Danh mục sản phẩm
Điện City

Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần? (P1)

Nguyễn Minh Thứ Hai, 30 tháng 8, 2021

Biến tần hiện nay được ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp nhờ vào khả năng thay đổi tốc độ động cơ vô cùng linh hoạt và hàng ngàn ứng dụng đi kèm tuyệt vời của nó. Ra đời từ những năm 1980 của thế kỷ trước, ứng dụng biến tần đã mở ra cơ hội cho rất nhiều ngành công nghiệp phát triển mạnh mẻ sau này. Hãy cùng Điện City tìm hiểu về những kiến thức cơ bản nhất của biến tần ở các bài viết sau nhé!

Biến tần là gì?

+ Biến tần (inverter) là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha.

Công thức tính tốc độ vòng quay

 Để thay đổi được tốc độ động cơ chúng ta có 3 phương pháp:

1 - Thay đổi số cực động cơ "P": 

Khi thay đổi số cực P của động cơ không đồng bộ, tốc độ từ trường quay thay đổi và do đó, tốc độ động cơ roto cũng biến đổi theo. Cách làm này rất tốn kém.

2 - Thay đổi hệ số trượt "s":

Sự khác biệt giữa tốc độ từ trường quay của Stator và tốc độ cơ học của Rotor được gọi là hệ số trượt. Tải trọng lên động cơ càng lớn thì Rotor quay càng chậm so với tốc độ quay của Stator. Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tải trọng lên động cơ dường như không khả thi vì rất cồng kềnh và vô cùng tốn kém.

3 - Thay đổi tần số "f" của điện áp đầu vào.

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ. Qua đó, thay đổi tốc độ động cơ theo công thức trên. Thời gian đầu, biến tần cũng khá cồng kềnh và tốn kém. Theo thời gian, nhờ các tiến bộ khoa học vượt bậc mà biến tần đã trở nên rất nhỏ gọn và chi phí đã trở nên "rất bình dân".

Biến tần Fuji Electric đến từ Nhật Bản

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Sơ đồ mạch công suất bên trong của một biến tần.

Nguyên lý cơ bản làm việc của biến tần cũng khá đơn giản

+ 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.

Điện áp một chiều sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.

+ Ban đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao.

+ Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT (IGBT là từ 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 Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

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 cao; nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Biến tần

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 (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ). Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi

Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. 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.

Sơ đồ dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần

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 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.

Sơ đồ mạch thực tế tương ứng với sơ đồ khối của biến tần Fuji Electric.

Nguồn: diencity.com

Xem tiếp:

Cấu tạo và các bộ phận cơ bản của biến tần (P2)

Chức năng các phụ kiện dành cho biến tần (P3)

Ứng dụng biến tần trong công nghiệp (P4)

7 lưu ý khi sử dụng biến tần (P5)

Các câu hỏi thường gặp khi sử dụng biến tần (P6)

Tags: biến tần
Bạn đang xem: Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần? (P1)
Bài trước Bài sau
VIẾT BÌNH LUẬN CỦA BẠN

Địa chỉ email của bạn sẽ được bảo mật. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Giỏ hàng