Biến tần là gì? Cấu tạo, ưu điểm và ứng dụng của biến tần trong tự động hóa
1. Biến tần là gì?
Biến tần là một thiết bị điện tử có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang tần số khác, và tần số này có thể điều chỉnh được. Nói một cách đơn giản, biến tần cho phép bạn thay đổi tốc độ của động cơ điện một cách linh hoạt mà không cần sử dụng các hộp số cơ khí phức tạp.
Biến tần được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, tự động hóa, sản xuất, … Biến tần có thể thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung, bảo vệ cơ bản cho động cơ và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống.
2. Ứng dụng của biến tần
2.1. Trong ngành công nghiệp
Điều khiển bơm và quạt: Biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của bơm và quạt, giúp tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động. Ví dụ, trong hệ thống HVAC (hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí), biến tần giúp điều chỉnh lưu lượng gió và nước, từ đó duy trì nhiệt độ ổn định và tiết kiệm năng lượng.
Điều khiển máy nén khí: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ của máy nén khí, từ đó duy trì áp suất khí nén ổn định và tiết kiệm năng lượng.
Điều khiển băng tải: Biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của băng tải, giúp đồng bộ hóa tốc độ với các công đoạn khác trong dây chuyền sản xuất.
Điều khiển máy công cụ: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ trong máy công cụ, từ đó tăng độ chính xác và năng suất gia công.
Điều khiển thang máy và cần trục: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ của thang máy và cần trục, từ đó đảm bảo an toàn và êm ái khi vận hành.
2.2. Trong ngành tự động hóa
Robot công nghiệp: Biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ và vị trí của các khớp robot, giúp robot thực hiện các thao tác phức tạp một cách chính xác và linh hoạt.
Hệ thống điều khiển quá trình: Biến tần được tích hợp vào các hệ thống điều khiển quá trình, giúp điều chỉnh tốc độ của các thiết bị trong dây chuyền sản xuất, từ đó tối ưu hóa quá trình sản xuất.
Hệ thống giám sát và điều khiển năng lượng: Biến tần giúp thu thập dữ liệu về mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị, từ đó giúp người vận hành giám sát và điều khiển năng lượng một cách hiệu quả.
2.3. Trong ngành sản xuất
Sản xuất giấy: Biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ của các trục trong máy sản xuất giấy, từ đó đảm bảo chất lượng giấy và tăng năng suất.
Sản xuất nhựa: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ của máy ép phun, từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm nhựa và tiết kiệm năng lượng.
Sản xuất thực phẩm: Biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ của các thiết bị trong dây chuyền sản xuất thực phẩm, từ đó đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tăng năng suất.
Sản xuất dệt may: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ của máy dệt, từ đó đảm bảo chất lượng vải và tăng năng suất.
Ngoài ra, biến tần còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như giao thông vận tải, năng lượng tái tạo, xử lý nước thải,...
3. Cấu tạo của biến tần
3.1. Mạch nguồn
3.2. Mạch điều khiển
3.3. Mạch chuyển đổi tần số (Mạch động lực)
3.4. Mạch bảo vệ
3.5. Màn hình - bàn phím
3.6. Các thành phần khác (tùy chọn)
Module truyền thông: Cho phép biến tần giao tiếp với các thiết bị khác thông qua các giao thức như Modbus, Profibus, Ethernet.
Bộ điện kháng xoay chiều: Giảm sóng hài và nhiễu trên đường dây điện.
Bộ điện kháng một chiều: Giảm sóng hài và nhiễu trong mạch một chiều.
Điện trở hãm (điện trở xả): Được sử dụng để tiêu tán năng lượng dư thừa khi động cơ giảm tốc, giúp động cơ dừng nhanh hơn.
4. Nguyên lý hoạt động của biến tần
4.1. Chỉnh lưu (Rectification)
Biến tần nhận điện áp xoay chiều đầu vào (thường là 1 pha hoặc 3 pha, 50Hz/60Hz) và chuyển đổi thành điện áp một chiều (DC) bằng bộ chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu thường sử dụng diode hoặc thyristor để thực hiện quá trình này.
Điện áp DC sau chỉnh lưu được lưu trữ trong tụ điện để ổn định và làm phẳng.
4.2. Lọc và ổn định điện áp DC
4.3. Nghịch lưu (Inversion)
Bộ nghịch lưu (sử dụng các linh kiện bán dẫn như IGBT, MOSFET) chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều (AC) có tần số và điện áp điều chỉnh được.
Bằng cách điều khiển đóng ngắt các linh kiện bán dẫn, biến tần tạo ra dạng sóng AC có thể thay đổi tần số (từ vài Hz đến hàng trăm Hz) và điện áp phù hợp với yêu cầu của động cơ.
4.4. Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation)
Để tạo ra dạng sóng AC gần với dạng sóng sin chuẩn, biến tần sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM).
PWM điều khiển thời gian đóng ngắt các linh kiện bán dẫn để tạo ra các xung điện áp có độ rộng thay đổi. Khi các xung này được lọc, chúng tạo thành dạng sóng sin mượt.
4.5. Điều khiển tốc độ động cơ
Tần số đầu ra của biến tần quyết định tốc độ quay của động cơ. Công thức liên hệ giữa tần số (f), số cực (p) và tốc độ (n) của động cơ là:
Bằng cách thay đổi tần số đầu ra, biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác.
4.6. Bảo vệ và giám sát
Biến tần tích hợp các chức năng bảo vệ như quá tải, quá áp, thấp áp, quá nhiệt, ngắn mạch, v.v.
Ngoài ra, biến tần còn có thể giám sát các thông số hoạt động như dòng điện, điện áp, công suất, và tốc độ động cơ.
5. Các yếu tố quan trong khi lựa chọn mua biến tần
Khách hàng cần lưu ý đến những yếu tố sau khi chọn mua biến tần. Lựa chọn biến tần phù hợp với loại động cơ giúp cho hệ thống được vận hành trơn tru, không bị gián đoạn bởi những vấn đề do biến tần không phù hợp với hệ thống.
5.1. Điện áp của biến tần
Điện áp đầu vào: Khách hàng cần lựa chọn loại điện áp đầu vào của biến tần bằng với điện áp đang sử dụng cho hệ thống. Các dòng biến tần hiện nay đều hỗ trợ đa dạng các loại điện áp đầu vào từ 1 – 3 pha, từ 110VAC – 690VAC.
Điện áp đầu ra: Khách hàng cần lựa chọn loại điện áp đầu ra của biến tần bằng với điện áp đang sử dụng cho động cơ. Các dòng biến tần hiện nay đều hỗ trợ đa dạng các loại điện áp đầu vào từ 1 – 3 pha, từ 110VAC – 690VAC.
5.2. Công suất của động cơ
Khách hàng nên chọn biến tần có công suất lớn hơn công suất của động cơ từ 1 – 2 cấp hoặc dư tải 10-20% để đảm bảo hoạt động ổn định và tránh quá tải cho biến tần, đặc biệt là đối với các ứng dụng tải nặng hoặc khởi động thường xuyên.
Ví dụ: Động cơ có công suất 0,75kW/1HP thì nên chọn biến tần có công suất 1,1kW/1,5HP hoặc 1,5kW/2HP.
5.3. Loại tải và ứng dụng
Dựa vào đặc tính momen, động cơ điều khiển được chia ra thành 3 loại tải như sau:
Tải nhẹ: Đặc trưng bởi momen cản không đổi hoặc thay đổi ít theo tốc độ. Ví dụ: bơm, quạt.
Tải trung bình: Momen cản thay đổi tuyến tính theo tốc độ. Ví dụ: máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực.
Tải nặng: Momen cản thay đổi theo hàm số bậc hai của tốc độ. Ví dụ: cẩu trục, nâng hạ, máy cán, máy nghiền.
Khách hàng cần lựa chọn loại biến tần phù hợp với từng loại tải. Biến tần tải nặng hơn có thể dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất, nhưng sẽ gây lãng phí vì giá thành cao hơn. Biến tần loại tải nhẹ hơn không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất.
Trong một số trường hợp, có thể chọn biến tần loại tải thấp hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn. Tuy nhiên, cần tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo biến tần có thể đáp ứng được yêu cầu của ứng dụng.
5.4. Tính năng điều khiển
Điều khiển tốc độ: Biến tần phải có khả năng điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác và linh hoạt.
Điều khiển momen xoắn: Đối với một số ứng dụng, biến tần cần có khả năng điều khiển momen xoắn của động cơ.
Các tính năng khác: Tùy thuộc vào ứng dụng, có thể cần các tính năng khác như điều khiển PID, truyền thông, bảo vệ nâng cao...
5.5. Các yếu tố khác
Kích thước và trọng lượng: Biến tần có kích thước và trọng lượng phù hợp với không gian lắp đặt.
Môi trường hoạt động: Biến tần có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, bụi bẩn, ẩm ướt) hay không?
Tiêu chuẩn và chứng nhận: Biến tần có đáp ứng các tiêu chuẩn và chứng nhận an toàn, chất lượng không?
