Biến tần có thể hiểu ngắn gọn là thiết bị có khả năng chuyển đổi tần số, có nhiều loại như: năng lượng mặt trời, công nghiệp, biến tần trong máy giặt, máy lạnh, bếp từ.
Trong phạm vi bài viết này, chỉ đề cập đến biến tần có nguồn vào AC và ngõ ra 3 pha dùng để điều khiển động cơ 3 pha trong công nghiệp, còn có tên gọi khác là inverter, variable frequency drive (VFD).
Bài viết thuộc khóa học biến tần online miễn phí của Abientan: Khóa học biến tần online miễn phí
Cấu tạo
Thường có cấu tạo gồm 3 khối chính:
Khối nguồn
Diode, tụ lọc và điện trở chuyển đổi điện AC thành DC. Nguồn cấp AC có thể là 1 pha hoặc 3 pha, điện áp sau chỉnh lưu thường gọi là DC bus.
Một số lỗi liên quan tới quá áp, thấp áp thường không căn cứ vào điện áp của ngõ vào, mà sẽ dựa trên việc đo điện áp trên DC bus.
Khối mạch điều khiển
Khối mạch điều khiển chịu trách nhiệm xử lý toàn bộ chức năng của biến tần như: xuất tín hiệu điều khiển để đóng mở IGBT theo thuật toán, nhằm tạo ra điện áp ngõ ra giả lập như điện 3 pha, đọc tín hiệu cảm biến để thực hiện các hàm bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt, nhận tín hiệu từ card mở rộng hay giao tiếp truyền thông.
Khối công suất ngõ ra
Đối với loại công suất nhỏ, điện áp 220V giá rẻ thường dùng FET, còn loại công suất lớn sẽ dùng IGBT. Điện áp ở ngõ ra động cơ ở dạng tương tự như điện sóng sin và chỉ được sử dụng cho động cơ 3 pha. Việc sử dụng cho các thiết bị khác có thể gây hư hỏng.
Phân loại
Biến tần được phân loại thành rất nhiều loại khác nhau dựa trên từng đặc điểm như sau:
Điện áp
- Trung thế: điện áp từ 600V trở lên.
- Hạ thế: điện áp 380V và 220V.
Xuất xứ
- Nhật Bản: Yaskawa, Mitsubishi.
- Đài Loan: Delta,Cutes.
- Hàn Quốc: LS, Hyundai.
- Châu Âu: ABB, Siemens.
- Trung Quốc: Invt, Veichi.
Dạng tải
- Tải nặng: cầu trục, nâng hạ, máy nghiền, ly tâm. Ví dụ: Yaskawa A1000, GA700; Mitsubishi: A700, A800.
- Tải nhẹ: bơm, quạt. Ví dụ: Yaskawa: E1000; Mitsubishi: F700, F800.
- Tải thường: băng tải. Ví dụ: Yaskawa: V1000, GA500; Mitsubishi: D700, E700, E800.
Chức năng
- V/F, vector vòng kín, vòng hở.
- Chạy torque kín, torque hở.
- Điều khiển PID.
Lợi ích
Biến tần ngày càng được sử dụng nhiều bởi vì có những ưu điểm sau:
Thay đổi tốc độ động cơ
Động cơ 3 pha khi dùng lưới điện trực tiếp chỉ chạy ở một tốc độ cố định. Khi lắp đặt biến tần, có thể điều khiển với nhiều tốc độ khác nhau.
Ví dụ: khi lắp biến tần cho băng tải, chúng ta có thể dễ dàng điều khiển tốc độ nhanh – chậm để phục vụ cho quá trình sản xuất.
Tiết kiệm điện
Đối với một số ứng dụng lắp biến tần để làm chậm tốc độ động cơ, mức điện năng giảm được từ 10-30%. Ví dụ: động cơ máy nén khí chạy sao tam giác thì gần như lúc nào cũng phải chạy ở tốc độ tối đa để duy trì áp suất. Nếu lắp biến tần chạy ở chế độ PID, động cơ có thể được điều chỉnh để chạy ở tốc độ phù hợp mà vẫn giữ được áp suất cài đặt. Việc giảm tốc độ này giúp tiết kiệm điện năng rất đáng kể.
Chuyển điện 1 pha thành 3 pha
Biến tần có khả năng sử dụng nguồn vào 1 pha sau đó chuyển thành 3 pha, do đó rất hữu ích trong trường hợp máy móc sử dụng mô tơ 3 pha, mà nhà xưởng lại chưa có điện 3 pha.
Giúp động cơ hoạt động êm hơn
Biến tần khởi động và dừng motor êm hơn nhờ các hàm cài đặt liên quan tới thời gian tăng, giảm tốc, giúp cho motor không bị sốc về cơ khí, tăng độ bền đáng kể.
Chế độ bảo vệ
Được tích hợp rất nhiều hàm bảo vệ như: quá tải, quá áp, quá dòng, mất pha, chạm vỏ… Giúp phát hiện sớm sự cố, để đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời, giảm tỷ lệ cháy motor.
Ví dụ, có nhà máy trước đây nếu không lắp biến tần thì động cơ sẽ hư hỏng sau 2-3 năm, còn khi lắp biến tần, động cơ chỉ bị hư hỏng sau 5-6 năm.