Trong các hệ thống điện tự động hóa tại nhà máy, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp biến tần. Trên thực thế, rất ít người biết cụ thể: nó là thiết bị gì, cấu tạo ra sao và hoạt động theo nguyên lý nào? Hãy theo dõi bài viết của Thủy Khí Điện để có thể biết câu trả lời nhé.
Biến tần là gì?
Biến tần là một thiết bị tự động hóa. Nhiệm vụ của nó là biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành một dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Hay nói cách khác là thiết bị sẽ làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong motor. Mục đích là điều khiển động cơ vô cấp mà không cần dùng đến hộp số cơ khí như cách truyền thống trước đây.
Tham khảo thêm: Biến tần thang máy là gì? Phân loại và chức năng
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần
Biến tần là 1 thiết bị được cấu thành từ nhiều chi tiết, bộ phận được lắp ghép với nhau để tạo nên 1 chỉnh thể. Các bộ phận của nó bao gồm:
Bộ phận chính: Mạch điều khiển, bộ nghịch lưu IGBT, bộ lọc, bộ chỉnh lưu.
Bộ phận phụ: bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bộ điện kháng xoay chiều, bàn phím, module truyền thông, màn hình hiển thị.
Về nguyên lý thì biến tần hoạt động không quá phức tạp như chúng ta vẫn nghĩ: Đầu tiên, dòng điện 1 pha hoặc 3 pha đang sử dụng sẽ đi qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện để được chỉnh lưu thành nguồn điện một chiều có điện áp và tần số cố định.
Điện áp 1 chiều sẽ tiếp tục đi qua bộ nghịch lưu thành dòng điện 3 pha xoay chiều đối xứng. Sau khi được tạo ra, điện áp 1 chiều sẽ lưu trữ tại giàn tụ điện. Bộ biến đổi IGBT trong biến tần sẽ tạo ra một điện áp 3 pha xoay chiều xoay chiều thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Xem thêm: Cặp nhiệt điện là gì? Cấu tạo và các loại can nhiệt
Các loại biến tần hiện nay
Biến tần 1 pha
Biến tần 1 pha chính là thiết bị dùng nguồn điện 1 pha 220v để cho ra dòng 3 pha 220v hoặc 380v tùy theo yêu cầu để đáp ứng nhu cầu của động cơ 3 pha 380v, 220v làm việc. Loại này có thể sử dụng cho điện gia dụng 220v phục vụ đời sống.
Biến tần 3 pha
Biến tần 3 pha là loại dùng nguồn điện vào 3 pha 220v hoặc 380v để làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây. Trong công nghiệp, biến tần 3 pha được sử dụng phổ biến nhất.
Ngoài 2 loại trên thì còn có: biến tần trung thế, phòng nổ, một số loại chuyên dụng khác.
Cách chọn các loại biến tần
Để tìm được một loại biến tần phù hợp không phải là điều dễ dàng gì. Chính vì thế mà khách hàng cần chú ý đến 5 yếu tố như sau:
Thông số của động cơ
Dựa vào động cơ mà bạn đang sử dụng mới có thể lựa chọn các loại biến tần phù hợp. Ví dụ như:
Motor của bạn là 3 pha 380/660V được đấu tam giác và dùng nguồn cấp 3 pha 380V thì nên chọn biến tần vào 3 pha 380V và ra 3 pha 380V.
Hay nếu như bạn dùng motor 3 pha 127/220V đấu sao dùng cho nguồn 3 pha 220V thì có thể cân nhắc loại biến tần vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V nếu nguồn vào 3 pha 220v và biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V cho nguồn 1 pha.
Loại tải trọng
Người ta sẽ chia tải của biến tần: tải nhẹ, tải trung bình, tải nặng theo đặc tính momen của mỗi loại máy.
Với tải nhẹ thì thường là các ứng dụng như quạt công nghiệp, bơm nước thì dòng biến tần tải nhẹ rất phù hợp. Chúng ta thường thấy người ta chọn biến tần Fuji thuộc dòng eHVAC, dòng IP5A, H100 của hãng LS Hàn Quốc
Với tải trung bình thì những máy ly tâm, máy công cụ sản xuất, băng tải hàng hóa, bơm áp lực dòng biến tần trung bình sẽ ít gây lãng phí. Khách cân nhắc chọn biến tần INVT là dòng GD20 hay Fuji dòng Ace để sử dụng.
Với tải nặng thì sẽ dùng ứng dụng như nâng hạ, cẩu trục, máy ép hay máy nén. Lúc này người ta sẽ chọn biến tần tải nặng như A800 của Mitsubishi hay Mega của Fuji.
Biến tần chuyên dụng
Trong thực tế, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao của khách hàng mà các hãng tung ra từng loại biến tần chuyên dụng như: Biến tần dùng cấp nước, dùng cho máy ép nhựa, dùng cho cẩu trục, dùng phòng nổ, dùng điều khiển sức căng, dùng cho máy nén khí, dùng cho ngành dệt…
Đặc điểm vận hành
Biến tần sẽ có 2 chế độ đó là:
Chế độ vận hành dài hạn: Dành cho những động cơ đạt được sự ổn định cần có 1 thời gian dài như: băng tải, quạt gió.
Chế độ vận hành ngắn hạn: Biến tần điều khiển động cơ liên tục đảo chiều, tăng tốc, dừng, giảm tốc, chạy. Lúc này, biến tần cần có điện trở để tránh sự cố chập cháy.
Cuối cùng là hãng sản xuất
Người mua nên chọn những hãng sản xuất uy tín trên thị trường. Điều này sẽ giúp đảm bảo chất lượng của biến tần cũng như chế độ bảo hành tốt khi thiết bị xảy ra sự cố. Về những hãng sản xuất nổi tiếng, chúng tôi sẽ nói rõ ở phần sau của bài viết này.
Xem ngay: Cảm biến áp suất là gì? Cấu tạo và ứng dụng Sensor áp suất
Công dụng của biến tần
Trên thực tế thì tác dụng của biến tần nhiều hơn chúng ta vẫn nghĩ với:
Giảm tốc độ khởi động
Biến tần sẽ giúp giảm dòng khởi động làm cho động cơ từ quá trình khởi động cao sang quá trình khởi động thấp. Động cơ lúc này có thể an toàn, tránh mang tải quá lớn. Người ta thường sử dụng biến tần để giảm dòng khởi động, giảm thiểu sự cố hỏng hóc tại các bộ phận, tăng độ bền và tuổi thọ của động cơ
Thay đổi tốc độ và đảo chiều động cơ quay
Trong các thiết bị tự động hóa thì chỉ có biến tần mới có thể thay đổi motor nhanh chóng và dễ dàng. Không những vậy, nó còn giúp đảo chiều động cơ khi kết nối bộ nguồn và dòng điện 1 chiều rồi chuyển thành dòng điện xoay chiều. Ưu điểm của biến tần giúp nó nổi bật và được sử dụng nhiều hơn so với kiểu khởi động truyền thống.
Bảo vệ an toàn hệ thống điện
Kiểu khởi động truyền thống, dòng khởi động sẽ tăng cao hơn so với dòng định mức. Khởi động có biến tần thì dòng khởi động sẽ thấp hơn dòng định mức rất nhiều.
Một số tải của hệ thống quạt gió, bơm nước, máy nén và một số ứng dụng khác rất cần điều khiển lưu lượng và điều khiển áp suất, biến tần ngừng hoặc cho motor chạy không tải. Nó sẽ giúp tiết kiệm điện năng và giúp bảo vệ hệ thống điện 1 cách an toàn.
Tiết kiệm năng lượng
Biến tần giúp tiết kiệm năng lượng khi nó có thể điều chỉnh để thay đổi tốc độ khởi động của động cơ. Bởi vì trong quá trình vận hành, khi động cơ chạy theo 1 tốc độ cụ thể, các tải không chạy hết công suất sẽ gây lãng phí. Khi lắp biến tần, tốc độ động cơ điều chỉnh theo tải nên tiết kiệm được 20% – 30% điện năng tiêu thụ. Nếu tính chi phí, nó có thể tiết kiệm 1 khoản kha khá cho người dùng.
Giám sát và điều khiển an toàn
Hệ thống điện được lắp đặt thêm biến tần sẽ giúp giám sát quy trình và điều khiển hoạt động an toàn hơn, những thiết bị lắp đặt song song vận hành ổn định. Nhờ đó mà dây chuyền sản xuất nâng cao được sản lượng, đáp ứng nhu cầu của người dùng và đặc biệt là an toàn.
Tham khảo thêm: Tìm hiểu biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp
Ứng dụng của biến tần
Biến tần có ứng dụng nhiều nhất là trong sản xuất công nghiệp. Cụ thể là:
Chuyên sử dụng trong máy cán, máy kéo
Đối với các nhà máy sản xuất thép, cơ khí chế tạo máy thì máy kéo, máy cán, máy dập rất cần thiết. Thông thường các máy này sẽ sử dụng động cơ xoay chiều hoặc động cơ 1 chiều để điều khiển động cơ đạt được tốc độ, sự chính xác. Riêng đối với máy kéo, lực căng phải được điều chỉnh liên tục để phù hợp với tốc độ. Nếu không được đảm bảo sẽ dẫn đến chất lượng thành phẩm không như mong muốn.
Điều khiển động cơ của máy bơm nước
Hệ thống bơm nước có biến tần thì việc đóng cắt trở nên chính xác hơn. Khi biến tần làm việc, nó không chỉ giúp điều khiển động cơ tốt mà còn điều khiển áp suất bơm, lưu lượng bơm và giúp bơm khởi động mềm. Thiết bị sẽ giúp tối ưu hóa cho động cơ bơm.
Dùng cho hệ thống băng tải, băng chuyền
Băng tải, băng chuyền dùng nhiều trong các nhà máy, ngành vận tải hàng hóa cảng biển, khai thác mỏ. Chúng thường làm việc liên tục và trong môi trường có nhiệt cao nên sẽ hao mòn khi sử dụng lâu dài.
Biến tần được thiết kế chuyên dụng để sử dụng băng tải nhằm kiểm soát momen động cơ và vận tốc một cách chính xác, điều khiển băng tải vào đúng vị trí yêu cầu. Nhờ đó mà chúng ta có thể kéo dài thời gian hoạt động, giảm chi phí và thuận tiện cho bảo dưỡng…
Sử dụng trong máy nén khí
Máy nén khí cần thiết cho những hệ thống dây chuyền sản xuất bằng khí nén với chức năng cung cấp khí nén.
Thông thường thì các máy nén khí hoạt động phụ thuộc vào công suất motor. Khi nó thiết kế dư tải nên tiêu tốn nhiều điện năng hơn. Biến tần tham gia vào chế độ điều khiển tốc độ quay của động cơ lượng khí đáp ứng nhu cầu của hệ thống một cách tối đa và đặc biệt là đảm bảo tuổi thọ motor cũng như tiết kiệm lượng điện tiêu thụ.
Sử dụng trong máy trộn, máy khuấy li tâm
Để điều khiển hoạt động của máy khuấy li tâm, máy trộn, người ta sử dụng động cơ xoay chiều. Biến tần lúc này sẽ điều khiển tốc độ trộn vật liệu đúng với mong muốn của người dùng.
Yêu cầu và đặc điểm của từng giai đoạn sản xuất mà kỹ thuật sẽ phải điều chỉnh với tốc độ của máy trộn cho phù hợp. Sự tham gia của biến tần giúp tiết kiệm điện và tối ưu hóa hoạt động của máy.
Dùng cho hệ thống HVAC
HVAC là hệ thống thông gió và điều nhiệt. Cấu tạo chính của 2 hệ thống này đó là: máy nén quạt và động cơ. Người ta sử dụng biến tần trong để điều khiển lưu lượng theo yêu cầu, điều khiển áp lực và điều khiển động cơ, đáp ứng yêu cầu thông gió điều nhiệt và tiết kiệm điện năng.
Điều khiển quạt hút, quạt đẩy
Trong những nhà xưởng sản xuất rộng lớn, người ta thường bố trí các quạt hút, quạt đẩy để phát tán mùi nhanh, đẩy và hút gió để mang đến không khí trong lành. Để có thể điều khiển thông gió, quạt hút, quạt lò…có lượng gió đáp ứng yêu cầu thì người ta sẽ lắp đặt 1 hệ thống điều khiển động cơ. Và biến tần là 1 thiết bị không thể thiếu trong hệ thống đó, nó giúp điều khiển động cơ chính xác, tối ưu hóa động cơ và tiết kiệm điện năng.
Một số lưu ý khi sử dụng biến tần
Nếu bạn muốn sử dụng biến tần công nghiệp một cách hiệu quả và năng suất thì không nên bỏ qua những lưu ý như sau:
+ Người dùng cần xác định rõ mục đích của sử dụng thiết bị này một cách rõ ràng.
+ Trên các biến tần chính hãng sẽ luôn có các tờ hướng sử dụng, người lắp cần đọc kỹ để lắp đặt, điều khiển.
+ Cần đảm bảo môi trường xung quanh luôn có mức nhiệt độ, độ ẩm thích hợp.
+ Chọn sẵn một vị trí lắp sao cho nó ở nơi không có nhiệt độ cao, thoáng mát để có thể tránh ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của biến tần.
+ Khi muốn bảo trì và kiểm tra, khách hàng cần phải ngắt điện và đảm bảo an toàn về điện khi thực hiện.
+ Khi có lỗi biến tần hoặc trong quá trình sử dụng phát hiện lỗi thì cần phải cho dừng ngay để kiểm tra và khắc phục.
+ Trong 1 số trường hợp thì cần phải sử dụng thêm những thiết bị giúp đảm bảo an toàn, ổn định hơn.
Các thương hiệu biến tần phổ biến
Trên thị trường có rất nhiều loại biến tần, bạn có thể tham khảo một số thương hiệu biến tẩn nổi tiếng như:
Xuất xứ Châu Âu
ABB
Bạn có nhu cầu sử dụng các biến tần có nguồn gốc xuất xứ từ châu Âu có thể cân nhắc chọn thiết bị đến từ hãng ABB như: ACS55, chuyên dùng cho các cổng tự động, bồn thủy lực hay ACS150 có thể dùng cho các lò nướng, ACS 310 dùng cho bơm và quạt hay ACS580, ACS355…
Với biến tần ABB, người dùng có thể quản lý và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ một cách hiệu quả.
Schneider
Ở Pháp, hãng Schneider nổi bật với các thiết bị điện, tự động hóa. Bên cạnh đó, hãng còn cung cấp các loại đèn led phục vụ đời sống. Tuy nhiên, biến tần vẫn là thiết bị được biết đến nhiều nhất.
Schneider có rất nhiều năm kinh nghiệm trong việc sản xuất các thiết bị điện công nghiệp nên khi thiết kế biến tần không những linh hoạt mà còn đa năng, ứng dụng phong phú mang đến lợi ích cho người sử dụng.
Một số dòng biến tần của Schneider sử dụng nhiều như: ATV 610, ATV 212, ATV 12, ATV 71, ATV 310, ATV 320, ATV 32, ATV340…
Danfoss
Danfoss là thương hiệu thiết bị điện đến từ đất nước Hà Lan. Lý do mà giá thành của các biến tần nói riêng và thiết bị điện nói chung của hãng này cao vì nó chọn các vật liệu cao cấp nhất để sản xuất.
Ưu điểm của các biến tần do Danfoss sản xuất đó là: Độ bề bỉ tốt, mẫu mã đa dạng, tuổi thọ cao, tính năng làm việc hiệu quả, thích hợp với nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau. Bạn có thể tham khảo một số loại biến tần của hãng này như: VLT FC 51, VLT FC 101, VLT FC 102, VLT FC 202, VLT FC 200, VLT FC 300, VLT 3000, VLT 5000, VLT 8000…
Siemens
Siemens là một trong những thương hiệu sản xuất thiết bị điện tự động hóa hàng đầu tại khu vực Châu Âu. Những thiết bị của hãng luôn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật của quốc tế, độ bền bỉ cao nên được rất nhiều khách hàng tin tưởng và đánh giá.
Biến tần của Siemens có thể cạnh tranh với các loại biến tần của hãng khác với đặc điểm: Có thể sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao, kết cấu thiết bị chắc chắn. Một số model của hãng như: SINAMICS V20, G120, G120C, G130, G150, S150, G110, G150, S110…
Ngoài 4 hãng sản xuất biến tần nổi tiếng ở trên thì chúng ta còn có 1 số thường hiệu khác như: Emerson, Keb, Vacon, Lenze, GE Funuc, Control Technique, Telemecanique, Allen…
Xuất xứ Nhật Bản
Yaskawa, Mitsubishi, FuJi, Panasonic hay Hitachi, Toshiba… là những biến tần có xuất xứ từ đất nước mặt trời mọc Nhật Bản. Đây là một trong những thương hiệu rất phổ thông mà chúng ta có thể tìm kiếm tại bất kỳ các công ty, đại lý kinh doanh ở nước ta.
Ưu điểm của biến tần nguồn gốc từ Nhật Bản đó là: Độ chính xác cao, an toàn, hoạt động ổn định, tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt, có nhiều loại chuyên biệt cho từng hệ thống làm việc. Nhược điểm của những biến tần này đó là giá thành cao sẽ khiến không ít người phải cân nhắc lại.
Xuất xứ Hàn Quốc
Nhắc đến biến tần xuất xứ từ Hàn Quốc, chắc chắn chúng ta không thể bỏ qua LS. Đây là một là hãng có nhiều năm sản xuất các thiết bị điện. Sự thành công của hãng đến từ nỗ lực lựa chọn những vật liệu tốt nhất, có tính an toàn cao khi sản xuất thiết bị..
Cũng vì vậy mà những sản phẩm tiêu biểu như biến tần của LS luôn được khách hàng tin tưởng vì: Ngoài độ bền cao thì các thiết kế đơn giản, thông minh sẽ giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn, thay thế linh kiện được linh hoạt và thuận tiện. Đa số các biến tần LS đều có thể làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp và cả nhiệt độ cao.
Một số model mà khách hàng tham khảo là: IG5A-4, IG5A-2, IG5A-1, IS7-4, IS7-2, H100-4, H100-2, IP5A-4, IG5H-4, IG5H-2, M100-1…
Xuất xứ Đài Loan
Delta và Shihlin là hai hãng sản xuất biến tần nổi tiếng đến từ Đài Loan. Biến tần phổ biến tại nước ta vì khá đa dạng chủng loại, mẫu mã.
Một số biến tần Delta: VFD004M21A, VFD007M21A, VFD015M21A, VFD004M23A, VFD007M23A, VFD015M23A, VFD022M23A,VFD037M23A, VFD055M23A, VFD015M23A, VFD022M23A, VFD037M23A, VFD055M23A, VFD004M43A, VFD007M43A, VFD015M43A, VFD022M43A, VFD037M43A,VFD055M43A…
Xuất xứ Trung Quốc
Ngoài những thương hiệu nổi tiếng ở trên với mức giá cao thì khách hàng có thể cân nhắc các dòng sản phẩm giá cả phải chăng hơn như: INVT, Sumo, Inovance, Veichi, Sinee, Gtake, ENC, Powtran, Alpha, Sunfar, Lion, Hedy, Saj, Chziri, Micno, Chinsc, Senlan…
Với nhiều năm phát triển trong lĩnh vực tự động hóa, TKĐ hy vọng những chia sẻ này bổ ích và giúp các bạn có thể tìm kiếm 1 thiết bị phù hợp.
