Được sử dụng rộng rãi trong các tủ điện công nghiệp, biến tần là một thiết bị linh hoạt có khả năng điều chỉnh tần số dòng điện. Bài viết này của HG Automation sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về biến tần là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, lợi ích và ứng dụng của thiết bị này.

Biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị có khả năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ một tần số nhất định sang một tần số khác có thể điều chỉnh. Trong ngành công nghiệp, việc chọn biến tần được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ, thay đổi hướng quay, giảm dòng khởi động, giảm rung động và tiết kiệm năng lượng.

Khái niệm biến tần là gì?

Đơn giản hơn, biến tần có khả năng điều chỉnh tần số dòng điện áp dụng lên cuộn dây trong động cơ và tốc độ động cơ một cách liên tục mà không cần sử dụng hộp số cơ khí. Dựa trên những định nghĩa trên, bạn đã hiểu rõ khái niệm của máy biến tần.

Thiết bị này được xây dựng dựa trên các linh kiện bán dẫn để điều khiển dòng điện trong cuộn dây động cơ, tạo ra từ trường xoay để động cơ quay. Đồng thời, biến tần cũng cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh một cách linh hoạt. Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, bạn có thể điều chỉnh máy để đạt hiệu suất vận hành tốt nhất.

>>> Xem thêm: Đặc điểm cấu tạo và lợi ích của biến tần Danfoss

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên tắc hoạt động của bộ biến tần rất đơn giản. Cụ thể:

• Ban đầu, nguồn điện xoay chiều 1 hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc để tạo thành nguồn điện một chiều. Quá trình này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu sử dụng cầu diode và tụ điện. Nhờ điều đó, hệ số công suất cosphi của hệ thống biến tần không phụ thuộc vào tải và thường có giá trị tối thiểu là 0.96. Ngược lại, điện áp một chiều này được chuyển đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Hiện nay, quá trình này được thực hiện bằng cách dùng công nghệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) và phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và bán dẫn, tần số chuyển đổi xung có thể lên đến dải tần số siêu âm, giúp giảm các tiếng ồn và tổn thất trên lõi sắt của động cơ.
• Đầu ra của hệ thống là điện áp xoay chiều 3 pha có thể thay đổi biên độ và tần số một cách liên tục theo tín hiệu từ bộ điều khiển. Theo lý thuyết, tỉ lệ giữa tần số và điện áp tùy thuộc vào chế độ điều khiển. Với tải có momen không đổi, tỉ lệ điện áp – tần số là không thay đổi. Tuy nhiên, đối với tải bơm và quạt quy luật này trở thành 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, vì mô-men cũng là hàm bậc hai của điện áp.
• Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao nhờ sử dụng linh kiện bán dẫn công suất được sản xuất theo công nghệ hiện đại. Điều này giúp tiêu thụ năng lượng xấp xỉ với năng lượng yêu cầu của hệ thống.
• Ngoài ra, biến tần ngày nay tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác nhau, phù hợp với đa dạng các loại phụ tải. Hiện nay, biến tần cũng tích hợp bộ điều khiển PID và tương thích với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất thuận tiện cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

>>> Tham khảo ngay: Công dụng của VSD trong biến tần là gì?

Cấu tạo của biến tần

Mỗi loại biến tần được thiết kế với cấu trúc riêng biệt, tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được tối ưu sao cho hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. 

Cấu trúc thông thường của một biến tần

>>> Tham khảo ngay: Nguyên lý hoạt động của biến tần 3 pha như thế nào?

Cấu trúc thông thường của biến tần gồm các thành phần sau:

• Mạch nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống biến tần.
• Mạch điều khiển: Đóng vai trò trung tâm điều khiển trong biến tần, thực hiện các chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.
• Mạch chuyển đổi tần số: Đây là mạch chính của biến tần, có nhiệm vụ chuyển đổi tần số của dòng điện đầu vào từ 50Hz sang tần số điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz ở dòng điện đầu ra. Mạch chuyển đổi tần số bao gồm các thành phần như bộ chỉnh lưu, bộ lọc và bộ chuyển đổi nghịch lưu IGBT.
• Mạch bảo vệ: Bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, quá dòng và các sự cố điện tiềm ẩn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.
• Màn hình và bàn phím: Được sử dụng để thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ phía người vận hành.

Ngoài ra, biến tần còn có khả năng tích hợp các thành phần như bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, module truyền thông và điện trở hãm (điện trở xả),…

>>> Tham khảo ngay: Một số ưu điểm và ứng dụng của IGBT trong cuộc sống

Một số ứng dụng của biến tần

Do sự ưu việt vượt trội, biến tần đã trở thành một công nghệ phổ biến không thể thiếu trong cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong ngành công nghiệp.

Sau đây là một số ứng dụng phổ biến mà biến tần đóng vai trò quan trọng: hệ thống 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, và thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,…

Một số ứng dụng của biến tần trong cuộc sống

Qua bài viết trên, bạn đã có cái nhìn tổng quan về biến tần là gì và các vấn đề liên quan đến biến tần. Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào hoặc muốn nhận báo giá về tủ điện công nghiệp, đừng ngần ngại liên hệ trực tiếp với HG Automation để được tư vấn và hỗ trợ chi tiết.

Bài viết liên quan: 

• Lỗi quá nhiệt thường gặp trong biến tần
• Cấu tạo và ưu, nhược điểm của biến tần một pha là gì?