TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN: KHÁI NIỆM, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CÁC THƯƠNG HIỆU BIẾN TẦN HIỆN NAY

Biến tần là thiết bị điện tử hoặc mạch điện thực hiện biến đổi năng lượng điện. Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ, đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung và tiết kiệm năng lượng. Vậy biến tần là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? Trong bài viết sau đây Cơ Điện Đông Á sẽ giải đáp thắc mắc cho mọi người

1. Biến tần là gì?

Biến tần (hay còn gọi là inverter) là thiết bị điện tử hoặc mạch điện thực hiện biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều hoặc dòng điện xoay chiều ở cấu hình tần số và pha này thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác.

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. Các biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt của Biến tần

a. Cấu tạo:

-Mỗi loại biến tần được xây dựng với cấu trúc riêng biệt, được điều chỉnh phù hợp với ứng dụng cụ thể và các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để đảm bảo hiệu suất ổn định và độ bền trong môi trường công nghiệp đòi hỏi sự chịu đựng cao. Cấu trúc cơ bản của biến tần thường bao gồm các thành phần sau:

+ Mạch nguồn: Chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện cho toàn bộ biến tần. Mạch nguồn đảm bảo ổn định và chất lượng nguồn điện đầu vào.

+ Mạch điều khiển: Là trung tâm quản lý của biến tần, nơi thực hiện các chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ. Mạch này giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất và an toàn của hệ thống.

+ Mạch chuyển đổi tần số: Là mạch chủ yếu của biến tần, thực hiện chức năng chuyển đổi tần số dòng điện đầu vào (thường là 50Hz) thành tần số dòng điện đầu ra có thể điều chỉnh từ 0 đến 400Hz. Mạch này bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc và bộ nghịch lưu IGBT.

+ Mạch bảo vệ: Gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, quá dòng và bảo vệ khỏi các sự cố điện có thể ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống.

+ Màn hình và bàn phím: Sử dụng để giám sát, cài đặt và điều khiển biến tần từ phía người vận hành.

Xem thêm: Tìm hiểu Ổn áp: Khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, chức năng của ổn áp

b. Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha sẽ được đưa vào để chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công việc này được thực hiện nhờ bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.

Sau đó, điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ lưu trữ trong giàn tụ điện.
IGBT có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật/tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần. Thông qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT của biến tần, điện áp xoay chiều 3 pha sẽ được tạo ra bằng phương pháp điều chế độ rộng xung.
Nhờ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số cao để giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

c. Lợi ích của việc sử dụng Biến tần:

+ Kiểm soát tốc độ động cơ: Biến tần đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào. Điều này mang lại độ chính xác và linh hoạt cao trong việc điều khiển tốc độ của máy móc và dây truyền sản xuất.

+ Bảo vệ động cơ: Biến tần được trang bị thiết bị điện tử giám sát, cảnh báo và tự động dừng cấp điện khi gặp sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, mất pha, tạo ra một hệ thống an toàn trong quá trình vận hành.

+ Đảo chiều quay động cơ: Khả năng cài đặt sẵn của biến tần khi máy chạy đến hết hành trình làm cho quá trình đảo chiều hoặc điều khiển trực tiếp trở nên dễ dàng và linh hoạt.

+ Tích hợp Module truyền thông: Các module truyền thông tích hợp vào biến tần giúp dễ dàng điều khiển và giám sát từ trung tâm.

+ Giảm dòng khởi động: Biến tần giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp hoặc khởi động sao-tam giác, không gây sụt áp hoặc khởi động khó khăn.

+ Khởi động từ tốc độ thấp: Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp động cơ không phải chịu đựng cú sốc khởi động đột ngột, giảm rủi ro hư hại cho phần cơ khí và ổ trục, cũng như tăng tuổi thọ động cơ.

+ Tiết kiệm năng lượng: Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với việc chạy động cơ trực tiếp.

+ Hiệu suất cao và giảm chi phí: Nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện giúp giảm chi phí lắp đặt tụ bù và hạn chế hao hụt điện năng trên đường dây.

