Nếu bạn chưa được học qua trường lớp chuyên về ngành điện thì chắc bạn vẫn chưa hiểu hết Biến tần (Inverter) là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Biến tần như nào, ứng dụng, lợi ích ra sao? Hãy cùng CHEAPEA giải đáp các thắc mắc của bạn dưới bài viết này nhé!
1. Biến tần là gì?
Bộ biến tần (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 có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50 Hz hoặc lên đến 400Hz với các loại động cơ chạy tốc độ cao CNC.
– Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần 1 pha và biến tần 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.
Ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những doanh nghiệp có nguồn lực tài chính dồi dào, những lợi mà biến tần mang lại cho bạn vượt xa rất nhiều so với chi phí bạn phải trả. Do đó, biến tần đang dần trở thành thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Những lợi ích của việc sử dụng biến tần bao gồm:
- Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.
- Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
- Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí.
- Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất.
2. Cấu tạo biến tần
Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên ba pha có thể điều khiển.
Một số bộ phận chính có kể ra như:
- Bộ chỉnh lưu: Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.
- Tuyến dẫn một chiều: Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ
- IGBT: Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện
- Bộ kháng điện xoay chiều: Bộ điện kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.
- Bộ điện kháng một chiều: Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra
- Điện trở hãm: Lượng điện thừa tạo ra cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.
Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.
3. Nguyên lý hoạt động của biến tần
- Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 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. hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
- Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
- Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
- Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.
4. Lợi ích của biến tần
- Bảo vệ động cơ
Khi lắp đặt máy biến tần của chúng tôi, bạn có thể hoàn toàn an tâm về việc máy móc vẫn đang hoạt động hiệu quả. Vì máy biến tần có thể điều khiển tốc độ hoạt động của động cơ một cách linh hoạt, bạn có thể điều chỉnh nó hoạt động không quá 1,5 lần so với phương pháp truyền thống hoặc không quá 4 đến 6 lần dòng định mức. Máy biến tần này là loại thiết bị tối tân nhất hiện nay với hệ thống điện tử để bảo vệ máy móc khi dòng điện quá dòng, hệ thống bảo vệ cao áp cũng như thấp áp.
- Giảm hao mòn cho máy móc
Bạn đang sử dụng 1 băng tải, máy bơm hay máy móc công suất lớn ? Khi khởi động động cơ quá nhanh, sức ì hay quán tính theo thời gian sẽ làm phá hỏng phần cơ khí, ổ trục của động cơ. Biến tần Bơm năng lượng mặt trời có thể giúp bạn giải quyết được việc này. Bạn có thể điều chỉnh tần số của dòng điện qua máy biến tần khi khởi động động cơ từ thấp đến cao dần đều để động cơ bền bỉ và hoạt động ổn định sau nhiều năm.
- Tiết kiệm điện năng
Máy móc của bạn đang chưa cần chạy hết công suất ? Bạn chỉ cần 1 dòng điện có tần số bằng 1 nữa so với khi tải nặng. Bằng việc giảm tần số của dòng điện đi qua, máy biến tần có thể điều chỉnh công suất máy của bạn về mức thích hợp. Điều này trên thực tế đã được chứng minh trong sản xuất, giảm tiêu thụ điện năng cho máy móc lên đến 30%, bạn có thể giảm được chi phí cho việc sản xuất đáng kể. Đặc biệt là các thiết bị theo loại sử dụng motor như hệ thống quạt gió và máy bơm.
- Tăng năng suất sản xuất
Thông thường, động cơ của bạn hoạt động ở 50Hz, 1500v/p nhưng khi có máy biến tần, bạn có thể tăng tần số dòng điện, đẩy nhanh tốc độ hoạt động của máy lên đến 60Hz 1800v/p giúp gia tăng được sản lượng. Trước đây, khi chưa có máy biến tần, người ta thường sử dụng thêm 1 Pully hay mô tơ rùa( mô tơ phụ) để điều chỉnh tốc độ của máy móc, việc này tốn kém thêm chi phí máy móc, vừa tốn công bưng vác thiết bị và hao phí điện năng rất nhiều do 2 loại này chỉ giúp tăng công suất máy bằng cách thêm máy phụ mà không dựa trên nguyên lý dòng điện như máy biến tần. So với việc sử dụng nguồn điện trực tiếp, sử dụng máy biến tần có thể giúp gia tăng khả năng sản xuất lên đến 20%.
