No products in the cart.
Giải pháp, Kiến Thức Tự Động Hóa
Biến tần là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động?
Nội dung bài viết
Khi còn ngồi học trên ghế nhà trường, chúng ta chỉ biết và được dạy sơ sơ về những kiến thức chung chung như biến tần là gì? biến tần dùng để làm gì? … mà không được tìm hiểu chuyên sâu về loại thiết bị này. Để rồi khi ra trường, đi làm, chúng ta hoang mang khi phải đối mặt với biến tần từ ngày này ra ngày khác. Chắc chắn là vậy. Bởi vì có thể nói hơn 90% các động cơ hoạt động trong nhà máy đều thấy có sự góp mặt của biến tần. Nên việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của biến tần cũng như cấu tạo của biến tần sẽ giúp bạn làm việc với biến tần dễ hơn rất nhiều.
Tin mình đi, biến tần nó không đáng sợ lắm đâu! Chỉ cần nắm rõ những nguyên tắc của nó thì bạn sẽ thấy nó rất dễ.
Trong bài viết hôm nay và trong phạm vi kiến thức mà mình biết được; mình sẽ cố gắng trình bày một cách đơn giản nhất những thông tin về loại thiết bị thú vị này.
Nào, cùng tìm hiểu với mình nha.
Đầu tiên ta cần phải tìm hiểu khái niệm:
Biến tần là gì?
Đơn giản nhất, biến tần là một loại thiết bị điện tử dùng để điều khiển tốc độ quay động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện.
Biến tần dùng để làm gì?
Như ta đã biết, trong 1 nhà máy có rất nhiều động cơ hoạt động phục vụ quá trình sản xuất như máy bơm, máy hút, quạt thổi,…. Và mỗi động cơ này khi hoạt động cần phải thay đổi tốc độ liên tục để đảm bảo phù hợp với tiến độ công việc.
Đối với động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha công suất lớn; sẽ rất là phức tạp để ta có thể điều khiển tốc độ của động cơ. Trước đây, ta chỉ có cách thay đổi tỷ số truyền hoặc dùng van tiết lưu hoặc đóng cắt on-off bằng tay. Việc điều chỉnh này về bản chất là vẫn có tác dụng về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên vấn đề là lượng tiêu hao lãng phí vẫn rất lớn.
Đó là lý do mà người ta phát minh ra biến tần. Với sự giúp đỡ của các biến tần, người ta sẽ dễ dàng thay đổi tốc độ của từng động cơ một cách tự động và hiệu quả.
Biến tần tiếng Anh là gì?
Trong tiếng Anh, biến tần được gọi là Inverter, AC Drive hoặc VFD, VSD,…. và còn khá nhiều tên gọi khác nữa. Nhưng phổ biến nhất vẫn là Inverter.
Biến tần thay đổi đại lượng gì của điện?
Để tìm hiểu về vấn đề này, ta cùng tham khảo qua công thức sau:
N = 60f / p * (1-s)
Trong đó:
N: tốc độ quay của động cơ, đơn vị là vòng/phút
f: tần số của lưới điện, đơn vị là Hz.
p: là số cặp cực từ (thông thường sẽ là 2)
s: hệ số trượt.
Theo công thức trên, để thay đổi tốc độ quay của động cơ; ta sẽ phải thay đổi 1 trong 3 thông số là f, p hoặc s. Ta sẽ xét qua 3 trường hợp cụ thể:
Nếu thay đổi thông số p, thông thường người ta sẽ thay đổi cách mắc như là mắc tam giác / sao sao, sao / sao sao. Cách này có nhược điểm là chỉ thay đổi được 1 hoặc 2 cấp độ của động cơ. Thêm nữa, mỗi lần thay đổi, động cơ sẽ bị giật nên cách này không được dùng nhiều.
Cách thứ 2 là ta sẽ thay đổi hệ số trượt s. Cách này sẽ giảm được việc động cơ sẽ bị giật. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là để thay đổi; ta phải chế tạo ra một mạch điện để điều khiển được hệ số trượt này. Việc chế tạo này khá là phức tạp và tốn nhiều thời gian.
Vì thế, khi ngành bán dẫn công suất ra đời; người ta sẽ thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách thay đổi tần số f. Việc thay đổi này đơn giản hơn rất nhiều so với 2 thông số p và s.
Và cách thay đổi tần số f này, người ta gọi tên nó chính là biến tần (hay là inverter).
Các loại biến tần:
Có 2 loại biến tần cơ bản sau:
Biến tần trực tiếp:
Hay còn được gọi là biến tần nguồn dòng. Đây là loại biến tần chuyên dùng cho những động cơ công suất cực kỳ lớn.
