Biến Tần Là Gì? Cấu Tạo, Phân Loại Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Biến Tần

Biến tần là gì? Trong hệ thống điện tự động hóa, biến tần là một thiết bị không thể thiếu và giữ vai trò vô cùng quan trọng. Vậy thiết bị này được hoạt động ra sao, có những ứng dụng thực tế gì và được phân loại ra sao? Hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome tìm hiểu ngay trong bài viết này nhé.

Biến tần là gì?

Biến tần được biết đến là một thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này sang dòng điện xoay chiều ở tần số khác và có thể điều chỉnh được. Hay nói cách khác, biến làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ, thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ vô cấp mà không cần dùng đến hộp số cơ khí.

Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để làm đóng ngắt dòng điện đặt bên trong các cuộn dây của động cơ để sinh ra từ trường làm quay động cơ. Có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh thông qua biến tần tùy thuộc theo nhu cầu sử dụng, nhờ vậy mà động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Cấu tạo của biến tần

Có nhiều loại biến tần khác nhau được sử dụng phổ biến hiện nay, tuy nhiên mỗi loại đều có những đặc điểm cấu tạo gồm những bộ phận như sau:

• Bộ chỉnh lưu: Đây là bộ phận cho phép dòng điện xoay chiều một pha di chuyển qua và biến đối thành dòng điện một chiều. Bạn cũng có thể bổ sung thêm cầu đi ốt khác trong quá trình sử dụng để hướng dòng điện xoay chiều ba thành dòng điện một pha.
• Tuyến dẫn một nhiều: Là giàn tụ điện lưu trữ điện áp để chỉnh lưu và được sử dụng cùng với IGBT để tạo thành điện năng cho động cơ.
• Thiết bị IGLT: Có chức năng bật/tắt theo một trình tự nhằm tạo xung với các độ rộng khác nhau để điều khiển tốc độ và mô men xoắn của động cơ.
• Bộ điện kháng xoay chiều: Là một cuộn cảm thực hiện chức năng lưu trữ năng lượng trong từ trường và ngăn dòng điện xoay chiều. Trong một số trường hợp đặc biệt, bộ điện kháng này sẽ được ứng dụng ở phía đầu ra của biến tần để hỗ trợ hoạt động cho động cơ có điện áp thấp.
• Bộ điện kháng một chiều: Thực hiện chức năng giảm tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều và phát hiện ra các sự cố tiềm ẩn có thể xảy ra. Bộ điện kháng một chiều này thường được lắp đặt giữa tụ điện và bộ chỉnh lưu trên các bộ biến tần từ 7,5kW trở lên.
• Điện trở hãm: Có chức năng dùng để đốt cháy lượng điện thừa trong quá trình động cơ tạo ra điện áp.

Phân loại biến tần

Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta phân biến tần thành nhiều loại khác nhau. Sau đây là một số tiêu chí cũng như các loại phổ biến.

• AC: Thường loại biến tần này ứng dụng phổ biến và rộng rãi trong các nhà máy. Gồm loại 1 pha và 3 pha.
• DC: Là loại biến tần kèm theo có một tụ điện thực hiện nhiệm vụ kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện một chiều
• Biến tần 1 pha: Còn có tên gọi khác là biến tần 1 pha ra 3 pha, ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp.
• Biến tần 3 pha: Loại này thường có điện áp đầu ra và đầu vào mức 380V, đây là loại phổ biến nhất trên thị trường hiện nay.
• Biến tần hòa lưới: Là loại thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng điện mặt trời, hoạt động hoàn toàn tự động.
• Biến tần thang máy: Được ứng dụng để điều khiển tốc độ động cơ của thang máy, giúp thành máy di chuyển đúng vị trí mong muốn.
• Biến tần trung thế: Đây là loại có giá trị điện áp đầu vào lớn khoảng 3-3.3kV, 6-6.6 kV hay từ 10kV đến 11kV.

Lợi ích của việc sử dụng biến tần là gì?

Trong quá trình sử dụng, biến tần mang lại nhiều lợi ích nổi bật nên được sử dụng rộng rãi. Sau đây là một số lợi ích khi sử dụng loại thiết bị này:

• Điều khiển tốc độ động cơ: Biến tần giúp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào. Nhờ vậy mà biến tần tăng độ chính xác và linh hoạt trong việc điều khiển máy móc, dây chuyền sản xuất.
• Bảo vệ động cơ: Nhờ có biến tần mà các thiết bị điện tử giám sát và đưa ra các cảnh báo, yêu cầu dừng cấp điện cho động cơ khi phát hiện sự cố quá tải của dòng điện, mất pha, sụt áp, quá áp,… nhờ vậy mà hệ thống vận hành an toàn.
• Giảm dòng khởi động: Thông qua biến tần, động cơ mang tải lớn không phải đột ngột khởi động, tránh được sự cố hư hỏng các thành phần cơ khí, ổ trục và giúp tăng tuổi thọ của động cơ.
• Tiết kiệm năng lượng: Biến tần động cơ tiết kiệm được nguồn năng lượng đáng kể so với việc động cơ chạy trực tiếp.
• Giảm độ rung và độ ồn: Biến tần giúp giảm tiếng ồn và độ rung của động cơ trong quá trình hoạt động, tạo nên một môi trường làm việc chất lượng và giảm tác động tới sức khỏe của người lao động.
• Tăng tuổi thọ động cơ: Giúp động cơ luôn hoạt động trong trạng thái ổn định, hoạt động không bị quá tải và không hoạt động với công suất tối đa trong thời gian sử dụng.
• Tích hợp trong các Module: Giúp cho việc giám sát và điều khiển trung tâm dễ dàng hơn.
• Nhờ vào nguyên lý là việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng trong động cơ rất thấp, nhờ vậy mà giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí lắp đặt trong tụ bù, giảm tiêu hao năng lượng trên đường dây.

Các dòng biến tần phổ biến nhất hiện nay

Biến tần có nhiều loại khác nhau, sau đây là những loại phổ biến và được người dùng lựa chọn. Bạn cùng tham khảo những loại sau để có thể lựa chọn cho mình loại phù hợp nhất nhé.

Biến tần Abb

Biến tần Abb là loại thiết bị được sử dụng để đổi dòng điện xoay chiều ở tần số thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác. Loại này sử dụng các loại linh kiện bán dẫn để tiến hành đóng ngắt tự động hoàn toàn dòng các dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ, từ đó sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ.

Ngày nay, biến tần Abb được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp từ nhỏ đến lớn. Ứng dụng trên các loại máy như máy bơm, máy trộn, thiết bị hạ nâng, máy kéo,.. Trong ngành điện từ thì biến tần được ứng dụng để cải thiện khả năng điều khiển hộp số và dần thay thế cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống.

Ngoài ra, trong các ngành công nghiệp lớn loại Abb còn giúp giảm chi phí lắp đặt các thiết bị, nâng cao năng suất hoạt động của máy móc, đáp ứng yêu cầu cao về công nghệ. Loại bỏ các linh kiện hoạt động kém hiệu quả như motor phụ, puli trong ngành nhựa, lĩnh vực dệt may,.. Đặc biệt còn giúp tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị trong quá trình hoạt động.

Biến tần Siemens

Biến tần Siemens hay còn gọi là Inverter Siemens, đây là một loại thiết bị có khả năng biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau được kể đến như:

• Hệ thống hạ nâng: Biến tần Siemens thực hiện nhiệm vụ định vị mô men xoắn hãm hoạt động cần trục, palang thông qua động cơ xoay chiều.
• Hệ thống nén khí: Inverter Siemens được ứng dụng trong hệ thống nén khí để hạn chế sự tiêu thụ năng lượng điện, giúp cho thiết bị hoạt động hiệu quả hơn. Thông thường hệ thống cung cấp khí hoạt động theo phức thức đóng/cắt để kiểm soát hệ lượng dầu vào van cửa.
• Hệ thống cấp nước: Trong hệ thống cấp nước nhà cao tầng, biến tần Siemens được ứng dụng rộng rãi và thay thế cho thiết bị điều hòa- giảm áp. Thiết bị này lắp đặt với chi phí không quá cao, mang lại khả năng tiết kiệm điện hiệu quả, giảm kinh phí đầu tư ban đầu.
• Quạt hút- đẩy: Inverter Siemens giúp động cơ điều khiển áp lực và lưu lượng theo yêu cầu của công việc, giúp cho động cơ tối ưu hóa được quá trình hoạt động và tiết kiệm năng lượng điện.