+ Tăng tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì: Biến tần giúp động cơ không bị quá tải và không hoạt động ở công suất tối đa trong thời gian dài, từ đó tăng tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì.

+ Giảm Ồn và Rung: Biến tần giảm độ ồn và độ rung của động cơ, cải thiện môi trường làm việc và giảm ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động.

3. Các thương hiệu Biến tần hiện nay

3.1. Hãng Mitsubishi:

Biến tần Mitsubishi là dòng sản phẩm tân tiến cũng như mới nhất của hãng Mitsubishi. Được nâng cấp và tối ưu hoá để hoàn chỉnh cả về thiết kế lẫn kỹ thuật giúp đạt được hiệu quả cao trong các ứng dụng máy móc. Chức năng của biến tần là bảo vệ an toàn cho các tình trạng như: mất pha, thấp áp, quả tải.. Bên cạnh đó biến tần có có khả năng kết hợp với các loại tải SLD, HD, ND, LD.

3.2. Hãng Schneider:

Biến tần Schneider được tích hợp tính năng điều chỉnh tần số của tải theo nhu cầu và mục đích sử dụng của người dùng. Thiết bị này sẽ làm thay đổi tần số dòng điện bên trong động cơ đồng thời điều khiển tốc độ mà không cần dùng đến hộp số cơ khí.

3.3. Hãng LS:

Biến tần LS là thiết bị chuyên dụng cung cấp các phương pháp điều khiển vectơ từ thông, giữ nhiệm vụ điều khiển PID và bảo vệ lỗi tiếp đất thông qua các chức năng cơ bản được thiết lập. Biến tần LS giúp mang lại nhiều lợi ích cho sản xuất nhờ vào giao diện dễ sử dụng và mở rộng lên tới 7.5kW.

3.4. Hãng Siemens:

Biến tần Siemens là một loại thiết bị điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số nguồn điện đưa đến độ cơ.

3.5. Hãng Omron:

Biến tần Omron là thương hiệu hàng đầu Nhật Bản trong sản xuất các thiết tự động, nhờ công nghệ sản xuất mới nhất.

3.6. Hãng Delta:

Biến tần Delta là các thiết bị điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của các động cơ điện. Chúng cho phép điều chỉnh tần số điện áp đưa đến động cơ, từ đó làm thay đổi tốc độ quay của động cơ.

3.7. Hãng Chint:

Biến tần Chint có khả năng điều chỉnh tốc độ quay theo nhu cầu, từ đó giúp tiết kiệm điện năng đáng kể. Cụ thể, khi không cần thiết, tốc độ quay của máy trộn sẽ giảm đi đáng kể. Điều này không chỉ giảm chi phí mà còn có hiệu quả trong hoạt động lâu dài, góp phần bảo vệ môi trường.

3.8. Hãng ABB:

Biến tần ABB là thiết bị được dùng để điều khiển tốc độ của động cơ điện. Sở hữu nhiều tính năng vượt trội, thiết bị này ngày được sử dụng nhiều trong hệ thống điện,tự động hoá.

3.9. Hãng INVT:

INVT là nhà sản xuất và thương hiệu biến tần lớn nhất Trung Quốc sử dụng IGBT và công nghệ của Đức, sản xuất các sản phẩm chất lượng cao với giá cả đặc biệt cạnh tranh, biến tần INVT đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều năm qua nhờ có các tính năng đặc biệt, đa năng, độ bền cao, tiết kiệm điện và ...

3.10. Hãng Fuji:

Biến tần Fuji là dòng biến tần rất nổi tiếng và lâu đời bậc nhất ở Nhật, nó bắt đầu xuất hiện trên thị trường từ những năm 1980 bởi hãng Fuji Electric với họ FVR-F. Fuji Electric là nhà tiên phong trong công nghệ IGBT tại Nhật, hiện nay một số hãng nổi tiếng trên thế giới như Mitsubishi, ABB,…