Biến tần là gì?

Tủ sách chia sẻ kiến thức về Điện công nghiệp và Tự động hóa

HaoPhuong.com– NHÀ PHÂN PHỐI THIẾT BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP, TỰ ĐỘNG HÓA HÀNG ĐẦU VIỆT NAM

BIẾN TẦN (INVERTER)

Biến tần Fuji Electric nhật bản

(HaoPhuong.com –Nhà phân phối thiết bị điện công nghiệp hàng đầu Việt Nam)

1. Biến tần là gì ?

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha thông qua

việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha.

Đây là công thức về tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha,

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, và thay đổi tần số f của điện áp đầu vào.

Và BIẾN TẦN là thiết bị dùng để thay đổi tần số của

của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ -> Qua đó thay đổi tốc độ động cơ theo

công thức trên.



2. Nguyên lý hoạt động của biến tần

Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần

(HaoPhuong.com – Nhà phân phối thiết bị điện công nghiệp hàng đầu Việt Nam)

Nguyên lý cơ bản làm việc của 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.

Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối

xứng. Ban đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều

này ở mức rất cao.

Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito Lưỡng

cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng

đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha 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 cao nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên

lõi sắt động cơ.

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Biến tần Fuji Electric




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 (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ). 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

.

Sơ đồ mạch bên thực tế tương ứng với sơ đồ khối của biến tần Fuji Electric




Biến tần Fuji Lift được dùng phổ biến trong ngành thang máy ở Việt Nam


3. Các bộ phận cơ bản của biến tần

Cấu tạo biến tần bao gồm: khối chỉnh lưu đầu vào, khối nghịch lưu và phần điều khiển

(hình vẽ)

3.1 Bộ chỉnh lưu (Diode)



Bộ chỉnh lưu cầu diode tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó

điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành một chiều. Điện áp sau khi chỉnh lưu qua giàn tụ lọc

để có điện áp phẳng, ổn định(DC bus) để cung cấp nguồn cho IGBT.

Hình ảnh thực tế DIODE trong biến tần Fuji Electric


3.2 Bộ nghịch lưu (IGBT)

Thiết bị IGBT chuyển mạch nhanh và cho hiệu xuất cao. Trong biến tần, IGBT được điều

khiển kích mở theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp DC Bus được trữ

trong tụ điện.

Bằng cách sử dụng phương pháp Điều chế Độ rộng Xung PWM, IGBT có thể được kích mở

theo trình tự để đầu ra giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang.

PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin. Tín hiệu

này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.

Hình ảnh thực tế các IGBT trong biến tần Fuji Electric


3.3 Phần điều khiển



Phần điều khiển sẽ kết nối với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính để điều

khiển biến tần theo cấu hình và cài đặt của người sử dụng

Phần điều khiển bao gồm:

IC chính để xử lý thông tin và điều khiển hoạt động của 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 ra analog: kết nối với thiết bị ngoại vi khác để giám sát hoạt động của biến tần.

Ngõ ra số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo…

4. Các phụ kiện của biến tần

4.1 Bộ kháng điện xoay chiều (AC Reactor)

Cuộn kháng AC là cuộn dây được quấn quanh lõi thép.

Cuộn kháng AC giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều đầu vào. Ngoài

ra, Cuộn kháng AC sẽ giảm biên độ đỉnh của cái gai nhọn đầu vào, giảm song hài sẽ giúp DC

Bus ổn định và tăng tuổi thọ của tụ.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng AC Reactor


Cuộn kháng AC có thể hoạt động như một bộ lọc để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi

nhiễu và xung nhọn gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác.

Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không

gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.



Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của

Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu

suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.

4.2 Bộ điện kháng Một chiều (DC Reactor)

Cuộn kháng DC khi được gắng vào biến tần trước tụ điện thì phần đầu vào của biến tần

như mạch mạch chỉnh lưu có bộ lọc là tụ điện và cuộn dây.

Khi gắn cuộn kháng một chiều cho biến tần sẽ giúp nguồn DC bus được ổn định, năng

lượng dự trữ lớn chống phần sụt áp nguồn đầu vào của biến tần nuôi nguồn cho IGBT khi hoạt

động full tải.

Ngoài ra, cuộn kháng một chiều sẽ giảm nhiễu quay về nguồn do biến tần gây ra.

Cuộn kháng DC thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5

kW trở lên. Cuộn kháng DC có thể nhỏ và rẻ hơn Cuộn kháng AC.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng DC Reactor


4.3 Điện trở Hãm (Braking resistor)

Thông thường biến tần điều khiển động cơ chạy, khi động cơ dừng hoặc hãm lúc đó động

cơ chuyển thành máy phát có năng lượng lớn. Nhất là tải đứng và tải dạng thế năng, năng lượng

này được trả về DC bus. Thông thường biến tần sẽ điều khiển thời gian hãm của motor hợp lý để

không xảy ra tình trạng quá tải. Nếu yêu cầu motor dừng gấp thì nguồn năng lượng này sẽ phải

được tiêu thụ bớt.

Điện trở hãm sẽ giúp biến tần tiêu thụ nguồn năng lượng đó.Khi điện án DC bus tăng cao

đến một trị số nhất định, biến tần sẽ kích dẫn transistor để điện áp DC bus qua điện trở hãm.

Điện trở biến đổi điện năng thành nhiệt năng.



Một số hình ảnh thực tế về điện trở xả - Braking resistor


Nếu không có điện trở, mỗi lần giảm tốc hay hãm, biến tần có thể báo lỗi do quá áp trên

DC Bus.

5. Ứng dụng biến tần trong công nghiệp

Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là bạn có thể điều chỉnh vô cấp

tốc độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều chỉnh tốc độ động cơ

thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.

Một số hình ảnh thực tế ứng dụng biến tần




Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, linh hoạt như tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều

khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ

giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp

đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,…

Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá

trình truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo vệ quá

tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần.

Biến tần được sử dụng rộng dãi trong các ứng dụng công nghiệp như:

Tháng máy, máy xeo giấy, băng tải, cầu trục, nồi hơi, bơm nước, máy đóng gói, máy dệt, máy kéo sợ, máy ép nhựa …

Một số hình ảnh ứng dụng của biến tần Fuji Electric




6. Những lưu ý khi sử dụng biến tần

+ Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả

một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.

+ Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhạy cảm với điều kiện môi trường,

mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã

được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.

+ Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí. Các bộ biến tần không

thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có

quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 50oC, không có chất ăn mòn,

khí gas, bụi bẩn.

+ Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc

thay đổi các tham số thiết đặt.

+ Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để

có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.

+ Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào

khắc phục được lỗi mới khởi động lại.

+ Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết các thông số

đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây là các thông tin rất quan trọng cho

các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.

Cuối cùng, ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những người có

tiền, những tiện ích mà bộ biến tần mang lại cho bạn nhiều hơn rất nhiều so với chi phí bạn phải trả,

nên bạn đừng ngần ngại đầu tư mua biến tần cho các hệ truyền động của bạn có thể ứng dụng được biến

tần. Đó là một sự đầu tư đúng đắn, một chiến lược đầu tư tổng thể và dài hạn.



7. Hỏi đáp về biến tần

7.1Tại sao sau khi có lệnh chạy, biến ần chạy nhưng Motor lại không chạy?

Nguyên nhân có thể:

Tần số chạy = 0.

Motor bị hư, tải quá nặng hoặc máy bị kẹt cơ khí.

Biến tần bị mất pha ngõ ra hoặc không cân bằng pha ngõ ra.

Dây cáp nối motor và biến tần bị đứt hoặc contactor (nếu có) nối biến tần và motor chưa

đóng.

