biến tần là gì ? - haophuong.com

Tủ sách chia sẻ kiến thức về Điện công nghiệp và Tự động hóa

HaoPhuong.com – NHÀ PHÂN PHỐI THIẾT BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP, TỰ ĐỘNG HÓA HÀNG ĐẦU VIỆT NAM

BIẾN TẦN LÀ GÌ?

Biến tần Fuji Electric nhật bản

(HaoPhuong.com – Nhà phân phối thiết bị điện công nghiệp hàng đầu Việt Nam)

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều

3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha.

Đây là công thức về tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha,

để thay đổi được tốc độ động cơ chúng ta có 3

phương pháp: 1 thay đổi số cực động cơ P, 2 thay đổi

hệ số trượt s, và thay đổi tần số của điện áp đầu vào.

Và BIẾN TẦN là thiết bị dùng để thay đổi tần số của

của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ -> Qua đó thay đổi tốc độ động cơ theo

công thức trên



1. Nguyên lý hoạt động của biến tần

Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần


Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, 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. Điện đầu vào có thể là một pha

hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định

Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối

xứng. Mới đầu, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều

này ở mức rất cao. Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là

từ viết tắt của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và

tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay

chiều ba pha 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.

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Biến tần Fuji Electric




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 (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ). 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

.

Sơ đồ mạch bên thực tế tương ứng với sơ đồ khối của biến tần Fuji Electric




Biến tần Fuji Lift được dùng phổ biến trong ngành thang máy ở Việt Nam


2. Các bộ phận cơ bản của biến tần

Thông qua quá trình hoạt động của biến tần, ta có thể rút ra cấu tạo biến tần gồm mạch

chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển (hình vẽ)

2.1 Bộ chỉnh lưu (Diot)

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ

là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn

phần.



Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó

dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều. Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử

dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để cho phép chuyển đổi từ điện xoay

chiều ba pha thành điện một chiều.

Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron

của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC).

Hình ảnh thực tế DIOT trong biến tần Fuji Electric


2.2 Tuyến dẫn Một chiều (DC Bus)

Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ

điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình Tuyến dẫn Một chiều sẽ

làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo

ra điện năng cho động cơ.

2.3 Bộ nghịch lưu (IGBT)

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần,

IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp Tuyến dẫn

Một chiều được trữ trong tụ điện.

Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo

trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang.

PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin. Tín hiệu

này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.



Hình ảnh thực tế các IGBT trong biến tần Fuji Electric


2.4. Bộ kháng điện xoay chiều (AC Reactor)

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng

trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.

Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều. Ngoài ra,

bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là

giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều. Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho

phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng AC Reactor


Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch

chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt

mạch hoặc khởi động từ.

Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không

gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.

Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của

Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu

suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.



2.5 Bộ điện kháng Một chiều (DC Reactor)

Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một chiều.

Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi

xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.

Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến

tần 7,5 kW trở lên. Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều.

Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ

điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ

chỉnh lưu.

Một số hình ảnh thực tế về cuộn kháng DC Reactor


2.6 Điện trở Hãm (Braking resistor)

Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy

chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy

phát điện. Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều. Lượng

điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng

“đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện

thừa thành nhiệt.

Một số hình ảnh thực tế về điện trở xả - Braking resistor




Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt

do Lỗi Quá áp trên Tuyến dẫn Một chiều.

3. Ứng dụng biến tần trong công nghiệp

Một số hình ảnh thực tế ứng dụng biến tần


Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là bạn có thể điều chỉnh vô cấp tốc

độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay

đổi theo ý muốn trong một dải rộng.

Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất nhiều các tính

năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua

mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình

khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết

kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,…

Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình

truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá

nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần.



Biến tần được sử dụng rộng dãi trong các ứng dụng công nghiệp như:

Tháng máy, máy xeo giấy, băng tải, cầu trục, nồi hơi, bơm nước, máy đóng gói, máy dệt, máy kéo sợ, máy ép nhựa …

Một số hình ảnh ứng dụng của biến tần Fuji Electric


4. Những lưu ý khi sử dụng biến tần

+ Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả một chi

phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.

+ Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều kiện môi trường, mà

Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được

nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.

+ Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí. Các bộ biến tần không thể

làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt

thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 500oC, không có chất ăn mòn, khí

gas, bụi bẩn.



+ Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc thay

đổi các tham số thiết đặt.

+ Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có

được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.

+ Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc

phục được lỗi mới khởi động lại.

+ Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết các thông số đã thay

đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây là các thông tin rất quan trọng cho các

chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.

Cuối cùng, ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những người có tiền,

những tiện ích mà bộ biến tần mang lại cho bạn nhiều hơn rất nhiều so với chi phí bạn phải trả, nên bạn

đừng ngần ngại đầu tư mua biến tần cho các hệ truyền động của bạn có thể ứng dụng được biến tần. Đó

là một sự đầu tư đúng đắn, một chiến lược đầu tư tổng thể và dài hạn.


5. Hỏi đáp về biến tần

4.1 Tại sao sau khi có lệnh chạy, biến ần chạy nhưng Motor lại không chạy?

Nguyên nhân có thể:

Tần số chạy = 0.

Motor bị hư, tải quá nặng hoặc máy bị kẹt cơ khí.

Biến tần bị mất pha ngõ ra hoặc không cân bằng pha ngõ ra.

Dây cáp nối motor và biến tần bị đứt hoặc contactor (nếu có) nối biến tần và motor chưa đóng.

Board điều khiển bị lỗi.



Cách khắc phục:

Tăng tần số chạy cho biến tần.

Khắc phục motor và giải quyết kẹt cơ khí trước khi chạy lại.

Kiểm tra dây nối motor và biến tần.

Liên hệ với nhà cung cấp.

4.2 Tại sao gắn biến tần Motor chạy rất nóng?

Nguyên nhân có thể:

Thông số motor cài đặt không đúng

Đấu dây motor không đúng

Motor chạy ở tần số quá thấp (dưới 30 Hz)


Xem kỹ thông số motor trên nhãn và cài đặt lại

Xem lại motor cách đấu dây motor và điện áp biến tần cung cấp cho motor có đúng không

Tăng tần số chạy của motor. Có thể tăng tỉ số truyền cơ khí…

4.3 Tại sao biến tần hiển thị bình thường khi cấp nguồn nhưng lại nhảy CB khi chạy?

Thông thường là do các pha đầu ra của biến tần bị ngắn mạch, bạn hãy kiểm tra kỹ và liên hệ với

nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất. Kiển tra xem có bị lỗi chạm đất hay không, nếu có thì xử lý trước

khi chạy biến tần. Nếu thỉnh thoảng bị ngắt và khoảng cách giữa biến tần và motor khá xa thì nên lắp

thêm cuộn kháng AC ở ngõ ra của biến tần. Ngoài ra có thể do: CB có dòng định mức quá nhỏ, dây cáp

nối biến tần và động cơ bị chạm pha, chạm đất hoặc motor bị hư hại. Hãy giải quyết những lỗi này trước

khi chạy lại.

4.4 Biến tần đang chạy bình thường một lúc rồi dừng

Trước hết kiểm tra xem đèn trạng thái “RUN” có còn sáng không? Nếu tắt thì có thể xảy ra những nguyên

nhân sau:

Tín hiệu lệnh chạy của biến tần bị ngắt (dây điều khiển bị đứt hoặc bị lỏng dây ở terminal điều

khiển)

Biến tần báo lỗi, nếu có lỗi thì biến tần sẽ dừng, hiển thị lỗi và đèn “TRIP” sẽ sáng lên.


Kiểm tra dây điều khiển lệnh chạy của biến tần, siết lại terminal điều khiển

Tham khảo bảng mã lỗi để khắc phục

Liên hệ nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất

Nếu đèn “RUN” vẫn còn sáng thì có thể do:

Tốc độ chạy của biến tần bị giảm về 0

Motor bị kẹt cơ khí hoặc bị hư hỏng

Board điều khiển bị lỗi



4.5 Biến tần không hiển thị đèn sau khi cấp nguồn

Nguyên nhân của trường hợp này có thể là: Điện áp cung cấp cho biến tần không phù hợp, cầu chỉnh lưu

bị hỏng, hoặc có thể do điện trở sạc tụ và nguồn switching bị hư hỏng. Bạn nên kiểm tra như sau:

Dùng đồng hồ đo giá trị điện áp nguồn cấp xem có phù hợp với điện áp định mức của biến tần

hay không, nếu không thì hãy xử lý và cấp nguồn lại cho phù hợp.

Kiểm tra xem đèn ”CHARGE” có sáng hay không, nếu đèn tắt thì phần lớn là do lỗi ở cầu chỉnh

lưu hoặc điện trở sạc tụ, còn nếu đèn sáng thì có thể do nguồn cấp switching có vấn đề, liên hệ

nhà cung cấp để được hỗ trợ tốt nhất.

********

TỦ SÁCH CHIA SẺ KIẾN THỨC

VỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP – TỰ ĐỘNG HÓA

Thực hiện và chia sẻ bởi CTY TNHH HẠO PHƯƠNG – Nhà phân phối các thiết bị điện công nghiệp và

tự động hóa hàng đầu Việt Nam

Update thường xuyên tại Website

HaoPhuong.com

biến tần là gì ? - haophuong.com

Engineering