Đối với biến tần trực tiếp, điện lưới xoay chiều được trực tiếp biến đổi thành điện; dòng điện xoay chiều sẽ có tần số khác để cấp cho tải (không cần qua khâu trung gian là điện một chiều).
Biến tần gián tiếp:
Hay còn được gọi là biến tần nguồn áp. Đây là loại biến tần được dùng hầu hết trong nhà máy vì nó dành cho dải công suất động cơ từ 0,25 kW đến 700 kW. Đây là dải công suất thường thấy trong hầu hết các động cơ. Vì thế có thể nói gần như 100% các loại biến tần mà bạn nhìn thấy trong nhà máy chính là loại biến tần này.
Trong biến tần gián tiếp, điện lưới xoay chiều được chuyển thành điện một chiều qua phần chỉnh lưu. Sau đó điện một chiều này lại được chuyển thành điện xoay chiều cấp cho tải qua nghịch lưu.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Tiếp theo, ta sẽ cùng tìm hiểu về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của biến tần như sau:
Cấu tạo của biến tần:
Để tìm hiểu về cấu tạo của biến tần, ta cùng xem sơ đồ sau:
Nhìn vào hình trên, ta sẽ thấy cấu tạo của biến tần sẽ bao gồm 3 phần chính:
Khối chỉnh lưu: bao gồm 6 con diode chỉnh lưu 3 pha. Khối này sẽ nhận tín hiệu từ nguồn 3 pha vào.
Thanh cái một chiều: hay còn được gọi là bộ lọc. Tác dụng là để làm phẳng tín hiệu đầu vào thành điện áp 1 chiều chuẩn.
Khối nghịch lưu: bao gồm 6 con IGBT được mắc nối tiếp với nhau. Ở khối này, người ta sẽ sử dụng một phương pháp gọi là PWM (hay còn được gọi là phương pháp băm áp). Đây là một phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông; dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Nguyên lý hoạt động của biến tần:
Về nguyên lý hoạt động, biến tần có cách hoạt động cũng tương đối đơn giản.
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được đưa vào khối chỉnh lưu để lọc thành nguồn 1 chiều.
Tuy nhiên, điện áp đầu ra ở khối chỉnh lưu vẫn chưa được phẳng hoàn toàn mà nó sẽ vẫn còn dạng gợn sóng. Nên tiếp theo, điện áp này sẽ phải đi qua bộ lọc để làm phẳng tín hiệu và thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.
Vì động cơ của chúng ta là động cơ không đồng bộ 3 pha nên điện áp đầu ra của nó là dạng 3 pha hình sin. Vì thế, nó phải đi qua thêm 1 khối nữa là khối nghịch lưu để biến đổi từ điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều 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).
Sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung trong biến tần giúp khiển độ nhanh chậm của động cơ hoặc là sử dụng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ
Một số lưu ý khi mua và sử dụng biến tần:
Để đảm bảo an toàn trong khi vận hành và lắp đặt, ta cần lưu ý những điểm sau:
Lưu ý khi mua biến tần:
Đầu vào biến tần sẽ có 2 loại là đầu vào 1 pha và đầu vào 3 pha.
Đối với biến tần đầu vào 1 pha, ta sẽ có 2 loại là 1 pha 110V và 1 pha 220V.
Còn đầu vào 3 pha sẽ có biến tần 3 pha 220V và 3 pha 380V.
Lý do cho việc này là ở nhiều quốc gia, họ dùng nhiều lưới điện khác nhau. Có nơi dùng điện 220V, cũng có nơi dùng điện 380V. Và biến tần cũng sẽ có từng đầu vào tương ứng.
Vì thế, khi chọn mua biến tần; ta phải quan tâm nhiều đến điện áp đầu vào của biến tần để đảm bảo an toàn.
Lưu ý thứ 2 khi ta mua biến tần là ta cần quan tâm đến công suất của biến tần.
Tối thiểu ta cần phải mua biến tần có công suất bằng với công suất của động cơ.
Tốt nhất là ta nên chọn biến tần có công suất lớn hơn 20% so với công suất của động cơ để đảm bảo an toàn.
Ví dụ: động cơ của bạn có công suất 10 kW. Thì biến tần mà bạn mua nên có công suất là 12 kW.
Lưu ý khi lắp đặt biến tần:
Khi lắp đặt biến tần, ta đặc biệt phải để ý những việc sau để đảm bảo an toàn cho bạn cũng như tránh làm hư hỏng cho biến tần.
Khi đấu dây biến tần, ta không được cấp nguồn AC trước khi đấu dây với biến tần. Bởi vì khi đã cắt nguồn thì điện tích vẫn còn tích tụ trong board mạch của biến tần. Chính vì thế chỉ khi nào đèn Led trên biến tần tắt hẳn chúng ta mới tiến hành lắp đặt & tuyệt đối không được chạm tay hay các thiết bị dẩn điện vào biến tần trước khi đèn LED trên biến tần tắt hoàn tòan.
Không được nối các chân U/T1, V/T2, W/T3 của biến tần trực tiếp tới nguồn cấp.
Khi đấu dây biến tần, phải đảm bảo đấu dây đúng các chân ngõ vào “R/L1, S/L2; T/L3” và các chân ngõ ra ”U/T1, V/T2; W/T3” để tránh gây hư hỏng cho biến tần.
Các hãng sản xuất biến tần nổi tiếng:
Sau đây là một vài hãng chuyên sản xuất biến tần nổi tiếng trên thế giới mà bạn có thể tham khảo:
Biến tần mitsubishi:
Được sản xuất bởi Công ty Mitsubishi Electric của Nhật Bản. Với chất lượng và độ bền tuyệt vời nên loại biến tần này đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp,….
Ưu điểm lớn nhất của biến tần Mitsubishi là tính thân thiện với môi trường. Các biến tần của hãng đều được tích hợp bộ lọc EMC giảm nhiễu điện tử. Ngoài ra, biến tần Mitsubishi đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế chất độc hại (RoHS) của EU; thân thiện với con người và với môi trường.
Một vài dòng biến tần tiêu biểu của Mitsubishi như: biến tần mitsubishi D700; biến tần mitsubishi E700, biến tần mitsubishi A800….
Biến tần delta:
Delta là một thương hiệu đến từ Đài Loan. Với ưu điểm về giá thành sản phẩm nên đang được sử dụng nhiều trong các hệ thống ngành công nghiệp dệt, hóa chất, điện tử,…
Một vài dòng tiêu biểu của biến tần Delta như: biến tần delta VFD-EL; biến tần delta VFD-EL-W, biến tần delta VFD-C2000,….
Biến tần yaskawa:
Biến tần Yaskawa của tập đoàn Yaskawa Electric – thành lập vào năm 1915 tại Kitakyushu, Nhật Bản. Đây là một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới trong sản xuất và cung cấp các sản phẩm trong lĩnh vực biến tần; truyền động điện, robot công nghiệp trên thế giới.
Một vài dòng tiêu biểu của biến tần như: biến tần yaskawa A1000; biến tần yaskawa V1000, biến tần yaskawa E1000,….
Biến tần schneider:
Schneider là một thương hiệu rất quen thuộc và lớn của Pháp chuyên sản xuất các loại công tắc; biến tần, khởi động từ,….
Là một trong 7 nước thuộc nhóm G7. Vì thế nên về chất lượng sản phẩm của hãng, ta không có gì cần phải bàn cãi nhiều.
Đối với biến tần cũng vậy, các dòng biến tần của Schneider cũng đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất của các nhà máy lớn.
Một vài những model tiêu biểu của hãng như: biến tần Schneider ATV212, biến tần Schneider ATV312, …..
Biến tần ls:
Biến tần LS (Inverter LS) là sản phẩm xuất xứ Hàn Quốc do LS Industrial Systems sản xuất.
Ưu điểm nổi bật của thương hiệu LS là chất lượng tốt, hoạt động ổn định. Đặc biệt là giá thành thấp hơn so với nhiều thương hiệu biến tần nổi tiếng đến từ Nhật Bản và các nước Châu Âu.
Một vài model tiêu biểu của hãng như Biến tần LS IG5A, Biến tần LS IS7, ….
Biến tần siemens:
Siemens là một thương hiệu lớn của Đức chuyên sản xuất các thiết bị công nghiệp tự động hóa như biến tần, PLC,….
Biến tần Siemens được sản xuất theo dây chuyền và tiêu chuẩn chất lượng châu Âu. Với ưu điểm là giải pháp hữu hiệu nhất cho các giải pháp truyền động đơn giản với chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành, bền bỉ, tiết kiệm, và thường có dải công suất hoạt động từ 0.12kW đến 15kW (1/6hp đến 20hp).
Một vài model tiêu biểu của hãng như Biến tần Siemens V20, Biến tần Siemens G110, ….
Trên đây là những thông tin mà mình muốn chia sẻ về biến tần là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần cũng như các hãng chuyên sản xuất biến tần. Thực tế, trong nhà máy, người ta thường dùng biến tần để điều khiển độ đóng mở của các loại van giảm áp/tăng áp theo giá trị áp suất mà các loại cảm biến áp suất đo được. Việc này sẽ giúp tránh được tình trạng quá áp cho cảm biến.
Trong phạm vi kiến thức của mình, hy vọng đã có thể mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích. Nếu có gì sai sót hoặc cần bổ sung, hãy giúp mình bằng cách comment phía bên đưới nha.
Related posts:
