Trong những năm 1980, sự ra đời của biến tần đã giúp cho công nghệ điều khiển động cơ xoay chiều trở nên ưu thế và đáng tin cậy hơn để cạnh tranh với công nghệ điều khiển động cơ 1 chiều truyền thống. Các bộ biến tần này (VFD – Variable - Frequency Drive) có khả năng điều khiển một cách chính xác tốc độ của các động cơ xoay chiều tiêu chuẩn hoặc động cơ đồng bộ. Sự xuất hiện của biến tần đã giúp cho việc điều khiển tốc độ với mô men thành công từ con số 0 rpm lên tới tốc độ định mức và nếu cần thiết, có thể trên tốc độ định mức tại mô men thấp hơn. Cơ chế hoạt động của biến tần như sau: nó điều khiển tần số đầu ra của động cơ bằng việc chỉnh lưu một đầu vào xoay chiều thành một chiều, và sau đó sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp để tái tạo dòng xoay chiều và dạng điện áp xoay chiều đầu ra. Mặc dù quá trình này có thể điều khiển được tốc độ động cơ theo ý muốn nhưng có một nhược điểm là quá trình chuyển đổi tần số này gây ra 2 % đến 3 % tổn thất sinh nhiệt trong biến tần, nghĩa là năng lượng nhiệt đã bị phung phí. Không những thế, quá trình này cũng gây ra hiện tượng quá áp và sự làm méo dòng điện điều hòa .
Nội dung bài viết [Hiện]
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ biến tần
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào
Biến tần chỉnh độ rộng xung (PWM)
Biến tần Vector - biến đổi độ rộng xung
4. Lợi ích của việc sử dụng biến tần
5. Các ứng dụng của biến tần trong cuộc sống
6. Kinh nghiệm sử dụng biến tần và cách khắc phục sự cố
Hướng dẫn đấu dây biến tần với động cơ
Hướng dẫn cài đặt các thông số trong biến tần
7. Một số lưu ý khi lắp đặt biến tần
BIẾN TẦN LÀ GÌ ? ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI BIẾN TẦN
Năm 1888, nhà phát minh Nikola Tesla lần đầu tiên giới thiệu ý tưởng động cơ cảm ứng xoay chiều ba pha của mình. Tesla tin tưởng rằng phát minh của ông hoạt động tốt hơn và đáng tin cậy hơn so với động cơ một chiều của Edison. Tuy nhiên, một vấn đề khó khăn mà Nikola Tesla vẫn chưa thể giải quyết được là việc điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi một trong hai thông số trên động cơ: hoặc là thay đổi từ thông hoặc là thay đổi số cực. Mặc dù động cơ cảm ứng đã được đưa vào ứng dụng ngay sau đó và ngày càng trở nên phổ biến, nhưng việc thay đổi tần số cho sự điều khiển tốc độ của động cơ vẫn là đặc biệt là một nhiệm vụ cực kì khó khăn . Thậm chí một thập kỉ sau khi đạt được sự ứng dụng rộng rãi, các nhà sản xuất vẫn chưa thể tạo ra các động cơ cảm ứng với nhiều hơn hai cấp tốc độ do cấu trúc vật lý phức tạp và phương pháp thay đổi tần số của động cơ. Trong khi đó, việc điều khiển tốc độ của động cơ một chiều đã trở nên vô cùng đơn giản và dễ dàng hoàn thành bằng cách thêm vào mạch một biến trở. Phương pháp này sẽ làm thay đổi tốc độ và mô men của động cơ và giúp cho việc điều khiển trở nên đơn giản hơn bao giờ hết, và đây cũng là một phương pháp kinh tế nhất được ứng dụng trong nhiều thập kỉ. Chính vì thế, động cơ một chiều vẫn chiếm giữ vị trí quan trọng và cần thiết trong việc điều khiển tốc độ và năng lượng đầu ra một cách chính xác.
Trong những năm 1980, sự ra đời của biến tần đã giúp cho công nghệ điều khiển động cơ xoay chiều trở nên ưu thế và đáng tin cậy hơn để cạnh tranh với công nghệ điều khiển động cơ 1 chiều truyền thống. Các bộ biến tần này (VFD – Variable - Frequency Drive) có khả năng điều khiển một cách chính xác tốc độ của các động cơ xoay chiều tiêu chuẩn hoặc động cơ đồng bộ. Sự xuất hiện của biến tần đã giúp cho việc điều khiển tốc độ với mô men thành công từ con số 0 rpm lên tới tốc độ định mức và nếu cần thiết, có thể trên tốc độ định mức tại mô men thấp hơn. Cơ chế hoạt động của biến tần như sau: nó điều khiển tần số đầu ra của động cơ bằng việc chỉnh lưu một đầu vào xoay chiều thành một chiều, và sau đó sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp để tái tạo dòng xoay chiều và dạng điện áp xoay chiều đầu ra. Mặc dù quá trình này có thể điều khiển được tốc độ động cơ theo ý muốn nhưng có một nhược điểm là quá trình chuyển đổi tần số này gây ra 2 % đến 3 % tổn thất sinh nhiệt trong biến tần, nghĩa là năng lượng nhiệt đã bị phung phí. Không những thế, quá trình này cũng gây ra hiện tượng quá áp và sự làm méo dòng điện điều hòa .
Nhà phát minh đại tài Nikola-Tesla
Vậy biến tần là gì ? Biến tần điều khiển động cơ cảm ứng xoay chiều bằng cách nào ? Hãy cùng chúng tôi tiếp tục tìm hiểu nhé !
Bộ biến tần, hay còn gọi là VFD (viết tắt của Variable - Frequency Drive) là một thiết bị điện tử hoặc một mạch điện được sử dụng để biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC), hay nói cách khác biến tần có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác và quá trình này là có thể điều chỉnh được.
Các bộ biến tần có thể chia thành 2 dạng chính: biến tần có thể là một thiết bị hoàn toàn điện tử hoặc cũng có thể là một phương thức kết hợp các hiệu ứng cơ khí (như các máy điện quay) và mạch điện tử. Đối với các bộ biến tần tĩnh thì không có sử dụng các thành phần chuyển động trong quá trình chuyển đổi dòng điện.
Các bộ biến tần điều khiển vận tốc của động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số. Đây là phương pháp mà theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên. Cụ thể là biến tần sẽ làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và nhờ đó mà ta có thể điều khiển tốc độ của động cơ một cách vô cấp mà không cần sử dụng đến các hộp số cơ khí. Trong cấu tạo của biến tần thường có các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt theo thứ tự các cuộn dây của động cơ nhằm làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô tơ (rotor).
Một đặc điểm nổi bật của bộ biến tần là chúng không sinh ra công suất mặc dù chúng làm biến đổi năng lượng điện trong một khoảng thời gian rất ngắn. Công suất có trong biến tần là do được cấp từ nguồn điện một chiều hoặc xoay chiều. Một đặc điểm nữa là các thông số như là điện áp đầu vào, điện áp đầu ra, tần số, và cả phương thức điều chỉnh công suất toàn phần của biến tần đều phụ thuộc vào từng loại thiết bị hoặc mạch điện cụ thể.
Một bộ biến tần thông thường sẽ bao gồm các bộ phận như bộ chỉnh lưu, tuyến dẫn 1 chiều, IGBT , bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng một chiều và điện trở hãm. Các bộ phận có nhiệm vụ nhận diện điện áp đầu vào cố định (với tần số cố định) và biến đổi điện áp hay tần số đầu vào này thành điện áp hay tần số biến thiên 3 pha, thông qua đó sẽ giúp điều khiển tốc độ của động cơ.
Cấu tạo biến tần
Trước khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của biến tần, chúng ta nên biết rõ để thay đổi được tốc độ của động cơ có thể sử dụng những phương pháp nào ? Cho đến hiện nay thì có 3 phương pháp chính có thể sử dụng là:
- Cách 1: Thay đổi số cực động cơ P
- Cách 2: Thay đổi hệ số trượt s
- Cách 3: Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào
Nguyên lý hoạt động của biến tần dựa trên phương pháp thay đổi tần số f của nguồn điện cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ. Và thông qua đó sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ xoay chiều. Các bước thực hiện của biến tần/ inverter tuần tự như sau:
Hiện nay, nhờ có công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực rất phát triển, tần số chuyển mạch xung có thể được điều chỉnh đạt tới dải tần số siêu âm giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và hạn chế tổn thất cho lõi sắt trong động cơ.
Nguyên lý hoạt động biến tần
Biến tần AC là loại biến tần 1 pha – biến tần 3 pha sử dụng điện áp xoay chiều AC. Đây là loại biến tần được sử dụng rộng rãi nhất và được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp. Hầu như gần 90 % các động cơ sử dụng trong các nhà máy, nhà xưởng đều dùng loại biến tần AC.
Biến tần AC
Biến tần DC là loại biến tần thường dùng cho các ứng dụng nhằm điều khiển tốc độ của động cơ 1 chiều (DC) đơn giản.
Nếu bạn cần sử dụng một thiết bị điện sử dụng động cơ 3 pha nhưng hệ thống điện chỉ có điện áp 1 pha thì các loại biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào sẽ là công cụ đắc lực giúp bạn thực hiện được công việc này đấy. Tuy nhiên, tùy theo đặc điểm của điện áp đầu vào và điện áp của thiết bị điện mà các bước thực hiện sẽ khác nhau. Sau đây là các trường hợp phổ biến thường gặp:
Biến tần thay đổi điện áp đầu ra
Bạn hãy mua một máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện áp 220 V sang điện áp 380 V (tần số 50 Hz) , và tuỳ theo công suất mà bạn có thể chọn loại dòng từ 10 - 20 A. Tiếp theo, hãy chọn mua một bộ biến tần 3 pha 380 V. Lưu ý rằng hãy chọn các biến tần có công suất lớn hơn công suất động cơ khoảng 20 %. Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ các thiết bị trên, chúng ta sẽ tiến hành đấu dây cho các thiết bị.
Đầu tiên bạn hãy cấp điện áp 220 V cho biến áp, nguồn điện đi qua biến áp sẽ được biến đổi và có điện áp 380 V. Chúng ta sẽ cấp nguồn điện 380 V này cho biến tần. Trên thiết bị biến tần sẽ có 3 chân đầu vào (L1, L2 và L3), chúng ta sẽ kết nối nguồn điện 380 V vào chân L1/ R và L3/ T , còn chân L2 thì giữ nguyên không sử dụng . Như vậy là chúng ta đã hoàn tất việc biến đổi điện áp 1pha 220 V thành điện áp 3 pha 380 V và có thể sử dụng điện áp này để điều khiển động cơ 380 V có công suất lớn hơn 2.2 Kw .
Biến tần điều chỉnh độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM) là loại biến tần có cấu tạo và cơ chế hoạt động phức tạp nhất trong các loại biến tần hiện nay. Tuy nhiên, bù lại là biến tần PWM cho phép động cơ của thiết bị điện hoạt động hiệu quả hơn hẳn. Biến tần điều chỉnh độ rộng có khả năng biến đổi dòng điện một chiều đầu vào thành dòng điện thích hợp với động cơ điện nhờ vào việc sử dụng các bóng bán dẫn. Chức năng chính của các bóng bán dẫn này là chuyển đổi dòng điện một chiều đầu vào từ tần số này sang các tần số khác nhau phù hợp với đặc điểm điện áp của động cơ điện và thông qua đó sẽ cung cấp một loạt các xung điện áp cho động cơ. Mỗi xung điện áp sẽ được chia thành từng phần để phản ứng với phần điện kháng của động cơ điện và từ đó tạo ra dòng điện thích hợp cho động cơ.
Biến tần chỉnh độ rộng xung PWM
Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung sử dụng một loại hệ thống điều khiển tích hợp vào động cơ điện một chiều – bộ vi xử lý. Đây là một loại biến tần mới và được ứng dụng ngày càng rộng rãi nhờ vào ưu điểm nổi bật của nó. Bộ vi xử lý của biến tần vector biến đổi độ rộng xung được kết nối chặt chẽ với động cơ điện thông qua một vòng điều khiển kín. Chính vì thế mà bộ xử lý này có thể kiểm soát hoạt động của động cơ điện một cách chặt chẽ và hiệu quả hơn.
Biến tần vector
Tham khảo thêm: Bảng giá biến tần Dafoss mới nhất
So với động cơ một chiều truyên thống, động cơ cảm ứng xoay chiều đã thể hiện những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt. Tuy nhiên, hạn chế về phương thức điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều đã kìm hãm sự phát triển và sử dụng rộng rãi của phát minh vĩ đại này trong một khoảng thời gian dài. Và chỉ đến khi xuất hiện biến tần, động cơ cảm ứng xoay chiều mới thật sự được phát huy hết tiềm năng của nó. Cho nên có thể thấy được lợi ích và tầm quan trọng của biến tần là vô cùng lớn. Việc sử dụng biến tần cho động cơ điện mang lại những lợi ích chính có thể kể đến như:
Lợi ích sử dụng biến tần
Hiện nay, biến tần đã được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Hầu hết các thiết bị điện có động cơ đều được lắp đặt biến tần, một số loại thường thấy như là: quạt hút/ đẩy gió, băng tải, máy bơm nước, máy ép phun, các thiết bị nâng hạ, máy cuốn, máy nhả, máy quay ly tâm, hệ thống HVAC ,… Ngoài ra, các biến tần còn được ứng dụng để cải thiện khả năng điều khiển tốc độ của các hộp số hay thay thế cho cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác.
Ứng dụng của biến tần
Để điều khiển tốc độ của động cơ bằng biến tần thì trước hết chúng ta kết nối các dây của biến tần với động cơ. Không giống như việc lắp đặt các thiết bị điện thông thường khác chỉ cần ngắt nguồn điện trước khi lắp đặt, quá trình lắp đặt biến tần đòi hỏi khắc khe hơn. Để đảm bảo an toàn trong quá trình lắp đặt, người lắp đặt cần lưu ý không được cấp nguồn điện xoay chiều AC trước khi đấu dây với biến tần bởi vì các boar mạch bên trong biến tần vẫn có thể còn tích điện dù đã ngắt nguồn điện. Nếu sơ ý chạm tay vào khi vẫn còn điện thì sẽ gây nguy hiểm cho người lắp đặt. Chính vì điều này mà trên các biến tần luôn có gắn đèn led để làm tiêu tán hết dòng điện còn tích tụ trong biến tần và để giúp người lắp đặt nhận biết trong biến tần còn điện hay không. Nếu đèn led sáng nghĩa là biến tần vẫn còn tích tụ điện, và khi đèn tắt thì lượng điện này đã được loại bỏ hoàn toàn. Do đó, để đảm bảo an toàn cho chính mình, người lắp đặt cần phải đợi cho đèn led trên biến tần tắt hẳn rồi mới tiến hành đấu dây với biến tần. Ngoài ra, trong quá trình đợi đèn led tắt hoàn toàn thì cũng không nên chạm tay vào các thiết bị dẫn điện vào biến tần.
Sau khi đèn led báo hiệu trên biến tần đã tắt hoàn toàn, chúng ta tiến hành đấu dây biến tần với động cơ và tín hiệu điều khiển. Các bước thực hiện như sau:
Trong trường hợp cần nếu sử dụng cảm biến áp suất để điều khiển áp lực bơm hoặc sử dụng cảm biến chênh áp để điều chỉnh tốc độ gió có tín hiệu 4 – 20 mA thì có thể kết nối các cảm biến này với chân VIC - CC để biến tần hoạt động theo tải thực tế một cách tự động mà không ta cần phải điều chỉnh bằng tay.
Khởi động hay ngừng hoạt động biến tần: thông số RUN/ STOP.
0 (Keypad) : chức năng Run/ Stop trên bàn phím.
1 (External Run/Stop control): chức năng Run/ Stop bên ngoài.
2 (Communication): Run/ Stop thông qua cổng RS485.
Điều chỉnh thời gian tăng tốc hay giảm tốc của biến tần: thông số Acceleration time 1 (thời gian tăng tốc) và Deceleration time 1 (thời gian giảm tốc).
Khi chúng ta nhấn RUN hoặc khi biến tần chạy tự động, thời gian trung bình để biến tần khởi động thông thường khoảng từ 8 đến 15 giây là động cơ chạy được tốc độ tối đa. Và tuỳ vào các ứng dụng cụ thể mà chúng ta có thể điều chỉnh khoảng thời gian tăng tốc hay giảm tốc của biến tần cho phù hợp . Thời gian tăng tốc là khoảng thời gian tính từ nhấn nút RUN (hay từ khi biến tần tự động chạy) cho đến khi động cơ đạt tốc độ tối đa và ổn định. Còn thời gian giảm tốc được tính từ lúc ta nhấn nút STOP cho đến khi động cơ hoàn toàn dừng hẳn. Hiện nay có một số loại biến tần có chế độ bỏ qua chức năng Deceleration, nghĩa là động cơ sẽ dừng tự do .
