Biến tần

Biến tần là gì?

Biến tần

Biến tần(Inverter) hay còn được gọi là bộ biến đổi tần số (Variable Frequency Drive, VFD) là thiết bị được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số đầu vào của động cơ. Chính vì vậy mà biến tần[1] còn được gọi với cái tên khác là bộ điều chỉnh tốc độ động cơ (tiếng anh là Variable Speed Drive, VSD). Mặt khác, điện áp tỉ lệ thuận với tần số nên khi tần số thay đổi, điện áp cũng thay đổi theo (tất nhiên là với biên độ nhỏ), do đó, biến tần còn có thêm tên gọi khác là bộ biến đổi điện áp tần số (Variable Voltage Variable Frequency Drive, VVVFD). Hình dưới đây sẽ minh hoạ cho bạn cách mà biến tần hoạt động.

Nguyên lý làm việc.

Cách hoạt động của biến tần

Nguyên lý làm việc chung của biến tần là biến đổi tần số không thay đổi được của nguồn điện(thường là 50-60Hz) ở đầu vào biến tần thành tần số thay đổi được của nguồn điện ở đầu ra biến tần. Cụ thể như sau.

  • Đầu tiên, bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện sẽ lọc nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.
  • Tiếp theo, phần điện áp một chiều này sẽ được biến đổi thành điện áp xoay chiều đối xứng. Sau đó, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT của biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp điều chế độ xung (PWM), tức là điện áp có xung(tần số) có thể thay đổi được ở đầu ra của biến tần.

Ngày nay, nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ trong ngành bán dẫn lực, tần số có thể lên tới dải tần số siêu âm để làm giảm tiếng ồn cho động cơ, cũng giảm cả tổn thất trên phần lõi sắt của động cơ.

Cấu tạo.

Dựa vào nguyên lý làm việc ở trên của biến tần, chúng ta có thể thấy biến tần có cấu tạo gồm 6 bộ phận như sau:

Bộ chỉnh lưu.

Thường sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diode sóng toàn phần. Nhiệm vụ của bộ chỉnh lưu đó là chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Các diode chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, do đó, cầu diode hướng dòng electron của điện năng từ dòng xoay chiều AC thành dòng điện một chiều DC.

Tuyến dẫn một chiều.

Hình thức là một giàn tụ điện để lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu từ bộ chỉnh lưu. Điện tích mà giàn tụ điện lưu trữ rất lớn nhưng chúng lại được sắp xếp theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp này sẽ chuyển đến IGBT.

IGBT.

IGBT là thiết bị có hiệu suất cao và chuyen mạch nhanh. Trong thiết bị biến tần, IGBT được bất tắt theo một trình tự nhất định để tạo ra các xung có độ rộng khác nhau. Thông thường, IGBT sẽ tạo ra các sóng có xung vuông chứ không theo hình sin như dòng điện thông thường.

Bằng việc điều biến độ rộng của sung hoặc PWM, IGBT có thể được bật tắt theo một trình tự giống y như sóng dạng sin và được áp dụng trên sóng mang.

Khi IGBT được bật tắt tai mỗi điểm giao giữa những sóng mang và sóng dạng sin thì độ rộng xung có thể thay đổi. PWM có thể được dùng để tạo sóng giống hệt với sóng dạng sin ở đầu ra biến tần. Phần tín hiệu này đuộc dùng để điều khiển tốc độ và moment xoắn.

Bộ kháng điện xoay chiều.

Thông thường sẽ được cấu tạo là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Trong đó, cuộn cảm có thể lưu trữ năng lượng bên trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và có thể chống lại sự thay đổi của dòng điện.

Bộ điện kháng có nhiệm vụ làm giảm nhiễu trên dòng điện xoay chiều, ngoài ra, nó cũng làm giảm mức đỉnh của dòng điện lưới (hay là làm giảm dòng chồng trên tuyến dẫn một chiều). Lúc này, tụ điện sẽ chạy mát hơn, tuổi thọ cao hơn.

Bộ điện kháng có lúc hoạt động như một bộ hoãn xung nhằm bảo vệ mạch chỉnh lưu ở đầu vào giúp tránh nghiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện khác.

Nhược điểm là chi phí tăng lên, cần nhiều không gian pa-nen hơn, có lúc sẽ giảm hiệu suất.

Trong một vài trường hợp, bộ điện kháng còn được dùng ở phía đầu ra của biến tần nhằm bổ sung cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng đa phần điều này sẽ không thực hiện do IGBT hoạt đổng rất tốt.

Bộ điện kháng một chiều.

Giúp giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên phần tuyến dẫn một chiều. Việc này sẽ giúp cho bộ truyền động phát hiện sớm các sự cố trước khi có thể xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.

Vị trí lắp đặt thiết bị này thương là ở giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện tại những biến tần có công suất từ 7,5kWh. Bộ điện kháng này còn bảo vệ tụ điện khỏi hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng, tuy vậy, thiết bị này lại không có bất kỳ sự bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu cả.

Điện trở Hãm.

Thiết bị này được dùng để xử lý lượng điện áp thừa thành nhiệt do động cơ tạo ra. Nếu không có điện trở thì có thể mỗi lần tăng tốc động cơ, bộ truyền động có thể xảy ra tình trạng ngắt do lỗi quá áp trên tuyến dẫn một chiều.

Động cơ sinh ra điện áp như thế nào.

Khi động cơ chạy chậm hoặc dừng thì tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ, hiện tượng này có thể khiến cho động cơ trở thành một máy phát điện. Điện áp được tạo ra sẽ quay trở lại tuyến dẫn một chiều và lượng điện áp này cần phải được xử lý để tránh làm ảnh hưởng tới các bộ phận trong biến tần.

Ứng dụng.

Biến tần có rất nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là trong ngành công nghiệp và xây dựng. Sau đây là một vài ứng dụng phổ biến cho:

  • Bơm nước
  • Quạt hút/đẩy
  • Máy nén khí
  • Băng tải
  • Thiết bị nâng hạ
  • Máy cuốn/nhả
  • Máy cán kéo
  • Máy ép phun
  • Hệ thống HVAC
  • Máy khuấy trộn, bơm ly tâm.
  • Thay thế cho việc sử dụng các cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác
  • Cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số.

 

 

Cơ điện Remen

About Cơ điện Remen

Công ty Cổ phần kỹ thuật cơ Điện lạnh Hà Nội được thành lập bởi các kỹ sư giàu kinh nghiệm trong các lĩnh vực thiết kế, cung cấp thiết bị, thi công và bảo trì các hệ thống điều hoà thông gió, cấp thoất và sử lý nước, điện, điện điều khiển ….

No Comments

Leave a Comment