Hiểu chi tiết về Biến Tần (Lưu ý khi lựa chọn)
Những Nội Dung Chính Bài Viết
1 / Biến tần là gì ?
Biến tần ( tên tiếng anh gọi là Inverter ) là một thiết bị điện tử được sử dụng để tinh chỉnh và điều khiển vận tốc của động cơ 3 pha không đồng điệu trải qua việc tinh chỉnh và điều khiển tần số điện áp cấp vào cho động cơ. Đây là thiết bị rất quen thuộc trong công nghiệp .
Các loại máy móc công nghiệp : Máy CNC, bơm nước, mạng lưới hệ thống dây chuyển sản xuất, mạng lưới hệ thống nâng chuyển, quạt hút thối hiệu suất lớn, … đều có sử dụng biến tần
VFD viết tắt của Variable Frequency Drive, có nghĩa là điều khiển đa tần. Chúng được dùng để chạy các động cơ AC với nhiều mức tốc độ khác nhau hoặc tăng tốc từ từ để có một sự kích hoạt động cơ mượt mà. Biến tần hoạt động bằng cách tinh chỉnh tần số của động cơ nhằm điều chỉnh tốc độ quay vòng trên phút. Để thực hiện điều đó, một biến tần chính xác sẽ biến đổi điện áp 2 lần (tóm tắt quá trính đó như sau):
Bạn đang đọc: Hiểu chi tiết về Biến Tần (Lưu ý khi lựa chọn)
- Đầu tiên, chuyển điện áp AC 3 pha về DC, kết hợp với các đi ốt
- Sau đó, làm mịn dòng DC bằng tụ điện
- Chuyển DC thành AC dùng các transistor như các công tắc. Việc tận dụng các “công tắc” này cho phép biến tần có thể tinh chỉnh tần số cung cấp đến động cơ, đồng nghĩa với việc điều tốc động cơ
Để dễ tưởng tượng, ta hãy so sánh quy trình hoạt động giải trí bên trong biến tần với một mạng lưới hệ thống bơm đơn thuần. Đầu tiên là những diode chuyển nguồn điện AC sang DC, giống như 1 van kiểm tra nguồn vào của mạng lưới hệ thống nước, chỉ được cho phép dòng nước chảy một chiều. Tụ điện đóng vai trò là một bộ lọc nước, lọc dòng điện và nâng cao tính không thay đổi. Còn những transistor sẽ là những van, bật hoặc tắt dòng chảy nguồn năng lượng khi thiết yếu. Những điều cơ bản vừa qua giúp lý giải biến tần kiểm soát và điều chỉnh tần số của động cơ thế nào .
Tóm lại: Biến tần hay VFD là viết tắt của Variable Frequency Drive có nghĩa là điều chỉnh bién tần, chúng được dùng trong điều khiển tốc độ động cơ AC. Chúng cũng được ứng dụng trong việc khởi động động cơ một cách từ từ và trơn chu, hay để tránh chịu tải nặng khi khởi động động cơ. Điều này được thực hiện bởi cơ chế điều chỉnh tần số truyền đến động cơ. Một kiểu thiết lập chuyển nguồn AC sang DC và từ DC quay lại AC. Các biến tần được dùng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Một kiểu ứng dụng phổ biến nhất là điều chỉnh lượng nước trong một quy trình xử lý nước thủ công hoặc tự động từ bộ điều khiển PLC. Tất nhiên cũng sẽ có rất nhiều hãng biến tần và các tính năng khác nhau, vì thế hãy chắc chắn bạn đã nghiên cứu chúng kỹ càng trước khi sử dụng.
1.1 / Sự sinh ra của biến tần ?
Bắt nguồn từ nhu yếu tinh chỉnh và điều khiển vận tốc quay của động cơ 3 pha không đồng điệu, người ta đã nghiên cứu và phân tích từ công thức tính số số vòng qua của động cơ N = [ 60 f x ( 1 – s ) ] / P.
Từ có cho ta thấy muốn điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ thì sẽ có 3 cách : Thay đổi tần số điện ( f ), số điện cực ( p ) và thông số trượt ( s ) .
