Tìm hiểu về biến tần các khái niệm cơ bản, cấu tạo cơ bản của biến tần và các biến tần thông dụng, thịnh hành trong nhà máy các cơ sở sản xuất, ứng dụng của biến tần trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày
I Tổng quan biến tần Khái niệm Biến tần hay gọi biến đổi tần số thiết bị điều chỉnh tốc độ quay động điện xoay chiều thông qua việc thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ.Vì mà biến tần có tên gọi khác điều chỉnh tốc độ động cơ.Ngoài ra, điện áp cấp cho động biến tần thay đổi theo tần số nên biến tần đơi gọi biến đổi điện áp tần.Trong thực tế có nhiều hoạt động cơng nghiệp có liên quan đến tốc độ động điện Đơi lúc xem ổn định tốc độ động mang yếu tố sống chất lượng sản phẩm, ổn định hệ thống,… Vì vậy, việc điều khiển ổn định tốc độ động xem vấn đề yếu hệ thống điều khiển công nghiệp.Điều chỉnh tốc độ dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng,… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu phụ tải Có hai phương pháp điều chỉnh tốc độ cơ: + Biến đổi tốc độ thông số phận khí tức biến đổi tỉ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản xuất + Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử Các phận biến tần a.Bộ chỉnh lưu (diode) Bộ chỉnh lưu cầu diode tương tự với chỉnh lưu thường thấy nguồn, điện áp xoay chiều chuyển đổi thành chiều Điện áp sau chỉnh lưu qua giàn tụ lọc để có điện áp phẳng, ổn định(DC bus) để cung cấp nguồn cho IGBT b Bộ nghịch lưu (IGBT) Thiết bị IGBT chuyển mạch nhanh cho hiệu xuất cao Trong biến tần, IGBT điều khiển kích mở theo trình tự để tạo xung với độ rộng khác từ điện áp DC Bus trữ tụ điện Bằng cách sử dụng phương pháp Điều chế Độ rộng Xung PWM, IGBT kích mở theo trình tự để đầu giống với sóng dạng sin áp dụng sóng mang PWM sử dụng để tạo đầu cho động giống hệt với sóng dạng sin Tín hiệu sử dụng để điều khiển tốc độ mô-men xoắn động c Phần điều khiển Phần điều khiển kết nối với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC để điều khiển biến tần theo cấu hình cài đặt người sử dụng Phần điều khiển bao gồm: IC để xử lý thơng tin điều khiển hoạt động biến tần Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4-20mA hay điện áp 0-10V Ngõ vào số: để kích cho biến tần chạy Ngõ analog: kết nối với thiết bị ngoại vi khác để giám sát hoạt động biến tần Ngõ số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo… d Các phụ kiện biến tần Bộ kháng điện xoay chiều (reactor) Cuộn kháng AC cuộn dây quấn quanh lõi thép Cuộn kháng AC giúp giảm méo sóng hài, tức nhiễu dòng xoay chiều đầu vào Ngoài ra, Cuộn kháng AC giảm biên độ đỉnh gai nhọn đầu vào, giảm song hài giúp DC Bus ổn định tăng tuổi thọ tụ Cuộn kháng AC1 hoạt động lọc để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu xung nhọn gây bật tắt tải điện cảm khác Có vài nhược điểm sử dụng điện kháng, chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen giảm hiệu suất Trong trường hợp gặp, điện kháng dòng sử dụng phía đầu Biến tần để bù cho động có điện cảm thấp, điều thường khơng cần thiết hiệu suất hoạt động tốt công nghệ IGBT Bộ điện kháng chiều (DC reactor) Cuộn kháng DC gắng vào biến tần trước tụ điện phần đầu vào biến tần mạch mạch chỉnh lưu có lọc tụ điện cuộn dây Khi gắn cuộn kháng chiều cho biến tần giúp nguồn DC bus ổn định, lượng dự trữ lớn chống phần sụt áp nguồn đầu vào biến tần nuôi nguồn cho IGBT hoạt động full tải Ngoài ra, cuộn kháng chiều giảm nhiễu quay nguồn biến tần gây Cuộn kháng DC thường lắp đặt chỉnh lưu tụ điện Biến tần 7,5 kW trở lên Cuộn kháng DC nhỏ rẻ Cuộn kháng AC Điện trở hãm (Braking resistor) Thông thường biến tần điều khiển động chạy, động dừng hãm lúc động chuyển thành máy phát có lượng lớn Nhất tải đứng tải dạng năng, lượng trả DC bus Thông thường biến tần điều khiển thời gian hãm motor hợp lý để khơng xảy tình trạng q tải Nếu u cầu motor dừng gấp nguồn lượng phải tiêu thụ bớt Điện trở hãm giúp biến tần tiêu thụ nguồn lượng đó.Khi điện án DC bus tăng cao đến trị số định, biến tần kích dẫn transistor để điện áp DC bus qua điện trở hãm Điện trở biến đổi điện thành nhiệt năng.Nếu khơng có điện trở, lần giảm tốc hay hãm, biến tần báo lỗi áp DC Bus II Nguyên lí hoạt động biến tần Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải có giá trị 0.96 Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ số điện áp - tần số không đổi Tuy với tải bơm quạt, quy luật lại hàm bậc Điện áp hàm bậc tần số Điều tạo đặc tính mô men hàm bậc hai tốc độ phù hợp với yêu cầu tải bơm/quạt