Biến tần AC là gì?
Biến tần AC ((Inverter) hay bộ điều khiển tốc độ động cơ AC (AC Drives) là một thiết bị điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều (AC motor) bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp của nguồn điện cung cấp đặt lên cuộn dây bên trong động cơ, và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp.
Biến Tần Parker AC30
Vậy tại sao cần phải dùng biến tần?
Trong đó: N là tốc độ Rotor
f là tân số của dòng điện xoay chiều được cấp
p là số lượng cực của động cơ
s là hệ số trượt
Từ công thức trên chúng ta có thể thấy để thay đổi được tốc độ động cơ có 3 phương pháp:
1 Thay đổi số cực động cơ.
2 Thay đổi hệ số trượt s.
3 Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào
Trong đó 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại hiệu quả cao. Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số là phương pháp hiệu quả nhất.
Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp đặt lên động cơ qua đó thay đổi tốc độ động cơ. Biến tần có thể thay đổi tần số từ 0Hz đến 400Hz (một số dòng biến tần điều chỉnh đến 590Hz hoặc cao hơn). Chính vì vậy có thể làm cho động cơ quay nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz. Đối với các động cơ phổ thông thường cài đặt biến tần cho phép điều chỉnh tần số từ 0Hz – 60Hz.
Nguyên lý hoạt động:
1. Chuyển đổi AC sang DC: Đầu tiên, biến tần chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) từ lưới điện thành điện áp mức đầu vào DC bằng cách sử dụng các bộ chỉnh lưu (rectifier). Điện áp DC này sau đó được sử dụng để cấp cho các mạch điện tử trong biến tần.
2. Chuyển đổi DC sang AC với tần số và điện áp điều chỉnh: Sau khi có điện áp DC, biến tần sử dụng các bộ chuyển đổi (inverter) để biến đổi điện áp DC này trở lại thành điện áp xoay chiều (AC), nhưng với tần số và điện áp có thể điều chỉnh được. Quá trình này cho phép điều khiển tần số của nguồn điện AC cấp cho động cơ, từ đó điều chỉnh tốc độ quay của động cơ.
3. Điều khiển tốc độ quay: Bằng cách điều chỉnh tần số của nguồn điện AC cấp cho động cơ, biến tần có thể điều khiển tốc độ quay của động cơ từ chậm đến nhanh. Điều này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh tần số đầu ra của biến tần, trong đó tần số cao hơn thường tương ứng với tốc độ quay cao hơn và ngược lại.
Ứng dụng của biến tần điều khiển động cơ AC:
• Tiết kiệm năng lượng: Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ quay của động cơ AC theo yêu cầu sản xuất. Thay vì luôn chạy ở tốc độ cao nhất, động cơ có thể hoạt động ở các tốc độ thấp hơn khi công suất yêu cầu ít hơn, dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể.
• Điều khiển chính xác: Biến tần cho phép điều khiển chính xác tốc độ quay của động cơ, điều này rất hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu sự điều chỉnh tốc độ như trong các dây chuyền sản xuất, băng tải, bơm, quạt và các hệ thống tự động hóa công nghiệp.
• Bảo vệ động cơ: Biến tần cũng cung cấp các tính năng bảo vệ cho động cơ như bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá tốc độ, và bảo vệ ngược điện áp, giúp kéo dài tuổi thọ và tăng tính ổn định của động cơ.
• Giảm mức độ ồn và rung: Điều khiển tốc độ của động cơ giúp giảm mức độ ồn và rung của các thiết bị trong quá trình vận hành. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu môi trường làm việc yên tĩnh hoặc yêu cầu giảm rung lắc như trong các thiết bị y tế, công nghệ chính xác, vv.
• Tăng độ bền của thiết bị và động cơ: Việc khởi động mềm và điều khiển tốc độ giúp giảm điện áp và dòng khởi động cao. Điều này kéo dài tuổi thọ của động cơ và thiết bị liên quan.
• Tăng hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm: Bằng cách điều khiển tốc độ quay của động cơ, biến tần giúp điều chỉnh quy trình sản xuất một cách chính xác hơn. Điều này dẫn đến tăng hiệu suất sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
• Dễ dàng tích hợp vào hệ thống tự động hóa: Biến tần có thể tích hợp dễ dàng vào các hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện đại nhờ vào các chuẩn truyền thông Profinet, Profibus, Modbus…. Nó cung cấp khả năng điều khiển từ xa và tích hợp với các hệ thống giám sát và điều khiển tự động khác.
• Phù hợp với nhiều ứng dụng và loại động cơ: Biến tần có thể được sử dụng với nhiều loại động cơ AC, bao gồm động cơ ba pha và động cơ một pha và có thể lập trình giám sát như một PLC, do đó có thể tùy chỉnh cho phù hợp với đa dạng các ứng dụng công nghiệp cơ bản như bơm, quạt, máy nén, thang máy, băng tải, … Đến các ứng dụng phức tạp như dao cắt xoay, dao cắt bay,…
Tóm lại, sử dụng biến tần trong công nghiệp không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành mà còn mang lại nhiều lợi ích khác như tiết kiệm năng lượng, giảm tiếng ồn và rung, tăng độ bền của thiết bị, cải thiện chất lượng sản phẩm, và tích hợp dễ dàng vào các hệ thống tự động hóa hiện đại.
