1.1. 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.
1.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực 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.
65
Hình 6-1. Sơ đồ nguyên lý biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 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 mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là 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 mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA
1.3. Mục đích ứng dụng biến tần
a) Bảo vệ động cơ khỏi mài mòn cơ khí:
Khi khởi động động cơ trực tiếp từ lưới điện, vấn đề shock và hao mòn cơ khí là không thể kiểm soát. Biến tần giúp khởi động êm động cơ, dù cho quá trình khởi động-ngắt động cơ diễn ra liên tục, hạn chế tối đa hao mòn cơ khí.
b) Tiết kiệm điện, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống:
Khi khởi động trực tiếp, dòng khởi động lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức, làm cho lượng điện tiêu thụ tăng vọt. Biến tần không chỉ giúp khởi động êm, mà còn làm cho dòng khởi động thấp hơn dòng định mức, tiết kiệm lượng điệnở thời điểm này. Đồng thời, không gây sụt áp (thậm chí gây hư hỏng) cho các thiết bị điện khác trong cùng hệ thống.
Ngoài ra đối với tải bơm, quạt, máy nén khí…hoặc những ứng dụng khác cần điều khiển lưu lượng/áp suất, biến tần sẽ giúp ngừng động cơ ở chế độ không tải, từ đó tiết kiệm tối đa lượng điện năng tiêu thụ.
c) Đáp ứng yêu cầu công nghệ:
Đối với các ứng dụng cần đồng bộ tốc độ, như ngành giấy, dệt, bao bì nhựa, in, thép,…hoặc ứng dụng cần điều khiển lưu lượng hoặc áp suất, như ngành nước, khí
66
nén…hoặc ứng dụng như cẩu trục, thang máy…Việc sử dụngbiến tần là điều tất yếu, đáp ứng được yêu cầu về công nghệ, cải thiện năng suất.
d) Tăng năng suất sản xuất.
Đối với nhiều ứng dụng, như ngành dệt, nhuộm, nhựa…việc sử dụng biến tần sẽ làm năng suất tăng lên so với khi sử dụng nguồn trực tiếp, giúp loại bỏ được một số phụ kiện cồng kềnh, kém hiệu quả như puli, motor rùa (motor phụ)…
3. Các phím chức năng, cổng vào – ra và cách kết nối.
3.1 Các phím chức năng.
Hiển thị Tên Mổ tả chức năng
Hiển thị dữ liệu Hiển thị các dữ liệu liên quan, như tần số chuẩn, tần số ra, và các giá trị đặt cho các thông số
Núm chỉnh tần số Đặt tần số chuẩn trong khoảng từ 0Hz đến tần số tối đa
Đèn báo tần số FREF
Tần số chuẩn có thể được theo dõi hay đặt trong khi đèn này sáng
Đèn báo tần số ra FOUT
Tần số ra của biến tần có thể được theo dõi khi đèn này đang sáng
Đèn báo dòng ra IOUT
Dòng điện ra của biến tần có thể được theo dõi khi đèn này đang sáng
Đèn báo MNTR Các giá trị đặt trong các thông số
U01 đến U10 có thểđược theo dõi khi đèn này đang sáng
Đèn báo chế độ tại chỗ/từ xa LO/RE
Có thể lựa chọn hoạt động của biến tần theo bộ giao diện hay bằng các thông số thiết lập khi đèn này đang sáng
Chú ý: Trạng thái của đèn này chỉ có thể được theo dõi trong khi biến tần đang hoạt động. Bất kỳ đầu vào lệnh RUN nào đều sẽ bị bỏ qua trong khi đèn này đang sáng
Đèn báo chiều
quay thuận
nghịch
Có thể lựa chọn chiều quay khi
đèn này đang sáng khi thao tác với biến tần bằng nút RUN
67
F/R
Đèn báo chế độ PRGM
Các thông số từ n01 đến n79 có thể được theo dõi khi đèn này đang sáng
Chú ý: Các thông số chỉ có thể được theo dõi và chỉ một số là có thể thay đổi được trong khi biến tần đang hoạt động. Bất kỳ đầu vào lệnh RUN nào đều sẽ bị bỏ
Nút chế độ
MODE
Chuyển giữa các đèn chỉ thị mục lựa chọn theo thứ tự. Thông số đang được đặt sẽ bị bãi bỏ nếu phím này được nhấn trước khi nhập thông số
Nút tăng Tăng số theo dõi thông số, số của thông số và
các giá trị đặt
Nút giảm Giảm số theo dõi thông số, số của thông số và
các giá trị đặt
Nút Enter Chấp nhận số theo dõi thông số, số của thông số và các giá trị bên trong sau khi chúng đã được đặt hay thay đổi
Nút chạy RUN Chạy biến tần khi biến tần đang hoạt động với
bộ giao diện
Nút Stop/Reset Dừng biến tần trừ khi thông số n06 được đặt để cấm nút Stop. Cũng làm chức năng như một phím reset khi có lỗi với biến tần.
Chú ý: Vì lý do an toàn, việc reset sẽ không hoạt động trong khi lệnh RUN (quay thuận hay nghịch) đang có hiệu lực. Hãy chờ đến khi lệnh RUN là OFF trước khi reset biến tần.
2.2. Các cổng vào/ra và cách kết nối
Ký hiệu Tên Chức năng Mức tín hiệu
Input (đầu vào)
S1 Quay
thuận/Dừng Quay thuận ở ON, dừng ở OFF
Photocoupler 8 mA ở 24 V DC
Chú ý: NPN là thiết lập mặc định. nối chúng bằng cách tạo một đất chung. Không cần
nguồn ngoài. Để cung cấp nguồn ngoài và nối các đầu nối qua dây dương chung, hãy đặt SW7 về PNP và nguồn cấp ở
24 V DC ±10%.
S2 Đầu vào đa
chức năng 1 (S2)
S3 Đầu vào đa
chức năng 1 (S3)
S5 Đầu vàođa
68
(S5)
S6 Đầu vào đa
chức năng 1 (S6)
S7 Đầu vào đa
chức năng 1 (S7)
SC Đầu vào chung
logic trình tự Chung cho S1 đến S9
FS Nguồn cấp cho
tần số chuẩn Nguồn cấp DC cho tần số chuẩn 20 mA ở 12 V DC
FR Đầu vào tần số
chuẩn Đầu vào tần số chuẩn 0 to 10 V DC (trở kháng vào: 20 kΩ) FC
Đầu nối chung cho đầu vào tần số chuẩn
Đầu nối chung cho đầu vào tần số chuẩn
RP Đầu vào xung
Tần số đáp ứng: 0-36KHz (30%-70% ED) H: 3,5-13.2V L: 0,8V Max (trở kháng đầu vào 2,24 (kΩ) CN2 1 Đầu vào áp
analog đa chức Điện áp vào (giữa đầu 1 và
3): 0-10VDC
Dòng điện vào (giữa đầu 2 và 3): 4-20mA
2 Đầu vào dòng
analog đa chức
3 Đầu vào analog
đa chức năng Output (đầu ra) MA Đầu ra tiếp điểm đa chức năng Đầu rarơle 1 A max. ở 30 V DC 1 A max. ở 250 V AC MB Đầu ra tiếp điểm đa chức năng MC Đầu ra chung
tiếp điểm đa chức năng Chung cho MA và MB P1 Đầu ra photocoupler 1 (lõi)
Đầu ra hở collector 50mA max ở 48VDC P2 Đầu ra photocoupler 2 (lõi) PC Đầu ra photocoupler R+ Phía nhận RS422/485
69
R-
S+ Phía gửi
S-
AM Đầu ra theo dõi analog
Đầu ra analog: 2 mA max. Ở 0 - 10 V DC
Đầu ra xung (điện áp ra max: 12VDC)
AC Đầu ra chung
theo dõi analog
Chung cho AM
70