Trong lĩnh vực công nghiệp hiện đại, biến tần giữ vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện. Từ các nhà máy sản xuất, tòa nhà thông minh, đến ứng dụng dân dụng, biến tần vẫn luôn là giải pháp tiết kiệm năng lượng - nâng cao hiệu suất hoạt động hàng đầu.
Bài viết này của Sensors Việt Nam sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về biến tần, nguyên lý hoạt động, phân loại và những lợi ích điển hình của thiết bị này.
ĐỊNH NGHĨA BIẾN TẦN
Biến tần là gì?
Biến tần (Bộ biến tần/Inverter) là thiết bị điện tử/mạch điện được dùng để biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều (DC) / xoay chiều (AC) ở tần số và điện áp này thành dòng điện xoay chiều ở tần số và điện áp khác (có khả năng điều chỉnh) mà không sinh ra công suất.
Hiểu đơn giản hơn, biến tần sẽ thay đổi tốc độ quay của động cơ điện thông qua việc điều chỉnh tần số nguồn điện vào. Thay vì tốc độ cố định, biến tần cho phép động cơ điều chỉnh tốc độ linh hoạt, từ đó phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng thực tế.
Biến tần là thiết bị được sử dụng trong hầu hết các hoạt động công nghiệp
XEM THÊM: CẤU TRÚC HỆ THỐNG SCADA HOÀN CHỈNH GỒM NHỮNG GÌ?
CẤU TẠO HOÀN CHỈNH CỦA BIẾN TẦN
Bộ biến tần hoàn chỉnh sẽ gồm các bộ phận chính sau đây:
Mạch chỉnh lưu: Bộ phận này sẽ thực hiện bước đầu tiên trong quá trình chuyển đổi điện từ - đó là nạp điện từ nguồn lưới điện (1 hoặc 3 pha) vào bộ biến tần và chuyển dòng điện xoay chiều AC thành dòng điện một chiều DC để chuẩn bị cho các giai đoạn chuyển đổi điện từ tiếp theo.
Bộ lọc DC: Bộ phận này bao gồm nhiều tụ điện có điện dung lớn và cuộn cảm để thực hiện nhiệm vụ lọc nhiễu, lưu trữ điện áp một chiều đã được chỉnh lưu trước đó. Các tụ điện sẽ lưu trữ, cấp điện áp ổn định cho giai đoạn chuyển đổi tiếp theo và giảm sóng xung động của điện áp DC.
Bộ nghịch lưu: Đây là bộ phận có vai trò cốt lõi của biến tần, nơi thực hiện chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều có thể điều khiển được. Theo đó:
- Nó sử dụng các bộ vi điều khiển (IGBT) để biến đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC.
- Biến đổi tần số cố định từ nguồn điện vào (thường là 50Hz) thành tần số có khả năng điều chỉnh (0 - 400Hz).
- Điều chỉnh điện áp đầu ra theo tỷ lệ V/f nhằm đảm bảo mô-men xoắn động cơ hoạt động ổn định.
Bộ điều khiển: Đây chính là "bộ não" của biến tần, bao gồm vi xử lý, hệ mạch cách ly và cổng nối với PLC/SCADA. Bộ điều khiển sẽ có chức năng chính là điều khiển các bộ vi điều khiển để tạo tín hiệu điều khiển, lập trình thông số hoạt động (điện áp, tần số, tốc độ...), giám sát các thông số biến tần, xử lý lệnh điều khiển bên ngoài (cảm biến, nút bấm, bàn phím, màn hình, truyền thông digital, tín hiệu analog…).
Bộ biến tần hoàn chỉnh gồm 4 phần
XEM THÊM: HỆ THỐNG PLC LÀ GÌ? CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC ỨNG DỤNG
NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH BIẾN TẦN
Nguyên lý hoạt động biến tần (Inverter) về cơ bản sẽ được thực hiện với các bước như sau:
Bước 1: Chỉnh lưu và Lọc (dòng điện xoay chiều AC → dòng điện một chiều DC)
- Nguồn điện xoay chiều (1 hoặc 3 pha) từ lưới điện (220V/380V, tần số $50Hz) sẽ được đưa vào bộ biến tần qua bộ chỉnh lưu cầu Diode.
- Tại đây, dòng điện xoay chiều sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều.
- Sau đó dòng điện một chiều sẽ được đưa qua giàn tụ điện để lọc nhiễu, làm phẳng điện áp, giúp nguồn điện ổn định.
Bước 2: Nghịch lưu (dòng điện một chiều DC → dòng điện xoay chiều AC, có khả năng tùy chỉnh)
- Dòng điện một chiều sau khi chỉnh lưu và lọc sẽ được chuyển đổi ngược lại thành dòng điện xoay chiều 3 pha thông qua IGBT (bộ nghịch lưu cấu tạo từ linh kiện bán dẫn công suất cao).
- Kết quả là tạo ra điện áp xoay chiều có giá trị tần số (f) và điện áp (V) theo nhu cầu thực tế của người dùng.
Nguyên lý hoạt động biến tần sẽ thông qua 2 bước đơn giản
XEM THÊM: ĐỘT PHÁ CÔNG NGHỆ: CẢM BIẾN VẬN TỐC ỐNG GIÓ AVS701 SERIES
CÁC LOẠI BIẾN TẦN PHỔ BIẾN NHẤT TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY
Trên thị trường hiện có 4 phân nhóm biến tần phổ biến, bao gồm:
Các loại biến tần theo đầu vào:
- Biến tần vào 1 pha 22V - ra 3 pha 220V: Thường dùng cho dân dụng và xưởng nhỏ.
- Biến tần vào 3 pha 380V - ra 3 pha 380V: Thường dùng cho công nghiệp công suất lớn.
- Biến tần vào 1 pha 220V - ra 3 pha 380V: Dùng cho điện dân dụng.
Các loại biến tần theo tính ứng dụng:
- Biến tần tải nhẹ: Ứng dụng trong quạt, bơm nước → tiết kiệm điện.
- Biến tần tải nặng: Ứng dụng trong máy đùn nhựa, máy cắt dòng G, máy nén khí, băng tải… → chịu tải cao và sở hữu mô-men khởi động lớn/rất lớn.
- Biến tần chuyên dụng: Bộ biến tần thang máy, máy in, máy dệt, năng lượng mặt trời…
Phân loại biến tần theo công nghệ:
- Biến tần điều khiển V/f.
- Bộ biến tần điều khiển Vector vòng hở.
- Bộ biến tần điều khiển Vector vòng kín.
Phân loại theo điện áp đầu ra: Chúng ta có hai loại là biến tần hạ thế (điện áp đầu ra 110V-690V → ứng dụng phổ biến) và trung thế (1000V - 10.000V → ứng dụng trong các động cơ khổng lồ).
Biến tần tải nặng
XEM THÊM: CẢM BIẾN GIÓ TRONG ĐƯỜNG ỐNG: HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ BẢO TRÌ A-Z
ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA BIẾN TẦN (INVERTER)
Các biến tần được dùng trong dân dụng lẫn công nghiệp nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng điện, bảo vệ động cơ, kéo dài tuổi thọ máy móc thiết bị và dễ dàng kết nối với các thiết bị điều khiển để tự động hoá các dây chuyền sản xuất.
Theo đó, các loại biến tần sẽ được ứng dụng trong:
Bơm nước và quạt hút/đẩy: Biến tần sẽ điều khiến tốc độ motor nhanh/chậm theo nhu cầu thực tế thay vì để chúng chạy hết công suất. Điều này giúp tiết kiệm đến 50% lượng điện năng tiêu thụ.
→ Dùng phổ biến trong tòa nhà thông minh, nhà máy nhiệt điện, hệ thống xử lý không khí HVAC…
Băng tải và dây chuyền sản xuất: Thiết bị giúp khởi động/dừng băng tải một cách êm ái, từ đó hạn chế việc làm xáo trộn/đổ vỡ sản phẩm hoặc giãn dây đai truyền động. Bên cạnh đó, nó cũng có thể điều chỉnh tốc độ băng chuyền sao cho phù hợp với nhịp độ làm việc của nhân công.
→ Dùng nhiều trong các dây chuyền chiết rót, dây chuyền sản xuất đóng gói, dây chuyền vận chuyển…
Hệ thống nâng hạ và thang máy: Biến tần có khả năng điều khiển nâng hạ các vật thể, kể cả vật nặng, một cách nhẹ nhàng và êm ái - nên nó được dùng rất phổ biến trong các dây chuyền vận chuyển/kho bãi quy mô lớn. Nhờ khả năng giảm tốc mượt mà nên thiết bị cũng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống thang máy để điều khiển buồng thang nâng lên nhẹ tênh và dừng lại đúng tầng (sai số tính bằng đơn vị milimet) mà không gây cảm giác “hẫng”.
Máy đùn và máy công cụ: Trong các máy CNC, tiện, mài… biến tần được tích hợp để điều khiển tốc độ trục chính sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại vật liệu, nhằm tạo ra những nét cắt gọn, mịn và giúp bề mặt sản phẩm láng mịn, thẩm mỹ hơn. Còn với các máy ép, đùn thì biến tần sẽ giám sát và điều khiển tốc độ đùn chính xác - đảm bảo độ dày và chất lượng của sản phẩm đạt chuẩn, đồng nhất.
Ngoài ra, bộ biến tần còn được dùng trong:
- Máy nén khí.
- Máy cuốn/nhả dùng trong đánh cuốn, điện phân, tráng, in ấn…
- Hệ thống điều hòa không khí HVAC.
- Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.
Biến tần được dùng nhiều trong máy bơm nước
XEM THÊM: 4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN ĐO GIÓ PHỔ BIẾN NHẤT
Biến tần là giải pháp thông minh giúp tối ưu năng lượng, tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao hiệu suất hoạt động trong nhiều ứng dụng - từ dân dụng cho đến công nghiệp hiện đại. Đây là thiết bị mà các doanh nghiệp sản xuất, ban vận hành tòa nhà thông minh, hệ thống xử lý nước thải… nên có. Hãy liên hệ với Sensors Việt Nam để được tư vấn kỹ hơn về biến tần nếu có nhu cầu nhé!