Biến tần là gì, các loại biến tần? Cách sử dụng biến tần (Đơn Giản)

Công nghệ biến tần (inverter) được sử dụng phổ biến trong nhiều thiết bị điện tử. Công nghệ này giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ và được người tiêu dùng ưa chuộng. Chia sẻ sau sẽ giúp bạn hiểu về biến tần là gì cũng như nguyên lý hoạt động của chúng.

Biến tần là gì?

Biến tần là thiết bị có khả năng biến đổi tần số của dòng điện xoay chiều và có thể điều chỉnh được.

Hay có thể hiểu đơn giản, biến tần làm thay đổi tần số của dòng điện lên cuộn dây được đặt trong động cơ và điều khiển một cách vô cấp tốc độ động cơ mà không cần dùng đến hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn nhằm đóng ngắt theo thứ tự các cuộn dây bên trong động cơ. Từ đó, sinh ra từ trường xoay có tác dụng làm quay rotor.

Vì đặc tính này mà biến tần thường được dùng để điều khiển vận tốc của động cơ xoay chiều thông qua điều khiển tần số. Theo đó, tần số lưới nguồn sẽ bị thay đổi thành tần số biến thiên.

Các loại biến tần

Thông thường, biến tần được chia thành 2 loại là biến tần AC và DC

• Biến tần AC: loại này được dùng rộng rãi. Chúng được thiết kế nhằm mục đích điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều AC.
• Biến tần DC: có khả năng kiểm soát sự rẽ nhanh của động cơ điện 1 chiều.

Bên cạnh đó, biến tần còn được phân loại theo công suất đáp ứng tải, hoặc theo ứng dụng đặc biệt như thang máy, cầu trục, năng lượng mặt trời,…

Xem thêm :

Rơ le nhiệt là gì? Nguyên lý làm việc của Rơ le nhiệt

RCCB là gì? Đặc điểm cấu tạo của RCCB Schneider và RCCB Panasonic

Công nghệ biến tần là gì

Một bộ biến tần gồm các phần chính sau:

• Bộ chỉnh lưu: đây là phần đầu tiên để chuyển điện áp đầu vào thành điện áp ngõ ra của biến tần đáp ứng yêu cầu cho hoạt động của động cơ, được gọi là quá trình chỉnh lưu. Để làm được điều này cần dùng bộ chỉnh lưu diode sóng toàn phần.
• Tuyến dẫn một chiều: đây là một dàn tụ điện thực hiện nhiệm vụ lưu trữ điện áp một chiều đã được chỉnh lưu. Tụ điện có thể trữ điện tích lớn và xếp theo cấu hình tuyến dẫn một chiều nên làm điện dung tăng. Đồng thời, điện áp lưu trữ sẽ được dùng cho công đoạn kế tiếp khi IGBT tạo điện năng cho động cơ.
• IGBT: là thiết bị cho hiệu suất cao, đồng thời, có khả năng chuyển mạch nhanh. IGBT được bật và tắt trong biến tần theo một trình tự nhằm tạo xung với những độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn 1 chiều đã trữ trong tụ điện.
• Bộ kháng điện xoay chiều: đây chính là cuộn dây (hay còn gọi là cuộn cảm). Chúng giúp lưu trữ năng lượng có trong từ trường và đã được tạo ra ngay bên trong cuộn dây. Ngoài ra, cuộn cảm còn chống thay đổi dòng điện.
• Bộ điện kháng một chiều: thực hiện chức năng giới hạn tốc độ thay đổi dòng ngay tức thì trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ này cho phép bộ truyền động dễ dàng phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi có thể xảy ra bất kỳ hư hỏng hoặc ngắt bộ truyền động ra.
• Điện trở hãm: là lượng điện thừa được tạo ra và cần phải được xử lý bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nguyên lý hoạt động của biến tần là gì?

Biến tần có nguyên lý hoạt động khá đơn giản.

• Dòng điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha sẽ được chỉnh lưu. Sau đó, lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng. Giại đoạn này được thực hiện bởi diode sóng toàn phần và tụ điện. Nhờ thế, giá trị hệ số cosØ của hệ biến tần ít nhất 0.96 và không phụ thuộc vào tải. 
• Tiếp đó, IGBT thực hiện công đoạn biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Bằng cách điều khiển độ rộng xung (hay còn gọi là PWM). Ngoài ra, với sự phát triển của công nghệ vi xử lý kết hợp bán dẫn lực nên tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm. Điều này giúp giảm tiếng ồn khi động cơ hoạt động, đồng thời, hạn chế tổn thất trên lõi sắt của động cơ.
• Hệ thống điện áp ngõ ra của biến tần có thể bị thay đổi giá trị biên độ, tần số vô cấp tùy vào bộ điều khiển. Mặc dù về nguyên tắc, tùy vào chế độ điều khiển mà giữa tần số với điện áp sẽ có một quy luật nhất định. Cụ thể, tải có mô men không đổi thì tỉ số điện áp – tần số cũng không đổi. Tuy nhiên, trong thực tế, với tải bơm và quạt thì quy luật này là hàm bậc 4. Điện áp của tần số là hàm bậc 4. Chúng tạo ra mô men có đặc tính là hàm bậc 2. Bên cạnh đó, tốc độ của tải bơm/quạt cũng là hàm bậc hai của điện áp.
• Biến tần được tích hợp với nhiều kiểu điều khiển nhằm phù hợp đa dạng loại phụ tải. Thậm chí, biến tần còn tích hợp với bộ PID được sử dụng trong nhiều chuẩn truyền thông và phù hợp cho việc điều khiển, giám sát hệ thống SCADA.

Cách sử dụng biến tần

• Cài thông số chọn cách RUN/STOP

Bạn sử dụng bàn phím hoặc thông qua chân điều khiển rời bên ngoài (24V + S1).

Tùy loại biến tần mà bạn chọn Main run source selection hay Operation Method hoặc Drive Mode – Run/Stop Method. Trong đó, sẽ có các lựa chọn:

– 0: Keypad : Run/Stop bằng cách sử dụng bàn phím.

– 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.

– 2: Communication: Run/Stop bằng việc sử dụng cổng RS485.

• Thời gian tăng tốc (Acceleration time 1), thời gian giảm tốc (Deceleration time 1).

– Thời gian tăng tốc: khi nhấn RUN thì motor chạy từ 0Hz ~ 50Hz (tốc độ đối đa) và thường được mặc định 10s.

– Thời gian giảm tốc: là quãng thời gian kể từ khi nhấn STOP đến lúc động cơ dừng hẳn.

Trong biến tần cũng có chế độ cài đặt Deceleration, tức cho phép Fee Run, có nghĩa là nếu nhấn STOP thì motor ngừng tự do.

• Chọn lựa cách thức thay đổi tần số

Thông số này sẽ có tên gọi khác nhau tùy theo mỗi hàng. Có thể là Main frequency source selection hay Frequency setting Method hoặc Frequency Command. Tuy tên khác nhau nhưng chúng đều giống ở các lựa chọn:

– 0: Keypad: Có thể điều chỉnh tần số bằng cách nhấn nút lên hoặc xuống trên bàn phím.

– 1: Potentiometer on keypad: Điều chỉnh tần số bằng núm vặn.

– 2: External AVI analog signal Input: Điều chỉnh tần số bằng tín hiệu của biến trở hoặc 0 – 10VDC.

– 3: External ACI analog signal input: Điều chỉnh tần số bằng tín hiệu 4 – 20mA.

– 4: Communication setting frequency: Điều chỉnh tần số bằng RS485.

– 5: PID output frequency: Điều chỉnh tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.

• Cài giới hạn tần số

Các nhà sản xuất thường dùng cụm từ Frequency upper limit hoặc Maximum Frequency cho tính năng này. Đây là thông số mà động cơ có thể chạy nhanh nhất. Ví dụ, khi cài đặt giới hạn tần số là 40Hz thì động cơ chạy tối đa 40Hz và n = 60 x 40/2 = 1200 vòng/phút.

Tóm lại, chỉ với 4 thông số trên, bạn đã có thể sử dụng biến tần. 

Ưu điểm của công nghệ biến tần là gì

• Với đặc điểm khởi động mềm của biến tần nên nó có tác dụng khống chế dòng khởi động, nhằm đảm bảo dòng này không vượt quá định mức của động cơ. Từ đó, tránh được việc sụt áp và tiết kiệm điện khi khởi động. 
• Giúp điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế của tải, nhằm có thể tối ưu việc sử dụng điện năng.
• Biến tần có khả năng giúp tiết kiệm khoảng 30 – 50% điện năng tiêu thụ trong các dây chuyền sản xuất.
• Tạo năng lượng điện.
• Giúp bảo vệ động cơ và tăng tuổi thọ động cơ bằng cách bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ mất pha hay lệch pha, bảo vệ mất pha nguồn….