*Khách hàng có nhu cầu về tư vẫn kỹ thuật, cài đặt, lắp đặt và sửa chữa biến tần, xin vui lòng liên hệ đội ngũ kỹ thuật của Hưng Việt Automation qua số hotline 0915 400 880 hoặc truy cập vào website https://hungvietautomation.com để được hỗ trợ nhanh nhất.
6. Ưu điểm và nhược điểm của biến tần
6.1. Ưu điểm của biến tần
Tiết kiệm năng lượng:
Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế của ứng dụng, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ không cần thiết.
Đặc biệt hiệu quả đối với các ứng dụng có tải thay đổi theo thời gian (ví dụ: bơm, quạt).
Nâng cao hiệu suất hoạt động:
Điều khiển tốc độ động cơ chính xác và linh hoạt, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao năng suất.
Giảm thiểu thời gian khởi động và dừng động cơ, giúp tăng tốc độ chu kỳ sản xuất.
Kéo dài tuổi thọ động cơ:
Giảm thiểu dòng khởi động động cơ, giúp giảm mài mòn và hư hỏng cơ khí.
Bảo vệ động cơ khỏi các sự cố như quá tải, quá dòng, ngắn mạch.
Giảm độ rung và tiếng ồn:
Điều khiển tốc độ động cơ một cách êm ái, giúp giảm độ rung và tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
Tạo môi trường làm việc an toàn và thoải mái hơn.
Đơn giản hóa hệ thống điều khiển:
Thay thế các hệ thống điều khiển phức tạp bằng biến tần, giúp đơn giản hóa việc lắp đặt, vận hành và bảo trì.
Giảm thiểu số lượng thiết bị cơ khí cần thiết (ví dụ: van, van tiết lưu).
Tính linh hoạt:
6.2. Nhược điểm của biến tần
7. Những hãng biến tần nổi tiếng
7.1. Biến tần của các hãng Châu Âu
Schneider Electric
Schneider Electric là một tập đoàn đa quốc gia của châu Âu, chuyên về quản lý năng lượng và tự động hóa. Trong lĩnh vực biến tần, Schneider Electric cung cấp một loạt các sản phẩm đa dạng, từ biến tần cơ bản cho đến các giải pháp phức tạp cho các ứng dụng công nghiệp nặng.
Siemens
Siemens là một tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới của Đức, hoạt động trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả tự động hóa và truyền động. Biến tần Siemens nổi tiếng với chất lượng, độ bền và hiệu suất cao.
7.2. Biến tần của các hãng Châu Á
LS Electric
Biến tần LS là một trong những thương hiệu biến tần hàng đầu của Hàn Quốc, được biết đến với chất lượng cao, độ bền bỉ và giá cả phải chăng. Biến tần LS có nhiều dòng sản phẩm khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.
INVT
INVT là một thương hiệu biến tần nổi tiếng của Trung Quốc, được biết đến với công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao và giá cả cạnh tranh. Biến tần INVT được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Hitachi
Hitachi là một thương hiệu biến tần nổi tiếng của Nhật Bản, được biết đến với chất lượng hàng đầu, độ tin cậy cao và hiệu suất vượt trội. Biến tần Hitachi được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và độ ổn định cao.
Mitsubishi
Mitsubishi là một thương hiệu biến tần nổi tiếng khác của Nhật Bản, được biết đến với công nghệ tiên tiến, tính năng đa dạng và khả năng tùy biến cao. Biến tần Mitsubishi được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các ứng dụng đơn giản đến các ứng dụng phức tạp.
Tại sao nên mua biến tần tại Công ty TNHH Điện Tự Động Hưng Việt?
Vì sao nên mua biến tần tại Hưng Việt Automation? Vì Hưng Việt Automation luôn bán hàng chính hãng, hàng luôn có sẵn số lượng lớn, giá sỉ, giao hàng nhanh, bảo hành theo chính sách hãng. Quý khách hàng quan tâm đến sản phẩm biến tần hãy gọi ngay số hotline 0915 400 880 hoặc truy cập vào website https://hungvietautomation.com. Công ty TNHH Điện Tự Động Hưng Việt, là nhà phân phối sản phẩm biến tần hàng đầu tại Việt Nam.
Không chỉ cung cấp sản phẩm biến tần chất lượng cao, Hưng Việt còn là đơn vị đi đầu trong việc cung cấp các giải pháp tự động hóa tổng thể. Chúng tôi hỗ trợ khách hàng từ khâu tư vấn thiết kế, lựa chọn sản phẩm, thi công lắp đặt đến bảo trì, sửa chữa.