Biến tần Schneider

Một loại biến tần không nên bỏ qua đó là Schneider, đây là loại được nhiều người tiêu dùng đánh giá cao về chất lượng, hiệu quả hoạt động. Là một thương hiệu đến từ châu Âu, hiện nay có ba nhà máy lớn tại Trung Quốc, Indonesia, Pháp chuyên sản xuất loại Schneider này.

Biến tần Schneider có khả năng cho phép người dùng điều chỉnh tần số tải theo nhu cầu và mục đích sử dụng thuận tiện. Thiết bị này sẽ làm thay đổi dòng điện bên trong động cơ, cùng với đó là điều khiển tốc độ mà không cần dùng đến hộp số cơ khí. Các bộ phận chính của biến Schneider gồm có: Bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu và bộ phận điều khiển.

Thiết bị này có khả năng tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho động cơ, người dùng có thể điều chỉnh động cơ vô cấp theo ý muốn của mình thông qua loại biến tần này. Với hiệu suất chuyển đổi nguồn tương đối cao nên thiết bị biến tần Schneider được tích hợp trong các linh kiện bán dẫn và được sản xuất theo công nghệ hiện đại, tiên tiến nhất.

Biến tần Danfoss

Biến tần Danfoss có nguồn từ Đan Mạch, với ưu điểm như làm bằng vỏ nhựa cao cấp, có khả năng cách điện cao, phù hợp với điều kiện kinh tế của nhiều khách hàng. Hiện nay loại biến tần này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, được nhiều người dùng đánh giá cao và rất ưa chuộng.

Cấu tạo của Danfoss gồm có các bộ phận chính như: Bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, vỏ bọc, mạch điều khiển, bộ lọc. Trọng lượng của biến tần tương đối nhẹ nhàng, nên lắp đặt thiết bị khá đơn giản, không quá phức tạp. Đặc biệt loại biến tần Danfoss có thể di chuyển sang các vị trí khác nhau nên rất thuận tiện trong quá trình sử dụng mà không cần tốn nhiều thời gian và công sức.

Với ưu điểm là có khả năng hoạt động bền bỉ, có tác động va đập mạnh, chịu được lực từ môi trường bên ngoài. Nhờ ưu điểm này mà biến tần Danfoss được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong các ngành công nghiệp. Có thể nói đây là loại thiết bị được khách hàng hài lòng và chiếm được lòng tin nhất.

Biến tần INVT

Biến tần INVT là một loại thiết bị có nguồn gốc đến từ Trung Quốc, được nhiều khách hàng đánh giá về chất lượng không thua kém các loại biến tần đến từ các nước khác trên thế giới. Hiện nay có hơn 100 quốc gia ứng dụng biến tần INVT rộng rãi trong các ngành sản xuất công nghiệp. Đặc biệt được ứng dụng trong các lĩnh vực xây dựng, khai thác mỏ, công nghiệp hóa chất, luyện kim, cơ khí, xi măng,…

Với khả năng chuyên dụng của mình, INVT được đánh giá là thiết bị đáp ứng mọi yêu cầu trong các ngành công nghiệp. Đồng thời, thiết bị này thường có giá thành thấp nên người dùng vẫn ưa dùng hơn các thương hiệu khác trên thị trường. Một số dòng biến tần hiện nay mà bạn có thể lựa chọn đó là:

• INVT GD20: Ưu điểm nổi bật đó là thiết kế nhỏ gọn nên ứng dụng phổ biến cho các ngành công nghiệp vừa và nhỏ như dán nhãn, đóng nắp chai, đóng gói bao bì,.. 
• INVT GD200A: Loại này có cấu hình mạnh mẽ, sử dụng phù hợp ở những nơi có khí hậu nhiệt đới. INVT GD200A có hai nguồn AC và DC nên được ứng dụng cao trong các ngành nghề như máy dệt, máy kẻ, may thổi,…
• INVT GD800: Được sử dụng phổ biến trong các ngành luyện kim khai thác mỏ, dầu khí với hiệu suất hoạt động cao và bền bỉ.

