Biến tần là gì ? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần

Các loại biến tần và ứng dụng của Biến Tần trong Công Nghiệp

07-05-2019 Nồi Hơi Đốt Củi

Biến tần là gì ?

Biến tần là một trong những thiết bị chắc chắn nhà máy nào cũng phải có. Tuy nhiên; rất ít ai biết về cách cài đặt – Đấu dây – lắp đặt biến tần. Thậm chí nhiễu tín hiệu do biến tần gây ra cần phải có phương pháp giải quyết triệt để

Ở bài chia sẻ biến tần là gì ? Mình sẽ khát quát về ứng dụng của biến tần ? Cấu tạo biến tần ra sao ? Nguyên lý hoạt động của biến tần như thế nào ? Máy biến tần 1 phamáy biến tần 3 pha có gì khác nhau ? Làm sao để lọc nhiễu cho biến tần hiệu quả ?

Biến tần là gì ?

Thực tế; bây giờ nghĩ lại khi đang ngồi trong Trường Đại Học Tôn Đức Thắng ông thầy dạy về biến tần và bảo chúng tôi tìm hiểu sâu về biến tần. Hồi đó; thấy thầy nói rất hay nghe có vẻ ngon cơm lắm. Nhưng khi ra trường bắt đầu đi làm tại nhà máy thì các kiến thức về máy biến tần hoàn toàn khác hẳn. Nghĩ lại; không biết bỏ thời gian 4 năm có xứng đáng không hay chỉ lấy được cái bằng để làm chìa khóa vào nhà máy.

biến tần là gì

Các loại biến tần 3 pha, 1 pha dùng trong Công Nghiệp

Khát quát để bạn đọc hiểu tạm về biến tần đó chính là chỉ cần thấy có motor nơi nào là nơi đó có biến tần. Vì chức năng chính của biến tần; đó là biến tần điều khiển tốc độ motor hay còn gọi biến tần dùng để điều khiển tốc độ động cơ.

Có thể khẳng định một điều; cho dù là động cơ 1 pha hay động cơ 3 pha đều phải lắp đặt biến tần kèm theo

Biến tần tiếng Anh gọi là inverter đó là một thiết bị công nghiệp được chế tạo dùng để biến đổi tần số của các dòng điện áp nhằm mục đích chính là điều khiển tốc độ motor. Hiện nay; tần số điện áp lưới của VN là 50 Hz. Tuy nhiên; chúng ta hoàn toàn có thể thay đổi được tần số này trong phạm vi 0….50 Hz bằng phương thức thủ công hoặc tự động

Ứng dụng của biến tần trong công nghiệp

điều chỉnh tốc độ bằng biến tần

Cảm biến áp suất output 4-20mA input về biến tần điều khiển tốc độ motor

Chức năng chính của biến tần là điều khiển tốc độ motor; hay người ta thường nói biến tần thay đổi tốc độ động cơ từ đó giúp tiết kiệm khá lớn lượng điện năng; giúp cho các tải hoạt động không cần phải sử dụng hết công suất

ứng dụng của biến tần

Biến tần dùng điều chỉnh nhiều cấp tốc độ, motor, bơm nước

Ngoài ra; tác dụng của biến tần cò giúp động cơ thiết bị hoạt động nhanh hơn; chính vì thếgiúp tăng lợi nhuận đầu ra đồng thời điều chỉnh quạt thông gió quay nhanh hơn

Tích hợp trong biến tần là các vi mạch bảo vệ quá áp giúp hệ thống dây chuyền sản xuất hoạt động trong trạng thái không bị sự cố. Ổn định sản xuất

Các loại biến tần thông dụng trong nhà máy

Hiện nay; trong các nhà máy chúng ta thường thấy các thiết bị biến tần như biến tần DC, biến tần AC; biến tần chuyển đổi dòng điện áp vào; biến tần tạo độ rộng xung và biến tần Vector

