Biến tần là gì?

Biến tần hay Inverter là một thiết bị điện tử được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện AC thông qua việc thay đổi tần số và điện áp cấp vào động cơ. Mục đích chính của biến tần là điều chỉnh tốc độ quay của động cơ để phù hợp với yêu cầu của ứng dụng cụ thể, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Biến tần hoạt động bằng cách chuyển đổi dòng điện AC đầu vào thành dòng điện AC đầu ra với tần số và điện áp biến đổi. Điều này cho phép điều chỉnh tốc độ quay và mô-men xoắn của động cơ một cách linh hoạt, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm tiêu hao năng lượng và kéo dài tuổi thọ của động cơ.

Các ứng dụng phổ biến của biến tần bao gồm máy nén, máy bơm, quạt, thang máy, dây chuyền sản xuất, và các hệ thống tự động hoá công nghiệp khác.

Biến tần
Biến tần

Cấu tạo biến tần

Biến tần được cấu tạo từ nhiều thành phần chính, bao gồm các bộ phận sau:

  1. Bộ nguồn cấp: Bộ phận này chuyển đổi điện áp nguồn AC đầu vào thành điện áp DC bằng cách sử dụng mạch chỉnh lưu và bộ lọc. Điện áp DC này được sử dụng để cấp cho các bộ phận khác của biến tần.
  2. Bộ điều khiển: Là trái tim của biến tần, bộ điều khiển giám sát và điều khiển toàn bộ hoạt động của biến tần. Nó gồm vi mạch điều khiển, bộ nhớ, bộ xử lý tín hiệu số (DSP) hoặc vi xử lý, cũng như các giao diện giao tiếp. Bộ điều khiển đọc các tín hiệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi, xử lý chúng và tạo ra tín hiệu điều khiển tương ứng để điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra của biến tần.
  3. Bộ biến đổi DC thành AC: Gọi là bộ nghịch lưu (Inverter), chuyển đổi điện áp DC từ bộ nguồn cấp thành điện áp AC biến đổi. Bộ nghịch lưu sử dụng các thiết bị bán dẫn chịu tải như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, GTO (Gate Turn-Off Thyristor), hoặc SCR (Silicon Controlled Rectifier) để thực hiện việc chuyển đổi này. Kết quả là dòng điện AC với tần số và điện áp điều chỉnh được cấp cho động cơ.
  4. Mạch bảo vệ: Biến tần được trang bị các mạch bảo vệ để đảm bảo an toàn và bảo vệ động cơ, cũng như chính biến tần, khỏi các tác động có hại. Các mạch bảo vệ này bao gồm bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt độ, và ngắn mạch.
  5. Giao diện điều khiển và hiển thị: Đây là phần cung cấp giao diện giữa người dùng và biến tần, giúp thiết lập các thông số, giám sát hoạt động của biến tần và động cơ. Giao diện điều khiển thường bao gồm các nút bấm, màn hình hiển thị LED hoặc LCD, và các cổng giao tiếp như RS-485, Modbus, hoặc Ethernet.

Nguyên lý hoạt động biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần dựa trên việc điều chỉnh tần số và điện áp của dòng điện AC đầu ra để kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện AC. Biến tần hoạt động theo các bước sau:

  1. Chuyển đổi AC thành DC: Biến tần nhận dòng điện AC đầu vào từ nguồn cung cấp và chuyển đổi thành dòng điện DC bằng cách sử dụng mạch chỉnh lưu. Điện áp DC sau đó được lọc để giảm nhiễu và dao động bằng mạch lọc.
  2. Ổn định điện áp DC: Điện áp DC được ổn định và giữ ở một mức cố định bằng cách sử dụng tụ điện. Mục đích của việc này là để cung cấp một nguồn điện DC ổn định cho bộ biến đổi DC thành AC.
  3. Chuyển đổi DC thành AC biến đổi: Bộ nghịch lưu (Inverter) chuyển đổi điện áp DC thành dòng điện AC biến đổi bằng cách sử dụng các thiết bị bán dẫn chịu tải như IGBT, MOSFET, GTO hoặc SCR. Tần số và điện áp của dòng điện AC đầu ra được điều chỉnh dựa trên tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển.
  4. Điều khiển tốc độ và mô-men xoắn: Bộ điều khiển đọc các tín hiệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi và xử lý chúng để tạo ra tín hiệu điều khiển tương ứng. Tín hiệu này được sử dụng để điều chỉnh tần số và điện áp của dòng điện AC đầu ra của biến tần, cho phép kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện AC một cách linh hoạt.
  5. Giám sát và bảo vệ: Biến tần được trang bị các mạch bảo vệ để giám sát và bảo vệ động cơ, cũng như chính biến tần khỏi các tác động có hại. Các mạch bảo vệ này bao gồm bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt độ và ngắn mạch.

Kết quả của quá trình này là dòng điện AC đầu ra với tần số và điện áp biến đổi, giúp kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện