Biến Tần Là Gì ? Những Điều Cần Biết Khi Sử Dụng Biến Tần?
Trong ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa thì biến tần được ứng dụng trong rất nhiều máy công nghiệp. Vậy biến tần là gì ? hay VFD (Variable Frequency Drive) là gì ? Cùng với đó là cấu tạo, nguyên lý của biến tần, tác dụng của biến tần ? Các loại biến tần… Tất cả sẽ được FAVN TECH giải đáp trong bài viết này. Chúng ta cùng bắt đầu nhé.
Biến tần là gì ? VFD 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.
VFD là từ viết tắt của Variable Frequency Drive, là một cách gọi khác của biến tần.
Vậy tại sao biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ ?
Như chúng ta biết, công thức tính tốc độ động cơ xoay chiều là:
N = (120*f/P)*(1-s)
Với f là tần số.
P là số cặp cực của động cơ.
s là hệ số trượt.
Như vậy, để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể thay đổi số cặp cực P hoặc thay đổi hệ số trượt S hoặc thay đổi tần số điện áp đầu vào. Tuy nhiên phương án thay đổi số cặp cực P và thay đổi hệ số trượt S là khó thực hiện và không mang lại hiệu quả. Nên để thay đổi tốc độ động cơ ta sẽ thay đổi tần số f của nguồn cấp đầu vào.
Các đặc tính của động cơ điện xoay chiều.
Để sử dụng biến tần đúng cách trước tiên chúng ta cần tìm hiểu chi tiết hơn về các đặc tính của động cơ điện xoay chiều.
Mối quan hệ giữa Momen xoắn - Tốc độ quay:
Mô men xoắn tăng lên khi tốc độ quay tăng nhưng bắt đầu giảm xuống ngay khi tốc độ quay vượt quá một giá trị nhất định. Động cơ hoạt động ở tốc độ bình thường tại điểm có mô-men xoắn chịu tải và mô-men do động cơ tạo ra bằng nhau.
Mối quan hệ giữa dòng điện - Tốc độ quay:
Khi động cơ bắt đầu được khởi động thì dòng điện ở mức cao nhất và bắt đầu giảm khi tăng tốc độ quay.
Cấu tạo của biến tần.
Các bạn có thể quan sát cấu tạo của một biến tần gồm các bộ phận chính như hình dưới đây: Bộ chỉnh lưu, bộ lọc DC, bộ nghịch lưu, bộ điều khiển CPU. Ngoài ra, tùy vào ứng dụng biến tần còn được lắp thêm một số bộ phận như: Bộ điện kháng xoay chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bộ điện kháng 1 chiều.
Nguyên lý hoạt động của biến tần.
Nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha được bộ chỉnh lưu chuyển đổi thành nguồn điện một chiều DC. Sau đó, được lọc thành nguồn điện một chiều bằng phẳng nhờ tụ điện. Tiếp đến, điện áp một chiều được biến đổi nghịch lưu thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Quá trình này được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM).
Tác dụng của biến tần.
- Linh hoạt trong việc thay đổi tốc độ và đảo chiều quay của động cơ. Nhờ đó giúp tăng năng suất sản xuất.
- Tiết kiệm điện (Đối với trường hợp tải không cần chạy hết công suất).
- Bảo vệ hệ thống bởi quá dòng, quá áp, thấp áp.
- Khởi động từ tốc độ thấp. Điều này giúp cho các động cơ tránh khỏi tình trạng phải mang tải lớn. Ngoài ra, khởi động từ tốc độ thấp còn tránh trường hợp khởi động đột ngột làm hỏng cơ cấu cơ khí. Điều này giúp tăng tuổi thọ máy, động cơ.
- Hệ số cosphi ổn định, duy trì ở mức 0.96.
Các loại biến tần.
Có nhiều cách phân loại biến tần, dựa vào nguồn điện đầu vào ta có thể chia biến tần thành hai loại là: Biến tần 1 pha và biến tần 3 pha.