Trong đó; Biến tần Vector là dòng thiết bị biến tần mới nhất hiện nay; biến tần Vector được tích hợp một hệ thống điều khiển kết nối tạo vòng kín với động cơ điện 1 chiều. Việc tạo vòng kín giúp bộ xử lý hoàn toàn có thể giám sát chặt chẽ hơn hoạt động của motor và động cơ điện

các loại biến tần

Các loại biến tần Trung Quốc – EU-G7 Châu Âu

Một trong những dòng biến tần có tích hợp phức tạp nhất; đó là loại máy biến tần điều khiển độ rộng xung thông qua việc trưng cầu các bóng bán dẫn.

Nhiệm vụ chính của các bán dẫn này; đó là thay đổi dòng điện áp một chiều ở những phân tần số hoàn toàn không giống nhau; từ đó truyền đi hàng loạt các xung tín hiệu điện áp đến động cơ điện.

Theo nguyên tắc; cứ  1 xung điện được phân làm nhiều tần nhằm mục đích phản ứng với điện kháng của động cơ điện; đồng thời tạo ra dòng điện tương thích với động cơ điện.

Một vài loại máy biến tần thông dụng:

Biến tần xoay chiều AC là dòng biến tần 1 pha hoặc biến tần 3 pha sử dụng điện áp xoay chiều AC. Đặc biệt; biến tần AC là một trong những thiết bị biến tần được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy và nó chiếm gần như 95%

biến tần 1 pha

Đấu dây biến tần 1 pha trong công nghiệp

Biến tần dòng một chiều DC là máy biến tần dùng để biến đổi ổn định điện áp inout đầu vào cho động cơ dùng điện áp DC

Máy biến tần chuyển đổi nguồn là một loại biến tần dùng để biến đổi nguồn điện vào nhằ mục đích kích hoạt động cơ

Ví dụ về biến tần công nghiệp:

Nếu trong nhà máy có sẵn một nguồn điện áp 1 pha 110V nhưng lại muốn điều khiển động cơ 3 pha 480V có công suất tải lớn tầm 3.5 KW. Bắt buộc ta phải chuẩn bị thêm các thiết bị như máy biến áp 110V chuyển đổi lên 480V và 1 thiết bị biến tần 3 pha 480V

biến tần điều khiển motor

Biến tần 1 pha output 3 pha điều khiển motor công nghiệp

Quy trình như sau: Đầu tiền cho nguồn 110V đi qua thiết bị biến áp để chuyên thành dòng điện áp 480V đi về biến tần. Mặc định; con biến tần có 3 chân nhưng chúng ta chỉ cần cấp nguồn vào chân L1 là có thể điều khiển motor 480V

Mặc dù tới đây các bạn hơi khó hiểu . Tuy nhiên; nếu bạn nào có thắc mắc về vấn đề này có thể gọi trực tiếp để tôi tư vấn thêm ở phần cuối bài.

Tiếp đến; ta sẽ đi sâu vào cấu tạo của biến tần ? Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của biến tần

Cấu tạo biến tần

Cấu tạo của biến tần bao gồm 4 nhân tố chính đó chính là: Vi mạch chỉnh lưu; Tủ điện nắn phẳng; mạch nghịch lưu và cuối cùng là mạch điều khiển

nguyên lý và cấu tạo của biến tần

Cấu tạo của biến tần bao gồm những gì ?Nguyên lý hoạt động của máy biến tần ra sao ?

