Biến tần là gì

Rất vui vì chúng ta lại gặp nhau. Ở bài viết này Dung chia sẻ đến các bạn một thiết bị điện chuyên dùng cho công nghiệp. Một thiết bị nghe nhiều từ lúc còn ngồi ghế nhà trường đến khi đi làm đó là thiết bị” Biến tần”. Trong bài viết Dung sẽ chia sẻ cụ thể biến tần là gì? Cấu tạo của biến tần? Nguyên lý hoạt động? Chức năng của biến tần? Ứng dụng của biến tần ? cách sử dụng biến tần?…Từ đó các bạn sẽ có thêm thông tin về loại thiết bị này nhằm phục vụ cho công việc và học tập.

Biến tần tiếng anh là gì?

Nhiều bạn kỹ thuật, sinh viên khi tìm hiểu về lĩnh vực biến tần – tự động hóa đều từng thắc mắc không biết từ “biến tần” dịch sang tiếng anh là gì và viết như thế nào?

Giải đáp:

Từ Biến tần, dịch sang tiếng Anh là Inverter.

Ngược lại, từ Inverter, dịch sang tiếng Việt thì không chỉ là mỗi Biến tần, mà Inverter là một từ chung bao hàm cả một công nghệ, trong đó biến tần có sử dụng công nghệ này. Inverter có thể hiểu là một công nghệ tiên tiến được nhiều hãng điện tử sử dụng giúp hạn chế tối đa hao phí năng lượng trong các thiết bị điện.

Biến tần là gì?

Trước khi vào nội dung chính thì chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu sơ về loại thiết bị này trước nhé.

Máy biến tần là gì?

Biến tần 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 cụ thể hơn 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. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ ( rotor).

Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên

Có nhiều loại biến tần như:

–  Biến tần AC; biến tần DC; biến tần 1 pha 220V; biến tần 3 pha 220V; biến tần 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;…

Cấu tạo của biến tần

• Cấu tạo của máy biến tần bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào. Có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ.
• Các bộ phận chính của biến tần bao gồm; bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển.
• Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều; bộ điện kháng 1 chiều; điện trở hãm; bàn phím; màn hình hiển thị; module truyền thông;…

Sơ đồ mạch biến tần 3 pha

Công thức biến tần

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

1.   Thay đổi số cực động cơ P
2.   Thay đổi hệ số trượt s
3.   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.

=> Inverter 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.

Chức năng của biến tần

Thực tế ở các nhà máy sản xuất và chế tạo thì sẽ cần sử dụng nhiều đến các; động cơ, motor động cơ điện hay quạt trong quá trình làm việc. Tuy nhiên không thể sử dụng mãi 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 từ công ty.

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 trong năm.

Đối với các động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha công suất lớn thì sẽ rất khó điều khiển nếu không có hệ thống inverter. Chính vì thế mà cần sử dụng đến biến tần để cho phép thay đổi tốc độ các loại động cơ điện, quạt hay motor sao cho phù hợp.

Nguyên lý làm việc của biến tần

Nguồn điện 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)

Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Lúc đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Kế đến, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

Lợi ích của việc sử dụng biến tần

•  Dễ ràng 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.

Các loại biến tần

Phân loại biến tần

Biến tần được phân loại theo đặc tính của dòng điện vì thế ta có 2 loại chính là biến tần AC và biến tần DC.

• 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.
• Ngoài ra còn có các loại biến tần theo công suất,…

Các thông số cơ bản của biến tần

Để sử dụng được biến tần cần phải cài đặt một số thông số liên quan trước khi đưa vào sử dụng. Và cần lưu ý các thông số như sau:

Các thông số cơ bản khi cài đặt biến tần

Cài đặt thông số thì chỉ cần vài thông số là có thể khởi động được.

1. Cài thông số chọn cách RUN/STOP

Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1).

Tài liệu biến tần thường là tiếng Anh nên tìm thông số có cụm từ thường là (Main run source selection). (Operation Method) hoặc (Drive Mode – Run/Stop Method). Tùy mỗi loại biến tần có cách ghi khác nhau nói chung ai hiểu tiếng anh thì rất dễ.

Trong đó có các lựa chọn như sau:

0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím.
1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.

2. Thời gian tăng tốc ( Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)

Thời gian tăng tốc: là thời gian khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ nói chung là lúc chạy tốc độ tối đa. Thường mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau.

Thời gian giảm tốc: là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration. Đó là Fee Run, là lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do.

3.Chọn lựa cách thức thay đổi tần số

Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command).

Bao gồm các lựa chọn sau:

0: Keypad:Thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím.
1: Potentiometer on keypad:Thay đổi tần số bằng núm vặn.
2: External AVI analog signal Input: Thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0-10VDC.
3: External ACI analog signal input: Thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA.
4: Communication setting frequency: Thay đổi tần số bằng RS485.
5: PID output frequency: Thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.

4.Cài giới hạn tần số

Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency). Là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz.

Giả sử:

Khi số này cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 Vòng/Phút. Có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1-60Hz) đối với động cơ thường.

=> Tóm lại chỉ với bốn thông số này là bạn có thể sử dụng được biến tần rồi. Còn có rất nhiều thông số để cài đặt, khi đã biết đến đây các thông số khác trong quá trình sử dụng vận hành. Chiến đấu với các ứng dụng thực tế, mò từ từ sẻ hiểu thêm về các thông số còn lại.

Điện trở thắng cho biến tần

Bản thân motor trong quá trình hoạt động khi kéo các tải có monent bị thay đổi liên tục hoặc dừng gấp (Deceleration time ngắn). Ví dụ:

Các máy kéo màng, máy xay, thang máy, cần cẩu. Trong những trường hợp này motor sẽ tạo ra một năng lượng điện hồi tiếp trở về biến tần (inverter DC bus). Lúc này làm điện áp tăng cao, biến tần  sẽ báo lỗi, khi có điện trở xả thì biến tần sẽ chuyển năng lượng này vào điện trở và chuyển thành nhiệt năng.

Thông thường các biến tần tần nhỏ 22KW trở xuống thì chỉ cần đưa điện trở vào là được. Đối với biến tần lớn hơn thì cần bộ trợ xả có tên là Bracking Unit. Vì nó lớn quá nên không tích hợp trong biến tần thôi.

Công suất và Ohm của điện trở sẻ lựa chọn theo bảng tra của nhà cung cấp chứ không phải chọn bừa là được.

Khi sử dụng máy biến tần cần lưu ý

• Căn cứ vào các bộ phận, giai đoạn, công đoạn sản xuất, sau đó xác định được công suất cần thiết cho động cơ. Tùy theo ứng dụng mà các bạn lựa chọn máy biến tần chất lượng sao cho phù hợp nhất, sẽ giúp bạn tiết kiệm được một khoản chi phí.
• Trong bộ máy biến tần là những linh kiện điện tử bán dẫn, vì vậy rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí;…nên cần lưu ý để đảm bảo tuổi thọ cũng như tính chính xác, ổn định của thiết bị.
• Biến tần không thể làm việc khi đặt ở ngoài trời, chúng ta cần lắp đặt trong tủ có không gian rộng, được thông gió tốt, vị trí đặt tủ phải khô ráo, nhiệt độ phòng nhỏ hơn 500 độ C, không có chất khí gas, ăn mòn, bụi bẩn.
•  Nên đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, trong trường hợp không hiểu hoặc không chắc chắn thì bạn không nên tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
•  Tìm đến các chuyên gia kỹ thuật của nhà cung cấp máy biến tần cho bạn để được hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để máy có thể vận hành tối ưu.
• 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.

 => Khi máy biến tần báo lỗi, thì hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu, tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.

Ứng dụng của biến tần

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,…

Hướng dẫn chọn biến tần

Lựa chọn biến tần đúng theo yêu cầu sử dụng là rất quan trọng vì nếu chọn sai biến tần sẽ báo lỗi thậm chí cháy biến tần. Nếu chọn biến tần cao quá sẽ gây lãng phí.

Chọn biến tần cần phải căn cứ vào các yếu tố sau

1.Thông số động cơ:

Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V, 220/380V, 380/660V. Trong đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V.

– Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần. Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì chọn biến tần vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V. Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ tới vài kW).

– Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần như trên.

– Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.

– Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.

2. Loại tải

Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung bình và tải nặng.

– Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ. Ví dụ biến tần LS là dòng IP5A, H100, biến tần Fuji là dòng eHVAC.

– Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực,… chọn dòng biến tần tải trung bình. Ví dụ biến tần Fuji là dòng Ace, biến tần INVT là dòng GD20.

– Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy nén, máy ép,… chọn dòng biến tần tải nặng. Ví dụ biến tần Fuji là dòng Mega, biến tần Mitsubishi là dòng A800.

Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn. Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất. Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.

3. Đặc điểm vận hành

Chế độ vận hành cũng quyết định rất quan trọng tới việc lựa chọn biến tần.

– Chế độ vận hành ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy, dừng, đảo chiều quay liên tục đòi hỏi biến tần có khả năng chịu quá tải cao, có thể phải lắp thêm điện trở xả để bảo vệ biến tần không bị cháy.

– Chế độ vận hành dài hạn: động cơ thường đạt tốc độ ổn định trong thời gian tương đối dài sau khi khởi động như quạt, bơm, băng tải,…

4. Dòng biến tần chuyên dụng

Nhiều hãng chế tạo các dòng biến tần chuyên dụng chỉ dùng cho 1 loại ứng dụng như quạt, máy làm nhang, thang máy,… Loại biến tần này có đặc điểm là tối ưu về tính năng và giá thành so với sử dụng biến tần đa năng.

5. Chọn hãng sản xuất

Yếu tố này liên quan đến chi phí đầu tư. Trên thị trường có nhiều hãng sản xuất biến tần. Hầu như các hãng đều có đủ loại biến tần đáp ứng được các yêu cầu sử dụng thực tế trong công nghiệp. Khác nhau ở yếu tố chất lượng (như độ ổn định, độ bền, hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt) do công nghệ sản xuất và khác nhau ở xuất xứ, thương hiệu làm cho giá thành cũng chênh lệch đáng kể.

• Phân khúc biến tần giá thấp có thể kể đến như: INVT, Delta,…
• Phân khúc biến tần giá trung bình: LS, Fuji,…
• Phân khúc biến tần giá cao: Mitsubishi, ABB,…

Lời kết:

Như vậy Dung đã chia sẻ một số thông tin và kiến thức cơ bản về biến tần là gì? Hy vọng bài viết sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu. Vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên các trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.

Nếu các bạn có đang tìm hiểu về các loại cảm biến nhất là cảm biến báo mức hãy tham khảo bài viết này nhé Các loại cảm biến báo mức

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Xin cám ơn!

Sales Enginner:

Ms Phương Dung

Mobi: 0937.27.65.66

Mail: dung.tran@huphaco.vn