- Với bản tính lười lao động của con người, không làm mà vẫn muốn có ăn, thì ăn gì? Ăn gì thì đi hỏi Huấn Hoa Hồng! Hay làm ít vẫn được hưởng nhiều, đó là lý do con người ta nghĩ, tạo ra các loại công cụ, máy móc mang lại năng suất lao động cao. Giao toàn bộ những công việc nặng nhọc, nhàm chán, lặp đi lặp lại cho cho máy, cho robot. Để máy móc tự chạy được thì phải có 1 thành phần không thể thiếu. Đó là bộ phận sinh cơ, biến đổi các dạng năng lượng khác thành thành cơ năng. Cái mà dễ thấy, dễ chế tạo mà giá thành rẻ nhất ngày nay làm nhiệm vụ sinh cơ năng đó là động cơ điện. Nhưng làm thế nào để sử dụng được nó chạy theo ý của mình. Sử dụng cách nào để hiệu quả kinh tế cao. tích kiệm điện năng, giảm chi phí, dễ sử dụng, dễ thay thế, và giảm rủi ro. Đó là lý do Biến tần được nghiên cứu ra đời để áp dụng trong việc điều khiển cơ năng.

Biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị điều khiển tốc độ quạt motor của máy cung cấp điện.
Nó giúp tối ưu hoá sức mạnh điện và giảm chi phí điện cho máy móc.
Biến tần đảm bảo rằng máy móc hoạt động một cách hiệu quả và an toàn.
Biến tần là Thiết bị biến đổi nguồn điện.Dòng điện ở tần số này thành nguồn điện, dòng điện xoay chiều ở tần số khác, có thể điều chỉnh được.
Nói cách khác biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).
Hiểu một cách đơn giản là: Bạn có 1 mô tơ điện. Khi bạn cần phải điều khiển cái mô tơ chạy nhanh, chậm, dừng, thay đổi theo thời gian ngắn, theo yêu cầu công nghệ của máy hoặc khi bạn chạy bơm nước, quạt gió mà cần tích kiệm điện thì biến tần là lựa chọn tối ưu nhất cho bạn.
Còn nếu mô tơ của bạn luôn chạy 1 tốc độ cố định thì nên chọn giải pháp khác.
Ngoài ra với với kỹ thuật thay đổi, biến đổi tần số nó còn được áp dụng rất nhiều vào các lĩnh vực khác như truyền tải điện năng HVDC 1100Kv của Siemen. Lò nung cao tần, trung tần hay lò vi sóng. Máy plasma...

Phân loại biến tần.

- Để phân loại biến tần chúng ta có nhiều cách phân loại, ở đây tôi phân loại theo mục đích đầu tiên khi người ta tạo ra nó. Phân loại dựa theo tần số của nguồn điện đầu vào và ra thường gặp.

Phân loại biến tần

I. Biến đổi nguồn điện một chiều (DC – Direct Current) có tần số bằng 0 (Hz) thành nguồn điện, dòng điện xoay chiều có tần số fi(Hz).

II. Biến đổi nguồn xoay chiều (AC – Alternating Current) có tần số bằng fi(Hz) thành nguồn điện, dòng điện xoay chiều có tần số fx(Hz).

Biến biến đổi trực tiếp từ nguồn xoay chiều AC có tần số fi(Hz) thành nguồn AC có tần fx.
Cách này thường sử dụng các linh kiện công suất là: Thyristo, với sự phát triển mạnh của công nghệ và khoa học kỹ thuật thì ngày nay ít sử dụng cách này.
Biến đổi gián tiếp từ nguồn xoay chiều AC có tần số fi(Hz) thành nguồn một chiều DC.
Sau đó biến đổi từ nguồn DC sang nguồn điện có dòng điện xoay chiều AC có tần số fx(Hz).

III. Biến đổi nguồn xoay chiều (AC – Alternating Current) có tần số bằng fi (Hz) thành nguồn điện, dòng điện một chiều có tần số bằng = 0 (Hz). cái này được mọi người hay gọi là biến tần DC.

Cấu tạo của biến tần.

- Cấu tạo của biến tần gồm có 6 khối cơ bản chính như sau:

Cấu tạo biến tần

I. Khối chỉnh lưu:

Có nhiệm vụ chỉnh lưu nguồn đầu vào cho biến tần.
Có tần số không thay đổi được thành nguồn một chiều DC.
Hay được sử dụng bởi các linh kiện chủ yếu là Cầu Diode, hay Thyristor.
Và các mạch điều khiển mở, bảo vệ linh kiện điện tử công suất snubber.

II. Khối lọc, và tích trữ năng lượng điện: Sử dụng cuộn dây, tụ điện.

Khối này thường sử dụng các loại tụ Dc có điện dung lớn, Và điện áp cao.
Đối với 1 số hãng biến tần châu Âu thì họ lại sử dụng tụng Ac có giá trị điện dung nhỏ.
Ví dụ như hãng biến tần Sew-eurodrive, Biến tần Danfoss VLT hvac.

II. Khối nghịch lưu:

Có nhiệm vụ biến đổi nguồn 1 chiều Dc bus thành nguồn xoay chiều có tần cao.
Được điều chế bằng sự kết hợp giữa tần số cơ bản chuẩn Sin với tần số sóng mang.
Sóng mang có giá trị khoảng từ 1Khz ý tới 18 khz.
Dạng tín hiệu đầu ra là các xung điện áp có tần số cao là lý do không sử dụng biến tần để làm nguồn cho các tủ điện.
Khi cho các xung điện áp đi qua cuộn dây L của motor, các thành phần phần sóng bậc cao tao bị loại bỏ.
Nó hình thành nên dòng điện xoay chiều có sóng sin cơ bản, có tần số số cơ bản như mong muốn của người dùng.

IV. Khối nguồn nuôi:

Có nhiệm vụ tạo ra ra các cái nguồn nuôi cho Ic, mạch giám sát điều khiển,Quạt giải nhiệt cho biến tần.

V. Khối điều khiển trung tâm và, đo lường: Sử dụng các vi xử lý, vi điều khiển đọc giá trị từ khối đo lường.

Tính toán rồi đưa ra lệnh điều khiển hoặc thông báo biến tần lỗi.

VI. Khối giải nhiệt: Sử dụng quạt gió và cánh nhôm tản nhiệt, hoặc sử dụng nước.

Dùng để làm mát các linh kiện điện tử công suất IGBT, cầu điốt, thyristor chỉnh lưu.

Tác dụng của biến tần.

- Biến tần có 5 tác dụng chính sau: Bảo vệ động cơ, Giảm hao mòn cơ khí, Tiết kiệm điện, Nâng cao năng suất, Đáp ứng yêu cầu công nghệ.

1. Bảo vệ động cơ.

Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ dễ dàng, bởi vậy dòng khởi động của động cơ sẽ không vượt quá 1,5 lần so với dòng khởi động truyền thống bằng sao-tam giác, 4~6 lần dòng định mức.
Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ cao áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.

2. Giảm hao mòn cơ khí.

Biến tần giúp quá trình khởi động từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.

3. Tiết kiệm điện.

Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ cho nên biến tần có thể tiết kiệm điện năng cho các tải thường không cần phải chạy hết công suất.
Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống.

4. Nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm.

Biến tần có thể giúp động cơ chạy nhanh hơn, thông thường là 54-60Hz, bình thường là 1500v/p với 50Hz, khi có biến tần thì 1800v/p với 60Hz, giúp tăng sản lượng đầu ra cho máy, tăng tốc độ cho các quạt thông gió.

5. Cải tiến công nghệ.

Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên hệ số cosphi đạt ít nhất là 0.96, công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, gần như được bỏ qua, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tủ tụ bù, giảm thiểu hao hụt đường giây.

Nguyên lý hoạt động của biến tần.

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.
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.

Các lỗi thường gặp ở biến tần.

Khi vận hành máy móc có sử dụng biến tần thì luôn luôn tiềm ẩn các lỗi của nó.
Ngay cả khi bạn nắp đặt biến tần mới.
Ngay cả nhân viên kỹ thuật đến từ hãng phân phối đôi khi cũng không biết lý do tại sao?
Một phần do họ chỉ được training theo 1 mớ kiến thức hỗn độn từ các kỹ sư bán hàng và hỗ trợ bán hàng.
Người kỹ sư bán hàng thì lại phải đi hỏi ông thiết kế.
Kỹ thuật nhà phân phối họ không được người kỹ sư thiết kế ra cái biến tần đó phân tích trực tiếp.

- Với kinh nghiệm hơn 10 năm trực tiếp sửa chữa biến tần và xử lý sự cố tại nhà máy Huy Quang xin chia sẻ tới bạn đọc các lỗi thường gặp của biến tần cùng nguyên nhân và biện pháp xử lý.