Cách thay đổi tần số của biến tần
Giới hạn tốc độ quay
Là cụm từ Frequency upper limit hoặc Maximum Frequency trên bảng điều khiển của biến tần. Thông số này có đơn vị là Hz và được dùng để điều chỉnh tốc độ tối đa động cơ được phép chạy. Ví dụ khi ta cài đặt gía trị của thông số này là 50 Hz thì động cơ có thể chạy với tốc độ tối đa là 50 Hz, tương đương với n = 60 × 50 / 2 = 1500 Vòng/ Phút. Giới hạn tốc độ quay có giá trị nằm trong khoảng từ 1Hz cho đến 60 Hz đối với các loại động cơ thông thường.
Nguyên nhân thường là do điện áp cung cấp cho biến tần không phù hợp làm cầu chỉnh lưu bị hư hại hoặc do điện trở sạc tụ và nguồn switching bị hỏng.
Để xử lý lỗi này, trước hết bạn cần kiểm tra nguồn điện áp cấp vào có phù hợp với giới hạn điện áp cho phép của biến tần hay không. Sau đó, cấp lại nguồn điện cho phù hợp. Nếu sau khi kiểm tra không phải lỗi do nguồn điện thì hãy tiếp tục kiểm tra xem đèn CHARGE có sáng hay không. Nếu đèn không sáng thì có thể biến tần bị lỗi ở nguồn Switching. Khi đó bạn nên liên hệ với nơi cung cấp sản phẩm để được hỗ trợ bảo trì sửa chữa.
Hiện tượng này có thể là do cài đặt thông số của động cơ không đúng hoặc các dây đấu vào động cơ bị đấu nhầm, hay cũng có thể là do động cơ hoạt động ở tần số quá thấp (dưới 30 Hz). Bạn hãy kiểm tra lần lượt các lỗi và đưa ra phương án xử lý thích hợp nhé .
Nếu bạn đang cần mua một thiết bị biến tần đảm bảo chất lượng nhưng chưa biết nên chọn mua sản phẩm của hãng nào và mua ở đâu thì chúng tôi xin giới thiệu đến bạn một địa chỉ chuyên bán các thiết bị điện chính hãng và uy tín trên thị trường hiện nay. Đó là công Ty TNHH Thiết Bị Công Nghiệp Nghĩa Đạt. Công ty Nghĩa Đạt chuyên cung cấp và phân phối các sản phẩm thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện chính hãng, chất lượng cao từ những thương hiệu nổi tiếng hiện nay như là Panasonic, LS, Schneider ,... Khi chọn mua các sản phẩm thiết bị điện nói chung và thiết bị biến tần nói riêng tại Nghĩa Đạt Tech, khách hàng sẽ được đảm bảo các quyền lợi sau đây:
Nếu khách hàng cần được hỗ trợ tư vấn về biến tần hay các thiết bị điện thì hãy liên hệ với công ty chúng tôi để được các nhân viên của công ty giúp đỡ nhé.
Liên hệ mua ngay thiết bị điện:
CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP NGHĨA ĐẠT
Địa chỉ: 41F/5A Đường Đặng Thùy Trâm, Phường 13, Quận Bình Thạnh, Tp.HCM
Hotline: (028) 668 21 468
0913 98 08 48 (Mr. Vũ)
0931 11 55 18 (Ms. Thảo)
0931 77 88 71 (Ms. Trang)
0937 88 41 45 (Ms. Ngân)
0931 77 88 30 (Ms. Dung)
Mr. Vũ
0913 98 08 48
Ms. Thảo
0931 11 55 18
Ms. Trang
0931 77 88 71
Ms. Ngân
0937 88 41 45
Ms. Dung
0931 77 88 30
0931 77 88 71 - 0913 98 08 48 - 0931 77 88 30
Nghiadatco@gmail.com