Biến tần là gì – Nguyên lý hoạt động của Biến tần
Biến tần là gì – Nguyên lý hoạt động của tất cả các loại Biến tần
Trong bài viết này, chúng tôi cùng các kỹ sư của A.S.C VN đã tham khảo rất nhiều tài liệu dịch từ tài liệu HDSD và Training của các hãng Biến tần nổi tiếng như ABB, Danfoss, Omron và đặc biệt trên trang VFDs.com để hoàn thiện định nghĩa Biến tần là gì? và nêu ra các nguyên lý hoạt động của Biến tần.
Biến tần là gì?
- Biến tần là một thiết bị Biến đổi tần số và Điện áp ( Dòng điện) để điều chỉnh tốc độ của Động cơ theo yêu cầu, chúng còn được viết tắt là VFD.
- Tần số (Hz) liên quan trực tiếp đến tốc độ của động cơ (RPM). Nói cách khác, tần số càng cao, tốc độ RPM càng nhanh. Nếu một ứng dụng không yêu cầu động cơ điện chạy ở tốc độ cao, Biến tần có thể được sử dụng để giảm tần số và điện áp để đáp ứng các yêu cầu về tải của động cơ điện. Khi yêu cầu tốc độ động cơ của ứng dụng thay đổi, VFD có thể chỉ cần tăng hoặc giảm tốc độ động cơ để đáp ứng yêu cầu tốc độ.
Nguyên lý hoạt động của Biến tần
Giai đoạn đầu tiên nguồn điện động lực được cấp vào biến tần hay VFD sẽ thông qua bộ chỉnh lưu cầu 6 góc có điều khiển hoặc không điều khiển tuỳ mỗi hãng thiết kế. Giống như một bộ Van 1 chiều, chúng cho phép dòng điện chỉ đi theo một hướng; hướng được hiển thị bởi mũi tên trong ký hiệu diode. Ví dụ, bất cứ khi nào điện áp pha A (điện áp tương tự như áp suất trong hệ thống ống nước) dương hơn điện áp pha B hoặc C, thì diode đó sẽ mở và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha B trở nên dương hơn pha A, thì diode pha B sẽ mở và diode pha A sẽ đóng lại. Điều tương tự cũng đúng với 3 điốt ở phía chiều âm. Như vậy, chúng ta có được sáu xung xung hiện tại, khi mỗi diode mở và đóng. Đây được gọi là VFD, là cấu hình tiêu chuẩn cho các biến tần ở thời điểm hiện tại.
Chúng ta hãy giả sử rằng Biến tần đang hoạt động trên hệ thống điện 480V. Điện áp DC lúc này là 679VDC ( từ 536V đến 679 VDC tuỳ điện áp nguồn cấp 380-480VAC). Như bạn có thể thấy, bus DC có điện áp DC với các sóng gợn dạng AC.
Chúng ta có thể triệt tiêu các gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm một tụ điện. Một tụ điện hoạt động theo cách tương tự như một hồ chứa hoặc ắc quy trong hệ thống ống nước. Tụ điện này hấp thụ gợn sóng AC và cung cấp một điện áp DC mịn hơn. Ripple AC trên bus DC thường nhỏ hơn 3 Volts. Do đó, điện áp trên bus DC trở thành 650VDC. Điện áp thực tế sẽ phụ thuộc vào mức điện áp của đường dây AC cung cấp cho Biến tần là bao nhiêu, mức độ mất cân bằng điện áp trên hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ bộ AC Reactor hoặc bộ lọc sóng hài nào trên Biến tần.
Bộ chuyển đổi AC-DC được gọi là bộ Chỉnh lưu cầu Diode. Bộ chuyển đổi chuyển đổi DC trở lại AC được gọi là một Bộ Nghịch lưu.
Khi chúng ta đóng một trong các công tắc trên cùng trong biến tần, pha đó của động cơ được kết nối với bus DC dương và điện áp trên pha đó trở nên dương. Khi chúng ta đóng một trong các công tắc dưới cùng trong bộ chuyển đổi, pha đó được kết nối với bus DC âm và trở thành âm. Do đó, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào trên động cơ trở nên Dương hoặc Âm theo ý muốn và do đó có thể tạo ra bất kỳ tần số nào chúng ta muốn. Vì vậy, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào là dương, âm hoặc bằng không.
Cấu tạo bên trong biến tần thực tế
Tại sao tôi nên sử dụng biến tần?
1 – Giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí năng lượng
Nếu bạn có một ứng dụng không cần chạy ở tốc độ tối đa, thì bạn có thể cắt giảm chi phí năng lượng bằng cách điều khiển động cơ bằng Biến tần, đây là một trong những lợi ích của Biến tần . VFD cho phép bạn khớp tốc độ của thiết bị điều khiển động cơ với yêu cầu tải. Không có phương pháp điều khiển động cơ điện xoay chiều nào khác cho phép bạn thực hiện điều này.
Hệ thống động cơ điện tiêu thụ đến hơn 65% mức tiêu thụ điện trong công nghiệp hiện nay. Tối ưu hóa hệ thống điều khiển động cơ bằng cách cài đặt hoặc nâng cấp lên VFD có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng trong doanh nghiệp của bạn tới 70%. Ngoài ra, việc sử dụng Biến tần giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Kết hợp các ưu đãi thuế quan về năng lượng và thời gian hoàn vốn đôi khi chỉ mất 6 tháng.
2 – Tăng sản lượng bằng cách kiểm soát chặt chẽ tốc độ
Bằng cách vận hành động cơ của bạn ở tốc độ hiệu quả nhất, sẽ ít xảy ra lỗi hơn và do đó, sản lượng sản xuất sẽ tăng lên, giúp công ty của bạn có doanh thu cao hơn. Trên các ứng dụng băng tải và truyền động dây đai, biến tần sẽ giúp máy móc hoạt động êm hơn, tránh hiện tượng giật khi khởi động.
3 – Kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí bảo trì
Thiết bị của bạn sẽ sử dụng được lâu hơn và sẽ có ít thời gian hư hỏng hơn do bảo trì khi được điều khiển bởi Biến tần tối ưu tốc độ động cơ. Do các VFD kiểm soát tối ưu tần số và điện áp của động cơ, VFD sẽ bảo vệ tốt hơn cho động cơ của bạn khỏi các vấn đề như quá tải nhiệt, bảo vệ pha, thấp áp, quá điện áp,… Giảm dòng điện khởi động giúp hệ thống hoạt động trơn tru giúp giảm độ mòn và hư hỏng bánh đai, bánh răng và vòng bi. Đây cũng là một cách tuyệt vời để giảm và loại bỏ SỐC vì chúng ta có thể có các chu kỳ tăng tốc và giảm tốc mượt mà.