Biến tần là gì? Ứng dụng của biến tần, các loại biến tần

Biến tần, hay còn được gọi là biến đổi tần số, là một công nghệ quan trọng đã thay đổi cách chúng ta kiểm soát và vận hành động cơ điện trong nhiều ứng dụng khác nhau. Từ công nghiệp đến gia đình, biến tần đã trở thành một phần quan trọng của hệ thống điện, mang lại sự linh hoạt, hiệu suất cao, và tiết kiệm năng lượng. Hãy cùng khám phá cơ bản về nguyên lý hoạt động, ứng dụng đa dạng và những lợi ích mà công nghệ này đem lại trong thế giới điện công nghiệp hiện đại.

1. Biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị điện tử được sử dụng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện xoay chiều khác có tần số và điện áp khác nhau. Cụ thể, biến tần thường được sử dụng để điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra để điều khiển tốc độ và công suất của động cơ điện xoay chiều.

2. Tại sao cần sử dụng biến tần?

• Biến tần cho phép điều khiển tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống và giảm mức tiêu thụ năng lượng khi tốc độ thấp không cần thiết.
• Bằng cách điều chỉnh tốc độ và công suất theo yêu cầu, biến tần giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng so với việc sử dụng các phương pháp điều khiển truyền thống.
• Biến tần có thể giúp bảo vệ động cơ bằng cách kiểm soát dòng khởi động và giảm tác động đột ngột lên hệ thống.
• Biến tần có khả năng tích hợp với các hệ thống tự động hóa và điều khiển, tạo ra sự linh hoạt trong quá trình sản xuất và vận hành.
• Kiểm soát tốc độ động cơ, biến tần giảm tiếng ồn và rung động, cải thiện môi trường làm việc và tăng tuổi thọ của máy móc.
• Giảm chi phí bảo dưỡng: Việc điều khiển mềm mại tốc độ và công suất có thể giảm chi phí bảo dưỡng và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.

3. Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý cơ bản của bộ biến tần hoạt động theo các công đoạn chi tiết, bắt đầu bằng việc điều chỉnh và lọc nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Quá trình này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện, giúp tạo ra một nguồn điện áp với hệ số công suất cosphi không phụ thuộc vào tải và ít nhất đạt giá trị 0.96.

Tiếp theo, điện áp một chiều này được chuyển đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này sử dụng hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) và áp dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Điều này cho phép tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm, giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ.

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của bộ biến tần rất cao, nhờ vào sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Điều này giúp năng lượng tiêu thụ xấp xỉ với năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Ngoài ra, biến tần ngày nay tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác nhau, phù hợp với đa dạng các loại phụ tải. Bộ biến tần hiện đại thậm chí tích hợp cả bộ PID và tương thích với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, làm cho chúng trở nên rất linh hoạt và hiệu quả trong việc điều khiển và giám sát trong các hệ thống SCADA.

4. Khi nào nên sử dụng biến tần

Biến tần là một thiết bị quan trọng trong điều khiển động cơ và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau để cải thiện hiệu suất và linh hoạt của hệ thống giúp mang lại nhiều lợi ích:

Sử dụng biến tần có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nhu cầu thực tế. Trong những trường hợp nơi tải thay đổi, việc này giúp tránh được việc sử dụng năng lượng không cần thiết.

Biến tần giúp giảm số vòng quay khởi động của động cơ, giảm ổn định mạch và mức dòng khởi động, từ đó kéo dài tuổi thọ của hệ thống và giảm các vấn đề về bảo dưỡng.

Trong một số ứng dụng như tải nâng hạ hoặc tải xoay, biến tần cho phép điều khiển mô men một cách chính xác, cải thiện khả năng đáp ứng của hệ thống.

Trong quá trình nâng cấp hoặc hiện đại hóa hệ thống, sử dụng biến tần có thể giúp chuyển đổi từ hệ thống điều khiển tự động cơ cơ truyền thống sang một hệ thống điều khiển linh hoạt hơn và hiệu suất cao hơn.

Trong một số trường hợp, việc sử dụng biến tần có thể giảm cần thiết phải có các thiết bị cơ khí như van cổng hoặc thiết bị cơ điện tử để điều khiển tốc độ động cơ.

Trong các hệ thống HVAC, việc sử dụng biến tần giúp điều chỉnh tốc độ quạt và máy nén theo nhu cầu thực tế, tăng sự hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

5. Các loại biến tần hiện nay

Biến tần AC : là thiết bị điều khiển điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của động cơ điện xoay chiều. Được sử dụng rộng rãi để tiết kiệm năng lượng, linh hoạt trong điều chỉnh tốc độ, và có ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, và năng lượng tái tạo.

Biến tần DC : chuyển đổi nguồn điện đầu vào thành điện áp và dòng điện có thể điều chỉnh để kiểm soát tốc độ và mô men của động cơ. Biến tần DC thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát chính xác và linh hoạt, như trong công nghiệp và dân dụng.

Biến tần 1 pha : Biến tần 1 pha là thiết bị điều khiển điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của động cơ điện xoay chiều 1 pha.Biến tần 1 pha thường được áp dụng trong các ứng dụng nhỏ và gia đình, nơi có nhu cầu kiểm soát đơn giản cho các động cơ 1 pha như quạt và máy bơi lội.

Biến tần 3 pha : Biến tần 3 pha là thiết bị điều khiển điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của động cơ điện xoay chiều 3 pha. Nó chuyển đổi nguồn điện đầu vào 3 pha thành điện áp và dòng điện có thể điều chỉnh, mang lại khả năng linh hoạt trong việc điều khiển tốc độ và mô men của động cơ. Biến tần 3 pha thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại, nơi yêu cầu điều khiển chính xác và hiệu suất cao cho động cơ 3 pha.

• Biến tần trung thế
• Biến tần hạ thế
• …..

6. Ứng dụng của biến tần trong công nghiệp và dân dụng

Ứng dụng trong công nghiệp :Biến tần trong công nghiệp được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, tiết kiệm năng lượng, phân phối nước, xử lý nước thải, điều khiển quạt và hệ thống thông gió, tự động hóa quy trình sản xuất, và đảm bảo ổn định nguồn cung cấp điện.

Ứng dụng trong dân dụng : Biến tần trong dân dụng được sử dụng trong các ứng dụng như quạt, máy làm mát, máy giặt, đèn, hồ bơi, cổng tự động, điều hòa không khí, năng lượng mặt trời, và các thiết bị nhà thông minh để kiểm soát tốc độ và tiết kiệm năng lượng.

7. Những lưu ý khi sử dụng biến tần

Khi sử dụng biến tần, có một số lưu ý quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn của hệ thống: Đảm bảo rằng biến tần được lắp đặt ở môi trường có nhiệt độ hoạt động được chỉ định trong tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất.

• Kiểm tra rằng biến tần được lựa chọn phù hợp với tải động cơ. Quá tải có thể gây hỏng hóc và giảm tuổi thọ của biến tần.
• Tuân thủ giới hạn dòng điện và điện áp được quy định trong hướng dẫn sử dụng. Sử dụng bảng điều chỉnh để thiết lập giới hạn bảo vệ.Cài đặt bảo vệ quá tải để ngăn chặn mức dòng vượt quá giới hạn an toàn của hệ thống.
• Bảo Dưỡng Định Kỳ: Thực hiện bảo dưỡng định kỳ theo hướng dẫn của nhà sản xuất để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu suất.
• Tích Hợp Bảo Vệ Quá Áp: Sử dụng bảo vệ quá áp để bảo vệ biến tần khỏi những biến động áp xuất hiện trên lưới điện.
• Đào Tạo và An Toàn: Nhân viên sử dụng và bảo trì biến tần cần được đào tạo đầy đủ và nắm vững các biện pháp an toàn.
• Kiểm Tra Kết Nối Điện: Kiểm tra kết nối điện và cáp quạt gió để đảm bảo chúng được kết nối đúng cách và an toàn.

8. Một số dòng biến tần phổ biến

Biến tần xuất xứ Trung Quốc: Gồm một số loại như biến tần INVT, Sumo, Veichi, ENC, Sunfar,... được Trung Quốc đầu tư công nghệ và nâng cao chất lượng với giá cả đa dạng và được sử dụng phổ biến tại Việt Nam

Biến tần xuất xứ Châu Âu: Biến tần ABB, Siemes, Schneider, DANFOSS, EMERSON, KEB, VACON,... được sản xuất với công nghệ hiện đại để đảm bảo hiệu suất cao, độ tin cậy và tính năng thông minh.

Biến tần xuất xứ Nhật Bản: Biến tần Yaskawa, Mitsubishi, Fuji, Panasonic, Hitachi, Toshiba là các hãng có xuất xứ Nhật Bản. Nhật Bản là một trong những quốc gia hàng đầu trong việc sản xuất và phát triển công nghệ, và lĩnh vực biến tần không phải là ngoại lệ. Có nhiều công ty Nhật Bản nổi tiếng đã và đang sản xuất biến tần với chất lượng và hiệu suất cao.

Ngoài ra còn có các loại biến tần xuất xứ từ Hàn Quốc, Đài Loan,.. Biến tần, là công nghệ điều khiển tốc độ động cơ điện, đã đổi đời cho nhiều ngành công nghiệp và hệ thống điện dân dụng. Khả năng linh hoạt, tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao đã làm cho biến tần trở thành một thành tựu quan trọng, đóng góp vào sự hiện đại hóa và bền vững của hệ thống điện hiện đại.