- Nếu thay đối số điện cực (P) thì chỉ có thể thay đổi được vài cấp tốc độ động cơ và mỗi lần tốc độ động cơ thay đổi sẽ dẫn đến hiện tượng giật động cơ
- Nếu thay đổi hệ số trượt (s) thì cần phải có mạch điều chỉnh hệ số trượt (tương đối phức tạp)
- Chính vì vậy việc điều khiển tần số (f) là cách đơn giản nhất để điều khiển tốc độ của động cơ 3 pha không đồng bộ.
Dựa vào cách biến hóa tần số lưới điện sẽ thuận tiện đổi khác được tố độ động cơ nên biến tần đã được sinh ra từ đây … !
1.2 / Tại sao cần phải sử dụng biến tần ?
- Có thể thay đổi tần số lưới điện từ đó thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất (Trong khi lưới điện đang sử dụng có tần số f = 50/60 Hz)
- Không cần phải dùng các mạch khởi động hình sao hay tam giác
- Dễ dàng khởi động các tải công suất lớn
- Việc khởi động sẽ có tốc độ ban đầu la chậm và tăng dân lên mức nhanh giúp đảm bảo không làm giật động cơ hay hư hỏng các bộ phận cơ khí, kết cấu máy móc
- Tiết kiệm điện năng
- Bảo vệ hệ thống khi gặp những trường hợp: quá tải, quá dòng, quá áp
2 / Phân loại biến tần
Có nhiều cách phân loại : Dựa theo hiệu suất, dựa theo loại điện áp cấp vào hoặc dựa vào những hãng sản xuất. Cách được nhiều người lựa chọn nhất là dựa theo hiệu suất
- Biến tần trực tiếp: Dành cho động cơ có công suất rất lớn
- Biến tần gián tiếp: Dành cho động cơ công suất thấp hơn (Dãy công suất từ dưới 1kW – 700kW)
Trên trong thực tiễn sẽ gặp hầu hết loại biến tần gián tiếp vì với dãy hiệu suất tương hỗ như vậy là đã bao quát hàng loạt những động cơ được sử dụng trong công nghiệp
Biến tần trực tiếp có giá rất cao và rất ít được sử dụng ( Có thể một người làm chuyên về điện công nghiệp sẽ chẳng khi nào gặp được loại này )2.1 / Phân loại biến tần điện áp
Dựa vào lưới điện sử dụng thì hoàn toàn có thể chia làm 2 loại : Biên tần 1 pha và biến tần 3 pha
- Đầu vào 1 pha có 2 loại: 110V và 220v
- Đầo vào 3 pha có 2 loại: 200V và 380V
Việc chia ra nhiều loại pha điện áp để tương thích với những mục tiêu khác nhau : Đầu vào 1 pha sử dụng cho cho loại động cơ hiệu suất nhỏ ( dưới 15 kW ) và tương thích với lưới điện của từng vương quốc
3 / Cấu tao biến tần
Nhìn chung biến tần có kích cỡ tương đối nhỏ gọn và đơn thuần. Nên việc sử dụng cũng không có quá nhiều khó khăn vất vả chỉ việc lắp vào và thiết lập vài thông kỹ thuật cho tương thích. Cấu tạo bên trong một biến tần gồm 3 khối cơ bản :
- Khối chỉnh lưu: Bao gồm 6 diot chỉnh lưu 3 pha (chỉnh lưu tự động)
- Khối lọc: Gồm cuộn dây (L) và tụ điện (C)
- Khối nghịch lưu: 6 con IGBT và 6 Diot mắt song song với IGBT
(Note: Trước đây khối nghịch lưu được dùng bằng những con Transistor, kể từ khi IGBT ra đời nó đã thay thế Transistor vì rất nhiều ưu điểm vượt trội)
Lưu ý: Đầu vào của biến tần gồm 1 pha và 3 pha (Nên khi mua cần phải lưu ý sử dụng loại đầu vào nào?)
