Biến tần là gì? Lợi ích và cách lựa chọn biến tần hợp lý nhất

Biến tần điều khiển động cơ, giúp tăng năng suất của máy móc, thiết bị mà lại tiết kiệm điện đáng kể. Hãy cùng Phương Minh tìm hiểu từ A đến Z và học cách lựa chọn biến tần phù hợp với nhu cầu của mình nhé.

Biến tần là gì?

Biến tần chế tạo máy (VFD) hoặc gọi là Inverter, là một thiết bị điều khiển động cơ điều khiển động cơ điện bằng cách thực hiện biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC) ở cấu hình tần số và pha này thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác.

Cấu tạo của máy biến tần:

Bên trong một thiết bị inveter bao gồm:

Mạch Chỉnh lưu: chuyển đổi AC thành DC, Diot là bộ phận bán dẫn.
Tụ điện: làm phẳng điện áp DC đã được chuyển đổi qua mạch chỉnh lưu.
Mạch Nghịch lưu: xuất ra điện áp AC từ điện áp DC. Thiết bị được gọi là bộ nghịch lưu này khác với bộ chỉnh lưu về tên gọi và chức năng. Được sử dụng để cấp điện áp/tần số biến thiên được tạo ra cho động cơ. Sử dụng các bộ phận đóng cắt bán dẫn (IGBT và bộ phận tương tự) có thể bật và tắt.
Mạch điều khiển: Kiểm soát điều khiển, cài đặt máy biến tần.

Công thức về tốc độ động cơ xoay chiều của biến tần

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần:

Đầu tiên, nguồn điện 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. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz).

Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của VFD) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

Sơ đồ biến đổi điện áp/tần số qua biến tần

Vì sao nên chọn biến tần?

Inverter trong hệ thống máy móc ngày nay khá phổ biến. Bạn nên chọn máy inverter vì những lý do sau:

Tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả hệ thống
Chuyển đổi công suất trong các ứng dụng lai
Phù hợp với tốc độ của ổ đĩa với các yêu cầu của quy trình
Phù hợp với mô-men xoắn hoặc công suất của bộ truyền động với các yêu cầu của quy trình
Cải thiện môi trường làm việc
Giảm mức độ tiếng ồn, ví dụ như từ quạt và máy bơm
Giảm căng thẳng cơ học trên máy móc để kéo dài tuổi thọ của chúng
Giảm mức tiêu thụ cao điểm để tránh giá cao điểm theo nhu cầu và giảm kích thước động cơ cần thiết

Ngoài ra, các ổ đĩa ngày nay tích hợp khả năng kết nối mạng và chẩn đoán để kiểm soát hiệu suất tốt hơn và tăng năng suất. Vì vậy, tiết kiệm năng lượng, điều khiển động cơ thông minh và giảm dòng điện cực đại là ba lý do tuyệt vời để chọn VFD làm bộ điều khiển trong mọi hệ thống điều khiển động cơ.

Ứng dụng của biến tần:

Do ưu điểm vượt trội nên thiết bị được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp.

Một số loại máy biến tần chế tạo chuyên dụng phải nhắc đến như: biến tần bơm bù áp, biến tần cẩu trục, biến tần điều khiển nhiều bơm, biến tần HVAC, biến tần máy nghiền, biến tần quạt, biến tần tòa nhà. Những loại này thường dùng cho hệ thống máy trộn tại nhà máy, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,…

Hướng dẫn chọn biến tần hợp lý

Lựa chọn thiết bị đúng theo yêu cầu sử dụng rất quan trọng bởi nó tác động đến động cơ máy móc, nếu chọn sai sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động hoặc có thể gây cháy nổ.

Bạn cần căn cứ vào các yếu tố sau:

1/ Thông số động cơ:

Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V, 220/380V, 380/660V. Trong đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V.
Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại inverter. Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì chọn thiết bị vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V. Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ tới vài kW).
Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần như trên.
Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.
Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.

2/ Loại tải:

Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ bao gồm các loại biến tần quạt, biến tần HVAC, biến tần toà nhà; tải trung bình là biến tần bơm bù áp, biến tần điều khiển nhiều bơm và tải nặng là biến tần cẩu trục và biến tần máy nghiền.

Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ.
Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực,… chọn dòng biến tần tải trung bình.
Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy nén, máy ép,… chọn dòng biến tần tải nặng. Ví dụ: biến tần Schneider Electric dòng Altivar Process ATV930.

Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn. Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất. Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.

Ngoài ra, bạn cũng nên cân nhắc và chọn theo phân khúc giá: