1. Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).
Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên.
Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần
2. Công thức về tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha biến tần
Công thức về tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha biến tần
Để thay đổi được tốc độ động cơ chúng ta có 3 phương pháp:
1. Thay đổi số cực động cơ P
2. Thay đổi hệ số trượt s
3. Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào
Và biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ. Qua đó thay đổi tốc độ động cơ theo công thức trên.
3. Nguyên lý hoạt động của biến tần
Nguyên lý hoạt động của biến tần/ inverter cũng khá đơn giản.
Nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu, sau đó lọc thành nguồn điện một chiều bằng phẳng nhờ tụ điện và bộ chỉnh lưu cầu diode.
Nhờ vậy, cos(phi) – hệ số công suất biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và có Min=0.96.
Tiếp đến, điện áp một chiều được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng, thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM).
Nhờ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực rất phát triển hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Điện áp xoay chiều ba pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển.
Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mômen không đổi, tỉ số giữa điện áp và tần số không đổi.
Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mômen là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm – quạt vì mômen cũng là hàm bậc hai của điện áp.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của biến tần rất cao vì sử dụng linh kiện bán dẫn công suất, sản xuất bởi công nghệ tiên tiến, giúp năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Ngoài ra, biến tần tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Biến tần còn tích hợp cả bộ PID, FOC, Vector (sensorless hoặc encoder), Torque control (sensorless hoặc encoder) và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau (RS232 hoặc RS485), phù hợp cho công tác điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA hay các hệ thống có tích hợp màn hình HMI, Bộ lập trình PLC…