- Công nghệ tiên phong, sản phẩm tiên phong
Theo dòng cách mạng công nghiệp lần thứ 4, việc thay đổi công nghệ trong sản xuất cũng là một trong nhưng tiêu chí hàng đầu cho doanh nghiệp, và đặc biệt là trong sản xuất. Máy biến tần của chúng tôi được tích hợp nhiều loại module thông tin để truyền tín hiệu đến máy tính giúp cho việc điều khiển và vận hành mọi thiết bị từ xa.
5. Ứng dụng của biến tần
Với nhiều lợi ích và ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất công nghiệp và dân dụng. Một số ứng dụng phổ biến của biến tần:
a. Ứng dụng biến tần cho bơm, quạt
– Sử dụng biến tần để điều khiển bơm, quạt giúp tiết kiệm điện năng, dễ dàng điều khiển tốc độ động cơ, bảo vệ động cơ và chi tiết máy với các chức năng bảo vệ: quá áp, quá nhiệt, thấp áp, bảo vệ nhiệt động cơ, đảo pha, bảo vệ ngắn mạch, kẹt rotor…
– Dòng khởi động được hạn chế không gây sụt áp khi khởi động để không làm ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
– Áp suất của toàn hệ thống không đổi đối với mọi lưu lượng, với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector, nên tốc độ có thể thay đổi một cách linh hoạt và Không giới hạn số lần khởi động
Ứng dụng biến tần vào quạt, bơm
– Quá trình dừng, khởi động đều được mềm hóa nên giảm thiểu sự tổn hại tới cho động cơ về mặt cơ khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Giúp giảm chi phí bảo dưỡng.Tiết kiệm tối đa năng lượng khi tải thay đổi liên tục
– Tính năng làm đầy đường ống: khởi động bơm từ từ với thời gian cài đặt, tránh gây rung đường ống hay sự thay đổi áp suất đột ngột,… ảnh hưởng xấu đến cho hệ thống.
– Biến tần điều khiển bơm nước ổn định áp suất và lưu lượng cho chung cư cao tầng. Nhiều biến tần điều khiển nhiều bơm theo nguyên lý san tải đặc biệt như trong hệ thống cấp nước sạch khu dân cư, đô thị. Biến tần điều khiển quạt làm mát tháp giải nhiệt cho các hệ thống nước tuần hoàn trong Nhà máy, nhà cao tầng (Giải nhiệt cho Chiller). Biến tần điều khiển quạt cấp gió tươi cho các lò gia nhiệt, quạt tuần hoàn li tâm buồng đốt mức độ tải nặng với Moment quán tính của cánh quạt lớn gấp nhiều lần Moment quán tính của động cơ.
b. Ứng dụng biến tần cho máy nén khí
– Chế độ điều khiển cung cấp khí thông thường theo phương thức đóng/cắt.
– Chế độ điều khiển tốc độ quay motor bằng biến tần
Ứng dụng biến tần vào máy nén khí
c. Ứng dụng biến tần cho băng tải
– Băng tải được sử dụng rộng rãi như khai thác mỏ, và thường dùng trong những điều kiện đòi hỏi khắt khe với độ hoạt động liên tục
– Bảo vệ băng tải và thiết bị cơ khí bằng cách kiểm soát chính xác vận tốc và momen động cơ, kéo dài thời gian hoạt động của băng tải và giảm thiểu chi phí vận hành bảo dưỡng. Đồng thời, nếu một mối nối của băng tải cần sửa chữa, biến tần sẽ điều khiển di chuyển băng tải vào vị trí chính xác để tiện sửa chữa.
Ứng dụng biến tần cho băng tải
d. Ứng dụng biến tần cho thiết bị nâng hạ
Cần có hai đặc điểm chính sau đây: Thứ 1 là phải chọn loại biến tần có moment khởi động lớn bởi vì ở tần số thấp đối với những loại biến tần thường moment rất thấp nếu dùng cho cầu trục có thể gây hiện tượng trượt hay rớt tải, Thứ hai là biến tần phải được trang bị hệ thống xả hoặc hồi được tiếp về lưới, khi cơ cấu nâng hạ đưa tải lên cao, sau đó hạ xuống thấp lúc này động cơ đóng vai trò như máy phát làm tăng điện áp một chiều của biến tần nếu không có bộ xả hoặc bộ trả điện áp về lưới thì chắc chắn biến tần sẽ báo lỗi không hoạt động được.
Ứng dụng biến tần vào cẩu trục
e. Ứng dụng biến tần cho máy cán kéo
– Trong sản xuất thép các máy cán thông thường sử dung động cơ xoay chiều, máy cán thuận nghịch dùng động cơ một chiều. Máy kéo dây truyền thống thường không điều chỉnh tốc độ theo lực căng, dẫn tới sản phẩm có thể không đảm bảo chất lương khi lực kéo thay đổi.