4 / Nguyên lý hoạt động giải trí
Cơ chế hoạt động giải trí của biến là biến dòng điện AC ( 1 pha hoặc 3 pha ) thành điện DC ( phẳng ) sau đó chuyển ngược lại thành AC đối xứng và thực thi băm xung để đạt được điện áp AC – 3 pha đầu ra có tần số mong ước
B1: Điện áp khi đi vào biến tần có dạng đồ thị hàm Sin
B2: Sau khi đi qua khối chỉnh lưu đồ thị sẽ chuyển sang dạng hình gợn sóng
B3: Điện áp tiếp tục đi qua bộ lọc L hoặc C sẽ được chuyển thành dạng phẳng hoàn toàn (Điện DC chuẩn)
B4: Khi đi qua khối nghịch lưu sẽ sử dụng phương pháp PWM (Băm xung hay băm áp), băm áp với tần số cao (Tần số càng cao thì điện áp đầu ra càng “mịn” sẽ gần giống với điện áp đầu vào)
Note: Sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã giúp tạo ra những dãy tần số siêu âm, việc này sẽ giúp động cơ giảm tiếng ồn ở mức tối đa và tăng tuổi thọ cho động cơ
4.1 / Khi động cơ trở thành máy phát điện
Trên khối nghịch lưu có 6 con diot, chúng sẽ phát huy tính năng khi động cơ trở thành máy phát : Khi động cơ thao tác ở chính sách máy phát ( Tải còn quán tính ) thì dòng điện sẽ phát ngược lại từ động cơ trở về biến tần, nên cần phải giải phóng hàng loạt lượng điện năng được tạo ra
Điện áp sẽ đi ngược lại vào trong biến tần và đi qua 6 con diot sau đó tích ở tụ điện. Việc dùng diot mắc song song là giúp bảo vệ những con IGBTNgoài ra trên thực tế: người ta còn sử dụng điện trở xả nhằm biến toàn bộ lượng điện năng được sinh ra từ động cơ (khi ở trạng thái máy phát) thành nhiệt năng để bảo bệ biến tần
Điện trở xả cho biến tần
5 / Vậy biến tần dùng để làm gì ?
Một ứng dụng thông dụng nhất trong công nghiệp là kiểm soát và điều chỉnh vận tốc của động cơ bơm nước trong dây chuyền sản xuất giải quyết và xử lý nước. Loại dây chuyền sản xuất này thường đòi hòi một lưu lượng dòng chảy không thay đổi đi xuyên suốt hàng loạt quy trình. Tuy nhiên, nếu lượng nước cấp vào thấp hơn, người quản lý và vận hành cần kiểm soát và điều chỉnh lại vận tốc của hàng loạt quy trình, và điều này hoàn toàn có thể thực thi được nhờ biến tần. Việc giám sát và kiểm soát và điều chỉnh dòng nước đều trở nên thuận tiện khi có biến tần. Một thực sự hữu dụng khác về biến tần là chúng hoàn toàn có thể được điều khiển và tinh chỉnh trải qua PLC. Sử dụng những giao thức tinh chỉnh và điều khiển cơ bản được miêu tả ở phần trước, như RS232 hay RS485, những PLC có quyền giám sát và tinh chỉnh và điều khiển vận tốc động cơ, trải qua biến tần. Điều này giúp quá trình sản xuất như giải quyết và xử lý nước trở nên thuận tiện và hiệu suất cao hơn nhiều. Và cách thiết lập này hoàn toàn có thể được ứng dụng trong bất kể bài toán nào cần sự tự động hóa .
6 / Lưu ý khi chọn mua biến tần
Khi lựa chọn biến tần ngoài việc tìm những hãng sản xuất chất lượng thì cần phải có kiến thức về kỹ thuất để chọn đúng loại đáp ứng được cho nhu cầu
Lưu ý 1: Công suất biến tần tối thiểu phải lớn hơn công suất của động cơ (Nên chọn công suất biến tần lớn hơn 20% công suất động cơ)
Lưu ý 2: Điện áp sử dụng là 1 pha hay 3 pha
Source: https://suadieuhoa.edu.vn
Category : Công Nghệ
