Biến tần là gì? Công nghệ nào nên sử dụng biến tần?

1. Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị điện (điện tử) có khả năng biến thay đổi tần số (và điện áp) của nguồn điện lưới cung cấp cho các động cơ điện nhằm mục đích thay đổi tốc độ động cơ.
 
2. Biến tần làm việc như thế nào?
Nguyên lý làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha 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 (tụ DC link). 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 để đưa vào 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. 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.

3. Các khả năng của biến tần.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Ngày nay, các hãng biến tần đã chế tạo có tích hợp đa ứng dụng trong bộ biến tần như là một thiết bị điều khiển thông minh và tiết kiệm năng lượng. Để đánh giá các khả năng của biến tần, có thể tham khảo thông số kỹ thuật của biến tần hãng INVT (China sản xuất theo công nghệ Đức) như dưới đây:
* Thông số kỹ thuật cơ bản:
Công suất từ       0.75kW ~ 3000kW
Điện áp nguồn:   220V / 380V ± 15%

• Điều khiền V/F
• Điều khiển Sensorless Vector
• Điều khiển Torque 

Khả năng điều khiển đồng bộ tốc độ, tỉ lệ tốc độ tuyến tính chính xác, điều khiển lực căng, điều khiển tiết kiệm điện năng, điều khiển quá trình PID, điều khiển theo chu trình PLC, đáp ứng moment  cực nhanh, ổn định tốc độ động cơ khi tải thay đổi đột biến và khi hoạt động ở tốc độ thấp...
* Mô Tả chi tiết:
  ● Nguồn vào/ ra:
- Điện áp vào: 380/220V±15%

• Tần số vào: 47~63Hz 
• Điện áp ra: 0V ~ mức điện áp ngõ vào
•  Tần số ra: 0.00 ~ 400.00Hz

 ● Đặc điểm (tất cả các ngõ vào/ra đều có thể lập trình được):

• 8 ngõ vào số (Digital) nhận giá trị ON – OFF có thể chọn PNP hoặc NPN.
• 1 ngõ vào xung tần số cao (HDI): nhận xung từ 0.000 ~ 50.000kHz, có thể chọn PNP hoặc NPN.
• 1 ngõ ra colector hở (HDO): (tùy chọn ON – OFF hoặc ngõ ra xung tần số cao 0.000 ~ 50.000kHz)
•  2 ngõ vào Analog theo chuẩn công nghiệp: Ngõ AI1 nhận tín hiệu từ -10V ~ 10V, ngõ AI2 nhận tín hiệu từ 0 ~10V hoặc 0/4~20mA. 
• 2 ngõ ra Analog: AO1 và AO2 có tín hiệu từ 0/4~20 mA hoặc 0~10 V, tùy chọn.
• Tất cả các ngõ Analog và xung tốc độ cao vào/ra có thể đặt vô cấp dải tín hiệu tùy ý theo ứng dụng thực tế.
• 2 ngõ ra Relay: RO1 và RO2 (có cả NO và NC) có thể lập trình được.
• Tích hợp sẵn cổng truyền thông RS-485 chuẩn Modbus RTU và cổng RJ45 có thể nối bàn phím ngoài đến 110 mét.

  - Công suất từ 18.5kW đến 90kW tích hợp sẵn cuộn kháng DC nâng cao hệ số công suất.
 ● Chức năng điều khiển chính:

• Chế độ điều khiển: điều khiển V/F, điều khiển véc tơ không cảm biến tốc độ (Sensorless vector - SVC), điều khiển Torque.
• Khả năng quá tải: Mode G (dùng cho tải nặng) 150% dòng định mức/60giây, 180% dòng định mức/10 giây. Mode P (dùng cho tải nhẹ ví dụ: bơm, quạt...) 120% dòng định mức/60 giây.
• Độ phân giải điều chỉnh tốc độ: 1:100 (SVC)
• Tần số sóng mang: 1 kHz ~15.0 kHz. 
• Nguồn đặt tốc độ: Bàn phím, Ngõ vào analog, ngõ vào xung HDI, truyền thông, đa cấp tốc độ, simple PLC và PID,  có thể thực hiện kết hợp, điều chỉnh giữa nhiều ngõ vào và chuyển đổi giữa các ngõ vào khác nhau.
• Chức năng điều khiển PID.
• Simple PLC, Chức năng đa cấp tốc độ: có 16 cấp tốc độ  và 16 cấp thời gian đặt trước.
• Chức năng điều khiển zigzag tốc độ và bộ đếm Counter.
• Không dừng hoạt động khi mất điện tạm thời.
• Chức năng dò tốc độ: khởi động êm đối với động cơ đang còn quay.
• Phím QUICK/JOG: là phím tắt được định nghĩa bởi người sử dụng.
• Chức năng tự động ổn định điện áp ngõ ra khi điện áp nguồn cấp dao động bất thường.
• Chức năng bảo vệ: Bảo vệ khi xảy ra các sự cố như là quá dòng, quá áp, dưới áp, quá nhiệt, chạm pha, mất pha, lệch pha, đứt dây ngõ ra, quá tải v.v… và vẫn hoạt động tốt khi điện áp  nguồn vào thấp bằng ba pha 320Vac.

 
4. Các công nghệ nên sử dụng biến tần
Công nghệ điều hòa không khí:
Công nghệ băng tải
Công nghệ máy đùn, máy ép: Máy ép nhựa, máy ép gạch…
Công nghệ cấp nước với áp suất không đổi
Công nghệ bơm dầu với áp suất không đổi
Công nghệ khí nén với áp suất không đổi
Công nghệ máy công tác khởi động /dừng với chu kỳ ngắn
Công nghệ máy công tác có thời gian có tải và không tải thay đổi thường xuyên: Máy cưa, máy cắt, máy bào …
Những máy móc công nghệ cần phải thay đổi tốc độ thường xuyên bằn tay và/hoặc tự động.
Những máy móc công nghệ cần điều chỉ tốc độ bám theo: máy cuốn chỉ, cuốn giấy, xả và cuốn tole...
Những máy móc 3 pha nhưng nguồn cấp điện lại là một pha
….
Biểu đồ biến tần ứng dụng để điều chỉnh ổn định áp suất
 

Xin lưu ý rằng trong ví dụ ứng dụng trên,  PID của biến tần không kiểm soát sự điều chỉnh trong giới hạn dung sai áp suất, tức là tần số ngõ ra được giữ không thay đổi.