thân mô men lại hàm bậc hai điện áp + Hiệu suất chuyển đổi nguồn biến tần cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ đại Nhờ vậy, lượng tiêu thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống + Ngồi ra, biến tần ngày tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác phù hợp hầu hết loại phụ tải khác Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA III Phân hoại biến tần Biến tần chia làm loại: biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp hay gọi biến tần phụ thuộc biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian chiều Tần số điều chỉnh nhảy cấp nhỏ tần số lưới Tuy nhiên, loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van phức tạp sử dụng cho truyền động điện có cơng suất lớn, tốc độ làm việc thấp Loại biến tần sử dụng Biến tần gián tiếp Biến tần gián tiếp hay gọi biến tần có khâu trung gian chiều dùng chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay thành dòng điện chiều sau lại dùng nghịch lưu biến đổi dòng điện chiều thành nguồn điện xoay chiều Khâu trung gian chiều đóng vai trò khâu tích lũy lượng dạng nguồn áp dùng tựu điện nguồn dòng dùng cuộn cảm tạo khâu cách ly định phụ tải nguồn điện áp lưới Biến tần gián tiếp cấu tạo từ chỉnh lưu, khâu lọc trung gian chỉnh lưu Do tính chất lọc nên biến tần gián tiếp chia làm loại sử dụng nghịch lưu áp nghịch lưu dòng: + Biến tần giáp tiếp nguồn dòng Là loại biến tần mà nguồn tạo điệp áp chiều nguồn dòng, dạng dòng điện tải tải phụ thuộc vào dạng dòng điện nguồn, dạng áp tải phụ thuộc tùy thuộc vào thông số tải quy định + Biến tần gián tiếp nguồn áp Là loại biến tần mà nguồn tạo điện áp chiều nguồn áp(điện trở nguồn 0) Dạng điện áp tải tùy thuộc vào dạng điện áp nguồn, dạng dòng điện tải phụ thuộc vào thông số mạch tải quy định Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm tạo dòng điện điện áp sin hơn, dải biến thiên tầng số cao nên sử dụng rộng rãi IV Ưu nhược điểm Nhược điểm Để sử dụng vận hành biến tần cách hiệu người sử dụng, lắp đặt thiết phải có kiến thức định Chi phí đầu tư ban đầu cao Để khởi động dừng động điện không đồng với công suất vừa lớn thường dùng phương pháp khởi động trực tiếp nên gây giảm áp đường dây lớn Biến tần tốc độ quay động điện cảm ứng điều khiển theo cấp (hữu cấp); thơng thường động thay đổi dãy tốc độ đồng Cần phải bảo trì, bảo dưỡng máy biến tần định kỳ không muốn máy gây lỗi năm/lần Ưu điểm Máy biến tần thiết bị có khả làm thay đổi tần số dòng điện nên dễ dàng thay đổi tốc độ quay động cách linh hoạt hiệu Máy biến tần tiết kiệm tối đa lượng Máy biến tần hoạt động cách ổn định bị hư hỏng Khi bị hư hỏng bạn trục tiếp khắc phục chi phí sửa chữa biến tần khơng q cao Sử dụng máy biến tần sản xuất nâng cao tuổi thọ thiết bị trình khởi động dừng động êm dịu, giúp cho tuổi thọ động phận khí ổn định kéo dài Giảm chi phí sản xuất giảm giá thành sản phẩm Có thể điều khiển trực tiếp momen động Cho phép mở rộng dải điều chỉnh nâng cao tính chất động học hệ thống Biến tần làm việc nhiều môi trường khác nhờ hệ thống điều chỉnh tốc độ động biến tần có kết cấu đơn giản Có khả đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động lúc (dệt, băng tải …) Đầy đủ chức bảo vệ động cơ: Quá dòng, áp, pha, đảo pha … Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm Có khả điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn Dễ dàng kết nối với hệ điều khiển tự động V Ứng dụng Biến tần ứng dụng ngày phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất máy móc ngành, đặc biệt cơng nghiệp xây dựng: Máy nghiền, máy cán, kéo, máy tráng màng, máy tạo sợi, máy nhựa, cao su, sơn, hóa chất, dệt, nhuộm, đóng gói, chế biến gỗ, băng chuyền, cần trục, tháp giải nhiệt , thiết bị nâng hạ, máy nén khí, bơm quạt Hình ảnh biến tần điều khiển bơm chạy luân phiên ổn định áp suất Hình ảnh biến tần điều khiển quạt lò Giới thiệu chung ứng dụng biến tần Biến tần cho máy nén khí Video biến tần ứng dụng dệt may ... trực tiếp biến tần gián tiếp Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp hay gọi biến tần phụ thuộc biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian chiều Tần số điều... nhỏ tần số lưới Tuy nhiên, loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van phức tạp sử dụng cho truyền động điện có cơng suất lớn, tốc độ làm việc thấp Loại biến tần sử dụng Biến tần gián tiếp Biến tần gián... khác Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA III Phân hoại biến tần Biến tần chia làm loại: biến tần trực