Board điều khiển bị lỗi.

Cách khắc phục:

Tăng tần số chạy cho biến tần.

Khắc phục motor và giải quyết kẹt cơ khí trước khi chạy lại.

Kiểm tra dây nối motor và biến tần.

Liên hệ với nhà cung cấp.

7.2 Tại sao gắn biến tần Motor chạy rất nóng?

Nguyên nhân có thể:

Thông số motor cài đặt không đúng

Đấu dây motor không đúng

Motor chạy ở tần số quá thấp (dưới 30 Hz)


Xem kỹ thông số motor trên nhãn và cài đặt lại

Xem lại motor cách đấu dây motor và điện áp biến tần cung cấp cho motor có đúng

không

Tăng tần số chạy của motor. Có thể tăng tỉ số truyền cơ khí…

7.3Tại sao biến tần hiển thị bình thường khi cấp nguồn nhưng lại nhảy CB khi chạy?

Thông thường là do các pha đầu ra của biến tần bị ngắn mạch, bạn hãy kiểm tra kỹ và

liên hệ với nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất.

Kiển tra xem có bị lỗi chạm đất hay không, nếu có thì xử lý trước khi chạy biến tần. Nếu

thỉnh thoảng bị ngắt và khoảng cách giữa biến tần và motor khá xa thì nên lắp thêm cuộn kháng

AC ở ngõ ra của biến tần.

Ngoài ra có thể do: CB có dòng định mức quá nhỏ, dây cáp nối biến tần và động cơ bị

chạm pha, chạm đất hoặc motor bị hư hại. Hãy giải quyết những lỗi này trước khi chạy lại.



7.4 Biến tần đang chạy bình thường một lúc rồi dừng

Trước hết kiểm tra xem đèn trạng thái “RUN” có còn sáng không? Nếu tắt thì có thể xảy ra những

nguyên nhân sau:

Tín hiệu lệnh chạy của biến tần bị ngắt (dây điều khiển bị đứt hoặc bị lỏng dây ở terminal

điều khiển)

Biến tần báo lỗi, nếu có lỗi thì biến tần sẽ dừng, hiển thị lỗi và đèn “Alarm” sẽ sáng lên.


Kiểm tra dây điều khiển lệnh chạy của biến tần, siết lại terminal điều khiển

Tham khảo bảng mã lỗi để khắc phục

Liên hệ nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất

Nếu đèn “RUN” vẫn còn sáng thì có thể do:

Tốc độ chạy của biến tần bị giảm về 0

Motor bị kẹt cơ khí hoặc bị hư hỏng

Board điều khiển bị lỗi

7.5 Biến tần không hiển thị đèn sau khi cấp nguồn

Nguyên nhân của trường hợp này có thể là: Điện áp cung cấp cho biến tần không phù hợp,

cầu chỉnh lưu bị hỏng, hoặc có thể do điện trở sạc tụ và nguồn switching bị hư hỏng.

Bạn nên kiểm tra như sau:

Dùng đồng hồ đo giá trị điện áp nguồn cấp xem có phù hợp với điện áp định mức của

biến tần hay không, nếu không thì hãy xử lý và cấp nguồn lại cho phù hợp.

Kiểm tra xem đèn ”CHARGE” có sáng hay không, nếu đèn tắt thì phần lớn là do lỗi ở

cầu chỉnh lưu hoặc điện trở sạc tụ, còn nếu đèn sáng thì có thể do nguồn cấp switching

có vấn đề, liên hệ nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất.



TỦ SÁCH CHIA SẺ KIẾN THỨC

VỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP – TỰ ĐỘNG HÓA

Thực hiện và chia sẻ bởi CTY TNHH HẠO PHƯƠNG – Nhà phân phối các thiết bị điện công nghiệp và

tự động hóa hàng đầu Việt Nam.


Update thường xuyên tại Website

HaoPhuong.com

Engineering

Biến tần là gì?