-Sử dụng biến tần điều khiển động cơ các máy cán kéo sẽ đáp ứng đầy đủ và chính xác yêu cầu truyền động của công nghệ sản xuất hiện đại. Biến tần AC cho các động cơ AC và các converter DC cho động DC
– Nếu hệ thống điều khiển với biến tần có thể tự động điều chỉnh tốc độ của động cơ bơm dầu theo yêu cầu tải thực tế (áp suất và lưu lượng) phù hợp với từng giai đoạn thì năng lượng tiêu thụ sẽ đạt mức thấp nhất.
f. Ứng dụng biến tần cho máy cuốn – nhả
– Yêu cầu lớn nhất với các loai máy này là phải ổn định sức căng, đảm bảo việc cuốn/nhả đều đặn. Đặc biệt yêu cầu chính xác với các vật liệu cuốn /nhả dạng sợi, màng, tấm… ( Kéo dây, đánh cuộn, in, tráng…)
– Sử dung biến tần đảm bảo việc đồng tốc 2 động cơ cuộn – nhả, ổn định sức căng giữa 2 đầu. Chủ động điều chỉnh tốc độ khi cần sử dụng các chế độ cuốn nhả khi có thay đổi kích thước vật liệu, yêu cầu sức căng.
g. Ứng dụng biến tần cho hệ thống HVAC
– Hệ thống điều nhiệt và thông gió nhìn chung bao gôm các động cơ cho bơm tuần hoàn, máy nén, quạt. Các động cơ này đều yêu cầu điều khiển lưu lượng, các giải pháp điều khiển truyền thống như điều khiển các loại bơm , quạt đã nêu ở phần trên.
– Việc sử dụng biến tần điều khiển động cơ cho phép điều khiển áp lực, lưu lượng theo yêu cầu cần thiết, khởi động mềm, tối ưu hóa hoạt động của động cơ, tiết kiệm điện năng lượng… thỏa mãn yêu cầu điều nhiệt và thông gió.
h. Ứng dụng biến tần cho máy khuấy trộn, quay ly tâm
– Động cơ xoay chiều được điều khiển bằng Biến tần để trộn vật liệu ở tốc độ thích hợp trong thời gian mong muốn, để đảm bảo sản phẩm cuối là hỗn hợp vật liệu hoặc nguyên liệu hợp lý.
– Biến tần rất thích hợp để điều khiển tốc độ của rô-to ly tâm tùy theo yêu cầu ứng dụng, tối ưu hóa chế độ hoạt động của động cơ, tiết kiệm điện.
6. Hướng dẫn lựa chọn các loại biến tần
Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư. Để chọn được loại biến tần phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng, cần lưu ý những nguyên tắc lựa chọn sau đây:
- Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ: tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì, đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu… để chọn biến tần phù hợp. Công suất biến tần phải chọn tương đương hoặc lớn hơn công suất động cơ
- Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng: khi lựa chọn biến tần cần xác định rõ ứng dụng của bạn là gì? Tốc độ yêu cầu bao nhiêu? Có yêu cầu tính năng điều khiển cao cấp đặc biệt nào hay không? Có yêu cầu tính đồng bộ hệ thống hay truyền thông? Môi trường làm việc có đặc điểm nào cần lưu ý (ẩm ướt, nhiệt độ cao, nhiều bụi, dễ cháy nổ….).
- Chọn biến tần theo tải thực tế: Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng. Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục… từ đó chọn loại biến tần phù hợp.
- Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình khi lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn.
- Chọn biến tần theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ (trong trường hợp thay thế hãng khác) hoặc theo thông số kỹ thuật thiết kế yêu cầu.
- Và cuối cùng, đừng quên cân nhắc đến yếu tố tài chính. Để an tâm hãy chọn loại biến tần đã có uy tín và thông dụng trên thị trường, chế độ bảo hành tốt, chất lượng sản phẩm ổn định, bền bỉ và dịch vụ sửa chữa và chăm sóc khách hàng nhanh chóng, tận tâm.
7. Những lưu ý cơ bản nhất khi sử dụng biến tần
Việc bạn cần làm đầu tiên khi sử dụng biến tần là đọc kỹ tài liệu các thông số biến tần do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, nó sẽ giúp bạn biết rõ cách sử dụng biến tần đúng quy chuẩn. Để chắc chắn hơn, bạn nên chọn cho mình các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao để cài đặt biến tần và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó bạn cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả nhất
8. Các thương hiệu biến tần phổ biến nhất tại Việt Nam hiện nay
a. Biến tần có thương hiệu xuất xứ từ châu Âu
Biến tần SCHNEIDER: là dòng biến tần xuất xứ Pháp, có các nhà máy sản xuất tại Pháp, Trung Quốc và Indonesia, đây là một trong những dòng biến tần thương hiệu châu Âu phổ biến nhất thị trường Việt Nam hiện nay
Biến tần ABB: thành lập từ năm 1988 tại Zurich, Thụy Sỹ. ABB là một trong những hãng biến tần phổ biến tại Việt Nam. Hiện nay ABB hoạt động trong 5 lĩnh vực: thiết bị điện, hệ thống điện, tự động hóa và truyền động, tự động hóa quy trình và thiết bị điện hạ thế.
Biến tần Siemens: được thành lập từ những năm 1847 tại Berlin – Đức, Siemens là tập đoàn công nghệ điện và điện tử toàn cầu. Siemens hoạt động tại hơn 200 quốc gia và tập trung vào các lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa và số hóa.
Biến tần DANFOSS: là dòng biến tần xuất xứ Đan Mạch, có chỉ số chống nước vượt trội, được sản xuất tại Đan Mạch và Trung Quốc.
Ngoài ra, còn một số hãng biến tần có thị phần ít hơn như Vacon, Emerson, Keb, Lenze, GE Funuc, Control Technique, Telemecanique, Allen…
b. Biến tần có thương hiệu xuất xứ tại Nhật Bản
Một số hãng biến tần xuất xứ Nhật Bản như Yaskawa, Mitsubishi, FuJi, Panasonic, Hitachi, Toshiba… được sản xuất tại Nhật Bản và Trung Quốc. Các hãng biến tần Nhật Bản tuy giá thành khá cao nhưng lại được dùng rất nhiều nhờ chất lượng tốt, hoạt động ổn định, và một số loại có chức năng chuyên dụng.
c. Biến tần có thương hiệu xuất xứ tại Hàn Quốc
Hãng biến tần xuất xứ Hàn Quốc phổ biến tại Việt Nam hiện nay là LS. Biến tần này có giá thành tương đối thấp so với các dòng biến tần xuất xứ Nhật Bản và châu Âu. Tuy nhiên về công dụng và chức năng thông dụng cũng không hề kém cạnh và là một trong nhưng dòng bán chạy tại thị trường Việt Nam
d. Biến tần xuất xứ Đài Loan
Đại diện tiêu biểu của biến tần xuất xứ Đài Loan là Delta và Shihlin. Đây là 2 dòng biến tần khá phổ biến tại thị trường Việt Nam, được sản xuất tại Đài Loan và Trung Quốc.
e. Biến tần xuất xứ Trung Quốc
Việt Nam là thị trường tiêu thụ rất nhiều mặt hàng xuất xứ từ Trung Quốc, trong đó có biến tần. Trước đây, biến tần Trung Quốc thường bị coi là hàng chất lượng kém, giá thấp. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ hiện đại và sự đầu tư vào nghiên cứu phát triển, chất lượng biến tần Trung Quốc ngày nay thậm chí được đánh giá không thua kém các hãng khác. Có rất nhiều dòng biến tần Trung Quốc được du nhập vào Việt Nam như biến tần INVT, Veichi, Sanch, Sako, Gtake, ENC, Powtran, Alpha, Sunfar, Rexrorth, Lion, Hedy, Chziri, Micno, Chinsc, Senlan… với giá từ trung bình đến rất rẻ, nhưng để chọn được dòng biến tần chất lượng tốt, uy tín và giá cả hợp lý thật sự là bài toán cực kỳ nan giải với người sử dụng.
CHEAPEA cung cấp sản phẩm thiết bị, giải pháp và dịch vụ kỹ thuật tự động hóa cho khách hàng trong các ngành sản xuất công nghiệp, môi trường, năng lượng… CHEAPEA cung cấp đa dạng các loại biến tần của các hãng nổi tiếng như Mitsubishi, Fuji, LS, Siemen, … Liên hệ CHEAPEA để được tư vấn miễn phí loại biến tần phù hợp với nhu cầu của bạn nhé!
Mọi chi tiết quý khách hàng hãy liên hệ với CHEAPEA hoặc xem thêm các dòng sản phẩm của chúng tôi:
CÔNG TY TNHH TM&DV CHEAPEA
Địa chỉ: 564 Liên Phường, TP Thủ Đức, TPHCM
Điện thoại: 0949 17 2016
Fax: 0949 17 2016
Email: info@cheapea.vn
Website: https://cheapea.vn
Theo dõi Cheapea tại: