Phường Đa Kao, Quận 1, TP.Hồ Chí Minh.