Biến tần 1 phase ở đây có nghĩa là nguồn điện cấp đầu vào cho biến tần là điện 1 phase, đầu ra biến tần là 3 phase. Tương tự với biến tần 3 phase ở đây là nguồn điện cấp vào cho biến tần là nguồn 3 phase.
Sơ đồ đấu biến tần cơ bản gồm những gì ?
Tùy theo mỗi ứng dụng mà ta có sơ đồ đấu nối cho biến tần. Các bạn có thể tham khảo sơ đồ đấu nối cơ bản của biến tần Mitsubishi dưới đây.
Các thông cơ bản cần cài đặt khi sử dụng biến tần.
Đầu tiên, tùy thuộc mỗi ứng dụng. Bạn cần xác định là sẽ thay đổi tần số theo phương thức nào:
- Thay đổi tần số bằng núm vặn, phím lên xuống.
- Thay đổi tần số bằng tín hiệu Analog, biến trở (0-10VDC hay 4-20mA).
- Thay đổi tần số bằng các kiểu kết nối mạng: RS485 hay Ethernet…
- Thay đổi tần số bằng cách hồi tiếp PID.
Tiếp theo, với một số biến tần, để cài đặt được tất cả các thông số các bạn cần cài đặt chế độ hiển thị thông số cơ bản và thông số nâng cao. Tùy theo từng hãng biến tần sẽ có parameter khác nhau.
Sau đó là các thông số sau:
- Mô-men giai đoạn khởi động.
- Tần số tối đa, tần số tối thiểu.
- Tần số cơ bản.
- Cài đặt các mức tần số ở các cấp tốc độ, ví dụ như biến tần mitsubishi có 3 cấp tốc độ.
- Thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc.
- Dòng điện định mức của động cơ (A).
- Công suất của động cơ (Kw).
- Cài đặt điện áp đầu ra.
Hướng dẫn lựa chọn biến tần, lưu ý khi sử dụng.
Để lựa chọn được một biến tần phù hợp, trước tiên các bạn cần xác định rõ mục đích sử dụng, các yêu cầu về công nghệ.
Dưới đây là một số hướng dẫn về cách lựa chọn biến tần, các bạn có thể tham khảo:
- Cần tìm hiểu rõ nguồn điện có sẵn là một phase hay ba phase. Các thông số chi tiết của động cơ như điện áp, dòng điện định mức…Biến tần được chọn phải có công suất bằng hoặc lớn hơn công suất của động cơ.
- Bạn cần dựa vào bài toán, cơ cấu cơ khí để tính xem động cơ cần chạy với tốc độ bao nhiêu ? Loại tải là tải nặng, tải nhẹ hay tải trung bình. Biến tần sẽ hoạt động ở chế độ ngắn hạn hay dài hạn. Trong khi chạy có cần đảo chiều liên tục hay không ? Việc lựa chọn biến tần theo tải là rất quan trọng. Nếu chọn không phù hợp sẽ dẫn đến trường hợp báo lỗi liên tục khi hoạt động. Nặng hơn có thể gây cháy nổ biến tần.
Ở đây, tải nhẹ có thể kể đến một vài ứng dụng như: Bơm, quạt, HVAC…Tải trung bình có thể kể đến: Băng tải, máy công cụ... Tải nặng gồm các ứng dụng như: Máy nén khí, cẩu trục Palang, máy ép…
Chế độ ngắn hạn: Tức là động cơ trong quá trình hoạt động cần tăng tốc, giảm tốc liên tục hoặc chạy / dừng hoặc đảo chiều quay liên tục. Ở chế độ này cần chọn loại biến tần có khả năng chịu quá tải cao và cần có đế tản nhiệt lớn. Bên cạnh đó, bạn cũng nên xem xét đến việc lắp điện trở xả cho biến tần.
Chế độ dài hạn: Trường hợp này biến tần thường được đặt tốc độ cố định rồi chạy luôn hoặc ít thay đổi trong quá trình vận hành.
Giá thành của biến tần cho tải nặng đắt hơn loại cho tải thường. Như vậy nếu bạn lựa chọn đúng loại tải thì bạn vừa có thể tiết kiệm chi phí vừa giúp cho hệ thống chạy trơn tru, ổn định hơn.
- Ngoài ra, có cần thêm chức năng đặc biệt gì không ? Chẳng hạn như cần kết nối truyền thông với thiết bị khác.
- Môi trường làm việc có đặc thù gì không ? Ví dụ như: Ẩm ướt, nhiều bụi, dễ cháy nổ, nhiệt độ cao…
- Ngoài ra, một vấn đề về giá thành và thương hiệu cũng là một tiêu chí để lựa chọn biến tần.
Tại sao cần lắp điện trở xả cho biến tần ?
Động cơ trong quá trình hoạt động, khi kéo các tải có Mô-men thay đổi liên tục hoặc dừng gấp (thời gian giảm tốc ngắn). Ví dụ như: Các máy kéo màng, thang máy, cần cẩu. Trong những trường hợp này động cơ sẽ tạo ra một năng lượng điện hồi tiếp trở về biến tần (Inverter DC bus), lúc này làm điện áp tăng cao. Biến tần sẽ báo lỗi, khi lắp điện trở xả thì biến tần sẽ chuyển năng lượng này vào điện trở và chuyển thành nhiệt năng.
Chức năng PLC trong biến tần ?
Hiện nay, ở một số biến tần đời mới có tích hợp chức năng PLC trong biến tần. Tức là bạn hoàn toàn có thể tạo những chương trình đơn giản sau đó nạp vào biến tần. Với những ứng dụng đơn giản, chức năng này giúp bạn tiết kiệm chi phí, đơn giản hóa về phần điều khiển.
Một số model biến tần hỗ trợ chức năng PLC như: Biến tần Delta VFD-C2000, VFD-CP2000 và VFD-E. Mitsubishi A800 Series.
Ứng dụng của biến tần.
Với nhiều tính năng ưu việt nên biến tần được ứng dụng rộng rãi kể cả trong dân dụng và công nghiệp. Các ứng dụng của biến tần trong thực tế có thể kể đến như: Điều khiển động cơ bơm, điều khiển quạt hút, quạt đẩy, băng tải, băng truyền. Trong các loại máy cán, máy kéo, máy nén khí. Trong hệ thống HVAC, trong máy khuấy trộn, máy quay ly tâm, hệ thống nâng hạ, thang máy, cẩu trục, máy cuốn-nhả…
Tham khảo thêm: Những điều cần biết về động cơ servo, động cơ bước.{alertSuccess}
Các hãng biến tần phổ biến hiện nay.
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều nhà sản xuất biến tần nhưng nổi trội hơn cả phải kể đến các thương hiệu biến tần sau:
Biến tần có xuất xứ từ Nhật Bản: Mitsubishi, Fuji, Hitachi, Yaskawa, Toshiba, Panasonic…
Biến tần có xuất xứ từ Châu Âu: Siemens, ABB, Danfoss, Keb, Vacon, Lenze, GE Funuc, Control Technique, Emerson, Schneider, Telemecanique, Allen..
Biến tần có xuất xứ từ Hàn Quốc: LS..
Biến tần có xuất xứ từ Đài Loan: Delta, Shihlin…
Biến tần xuất xứ từ Trung Quốc: INVT, Chziri, Micno, Chinsc, Veichi, Inovance, Senlan…
Như vậy, qua bài viết này FAVN TECH đã cùng các bạn tìm hiểu về biến tần là gì ? Và những điều cần biết khi sử dụng biến tần.
Để được cập nhập về các bài viết mới nhất hoặc cần hỗ trợ về phần mềm, các bạn hãy để lại bình luận hoặc tham gia Group của FAVN TECH để được hỗ trợ sớm nhất.