Cấu tạo của biến tần điều khiển động cơ AC bao gồm các thành phần chính sau:
1. Mạch chỉnh lưu (Rectifier):
– Mạch chỉnh lưu được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) từ lưới điện hoặc nguồn AC khác thành điện áp mức đầu vào DC cho biến tần.
– Mạch chỉnh lưu thường sử dụng các bộ điốt (diode) để biến đổi AC thành DC. Nguồn điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ có điện áp và tần số cố đinh.
– Đối với nguồn điện đầu vào xoay chiều 3 pha, bộ nối 6 đi ốt được sử dung để chỉnh lưu sóng từ nguồn điện AC và tạo ra điện áp đầu ra
2. Mạch nắn phẳng:
– Tụ điện phân cực DC được dùng để nắn phẳng điện áp một chiều ở đầu ra của bộ chỉnh lưu.
3. Mạch giới hạn dòng nhảy vọt:
– Trong các ứng dụng thực tế một tụ điện nắn phẳng sẽ được sử dụng như là tải. Dòng điện xung kích qua mạch, điện áp tức thời được dùng để nạp cho tụ điện.
– Để ngăn đi ốt chỉnh lưu không bị hư hại do dòng điện xung kích, điện trở được đưa vào trong mạch nối tiếp để chặn dòng điện xung kích trong thời gian ngắn sau khi nguồn điện được bật lên. Do đó, điện trở bị ngắn mạch qua hai đầu nối của nó sẽ tạo ra một mạch bypass để bỏ qua điện trở. Mạch này được gọi là mạch giới hạn dòng điện xung kích.
– Nếu mạch giới hạn dòng điện xung kích được sử dụng, giá trị đỉnh dòng điện có thể được giảm để ngăn ngừa hư hỏng bộ diode chỉnh lưu.
4. Mạch biến tần (Inverter):
– Mạch biến tần nhận điện áp DC từ mạch chỉnh lưu và biến đổi nó thành điện áp xoay chiều (AC) với tần số và điện áp có thể điều chỉnh được.
– Mạch biến tần sử dụng các bộ chuyển đổi điện tử (transistor, IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) để tạo ra dòng điện xoay chiều có tần số cao hơn hoặc thấp hơn so với nguồn điện AC đầu vào.
4. Mạch hãm:
– Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện.
– Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều.
– Lượng điện thừa này 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.
– Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do lỗi Quá áp (OverVoltage).
5. Mạch điều khiển (Control Circuit):
– Mạch điều khiển là bộ não của biến tần, điều khiển hoạt động của các mạch chỉnh lưu và biến tần để đảm bảo độ chính xác và ổn định của dòng điện đầu ra.
– Mạch điều khiển thường bao gồm vi xử lý (microcontroller) và các linh kiện điện tử khác để xử lý tín hiệu điều khiển từ bên ngoài (như tín hiệu điều khiển tốc độ, tín hiệu điều khiển từ các cảm biến, vv.).
6. Bộ điều khiển màn hình (Keypad/Display Panel):
– Bộ điều khiển màn hình cung cấp giao diện người dùng để cài đặt và điều khiển biến tần.
– Nó thường bao gồm màn hình hiển thị LCD hoặc LED và các nút bấm để người sử dụng có thể thiết lập các thông số như tần số, dòng điện, chế độ hoạt động, vv.
7. Bộ tản nhiệt và bảo vệ (Heat Sink and Protection):
– Biến tần sản sinh nhiều nhiệt do các linh kiện điện tử làm việc liên tục. Do đó, nó thường đi kèm với các bộ tản nhiệt (heat sink) để giúp làm mát và duy trì nhiệt độ an toàn cho các linh kiện bên trong.
– Ngoài ra, biến tần cũng có các tính năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá tải, bảo vệ quá tốc độ, và bảo vệ ngược điện áp để bảo vệ cả biến tần và động cơ khỏi những điều kiện hoạt động không mong muốn.
Tất cả các thành phần này kết hợp lại tạo thành một hệ thống biến tần hoàn chỉnh, có khả năng điều khiển tốc độ quay của động cơ AC một cách hiệu quả và chính xác.
Công ty TNHH Kỹ Thuật Việt nhà phân phối ủy quyền các sản phẩm, đồng thời là trung tâm dịch vụ của tập đoàn Parker Hannifin tại Việt Nam. Chúng tôi có đầy đủ các dòng biến tần AC 1 phase và 3 phase từ các dòng phổ thông giá cả canh tranh bền bỉ như AC10 các dòng tầm trung AC15, AC20 đến các dòng cao cấp như AC30, AC890… Với mọi dãy công suất đến 450kW luôn có sẵn trong kho có thể đáp ứng mọi ứng dụng và nhu cầu của khách hàng.