Nguyên lý hoạt động của biến tần trong thực tiễn

Nguyên lý hoạt động của biến tần là chuyển đổi dòng điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành dòng điện điện 1 chiều thông qua cầu Diode và tụ điện.. Quá trình diễn ra như sau:

• Biến tần nhận nguồn điện từ nguồn cung cấp: Tùy từng loại mà nguồn điện đầu vào có thể là 1 pha hoặc 3 pha, điện áp và tần số luôn ở mức cố định. Nguồn điện này được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều, thông qua tụ điện và bộ chỉnh lưu diode.
• Tiếp đến, điện áp một chiều được tụ điện biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Quá trình này được diễn ra theo trình tự kích hoạt tích hợp của bộ biến đổi IGBT, sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế rộng xung PWM.
• Tín hiệu đầu sẽ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển và các tham số được lập trình sẵn bên trong của thiết bị. Nến người dùng có thể cài đặt các chế độ hoạt động hoặc có thể điều khiển trực tiếp biến tần.

Trong quá trình hoạt động của mình, biến tần sẽ phát hiện ra những sự cố quá tải, mất pha, sụt áp, quá áp,… và đưa ra các cảnh bảo nếu là lỗi nhẹ và ngừng cung cấp nguồn điện cho động cơ nếu lỗi nghiêm trọng để tránh gây những thiệt hại cho hệ thống.

Kinh nghiệm lựa chọn biến tần

Việc lựa chọn loại biến tần với mục đích sử dụng là vô cùng quan trong. Nên sau đây là một số kinh nghiệm giúp bạn chọn được loại phù hợp:

• Nếu bạn sử dụng trong những lĩnh vực không yêu cầu độ chính xác cao như mômen tải thì bạn nên chọn những loại biến tần có giá thành không cần quá cao. Mua những loại thiết bị có ít chức năng cao cấp, động cơ ở mức minimum là an toàn.
• Nếu trong trường hợp đòi hỏi cần phải có các tính năng cao cấp như tốc độ, mômen tải không đổi thì bạn nên lựa chọn những biến tần có công suất lớn khoảng 1,5 lần.
• Xác định tần số, số lượng pha đầu ra và đầu vào đảm bảo tần số, số lượng pha tương thích với hệ thống của bạn.
• Xem xét môi trường sử dụng, để đảm bảo rằng thiết bị luôn hoạt động tốt trong điều kiện môi trường mà bạn cần sử dụng.
• Bạn nên cần xem xét lựa chọn thương hiệu và chất lượng của biến tần để đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng được các tiêu chuẩn về công suất và an toàn.

Những loại biến tần mang đến những lợi ích cho người dùng, đảm bảo hệ thống điện luôn hoạt động ổn định. Mang đến sự an toàn cho người dùng, hạn chế được các sự cố xảy ra. Ngoài ra bạn cũng có thể tham khảo thêm những thiết bị sau luôn bảo vệ mạng điện của gia đình bạn an toàn qua bài viết này nhé. [Top 7] Thiết bị bảo vệ mạng điện phổ biến nhất hiện nay.

Hy vọng thông qua bài viết này, với những thông tin được chia sẻ đầy đủ trên có thể giúp cho bạn trả lời được câu hỏi biến tần là gì? Với những ứng dụng thực tế, bạn có thể dễ dàng lựa chọn loại thiết bị phù hợp cho mình. Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về những loại thiết bị điện thông minh ứng dụng cho ngôi nhà của mình thì hãy liên hệ ngay qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome nhé,