Trong đó:

Vi mạch chỉnh lưu có tác dụng biến đổi dòng AC chuyển sang thành dòng DC thông qua bộ phận bán dẫn

Tủ điện nắn phẳng làm nhiệm vụ nắn phẳng dòng DC sau khi đã được chuyển đổi từ dòng AC ở mạch chỉnh lưu

Khi dòng DC tới mạch nghịch lưu thì tại đây lại biến đổi ngược lại thành dòng AC nhằm mục đích chính là cấp điện áp; hay tần số biến thiên được tạo ra dùng điều khiển tốc độ động cơ. Bên cạnh đó; các bộ phận đóng cắt bán dẫn được sử dụng trong vai trò bật tắt tự động

Cuối cùng là mạch điều khiển có chức nằn kiểm soát và cài đặt máy biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần là gì

nguyên lý hoạt động của biến tần

Máy biến tần là gì ? Nguyên lý hoạt động máy biến tần

Biến tần hoạt động theo nguyên lý; khi có một nguồn điện xoạy chiều đi qua nó ( Nguồn xoay chiều 1 pha hoặc nguồn điện xoay chiều 3 pha ) sẽ được điều chỉnh về thành dòng điện 1 chiều DC sau đó thông qua tủ điện nắn phảng hay còn được coi là bộ lọc DC biến dòng DC thành dòng điện phẳng

Tiếp đó; dòng điện DC này lại chạy qua một mạch nghịch lưu biến đổi ra một dòng điện xoay chiều 3 pha mới tương xứng

Ví dụ nguyên lý biến tần:

Dòng điện xoay chiều 480V sẽ truyền qua mạch chỉnh lưu như trên hình ( Hay còn gọi bộ đi ot cầu chỉnh lưu ) Bộ này biến đổi dòng xoay chiều 480V thành dòng 1 chiều DC

Mặc dù đã hình thành dòng DC nhưng dòng điện vẫn chạy xuyên suốt theo hình uốn lượn. Và dòng này sẽ truyền qua một bộ lọc ( Tủ điện nắn phẳng ) tạo nên 1 dòng DC thẳng

Tiếp đó; dòng dc lại nghịch lưu thành dòng 3 pha xoay chiều tương ứng thông qua một bộ phận trung gian đó là transistor lưỡng cực có tích hợp kênh cách ly thông qua cách thức điều chế độ rộng của xung tín hiệu.

Đây là phương pháp điều chế  hoạt động dựa trên nguyên lý sự thay đổi của dòng chuỗi xung tín hiệu dạng vuông tạo nên sự biến đổi của dòng điện áp ra

Điểm then chốt ở đây; khi sử dụng cách thức điều chế độ rộng của xung giúp cho biến tần điều khiển tốc độ nhanh chậm của motor một cách tự do; từ đó giúp tốc độ động cơ ( Motor ) luôn chạy ổn định

Cách cài đặt và sử dụng biến tần 3 pha

Một trong những tiêu chí hàng đầu trong việc calip cài đặt bộ biến tần; đó chính là chúng ta phải biết phương pháp đấu dây máy biến tần với motor động cơ; để mang lại tính chính xác nhất và tùy chỉnh biến tần theo yêu cầu đưa ra.

Một điểm chúng ta cần lưu ý kỹ trước khi tham gia vào việc đấu dây cho biến tần; đó là không được cấp nguồn xoay chiều AC trước trong khi đấu dây với biến tần. Vì thực tế; khi nguồn điện được cắt đi thì vẫn còn một lượng điện áp tích tụ trong vi mạch biến tần.

Thế nên; chúng ta nên để ý tín hiệu đèn báo tích hợp trên biến tần tắt hẳn thì khi đó trong biến tần không còn nguồn điện áp. Khi đó bắt đầu đấu dây và lắp đặt cho biến tần

Sơ đồ đấu dây biến tần

đấu dây cho máy biến tần

Sơ đồ đấu dây biến tần điều chỉnh tốc độ

Dựa vào hình minh họa ta đấu bắt đầu từ nguồn cấp R/L1 – S/L2 – T/L3 trực tiếp đấu thẳng vào nguồn 3 pha. Đồng thời 2 chân L1 – L3  đấu vào nguồn 1 pha

Bên cạnh đó các chân U/T1 – V/T2 – W/T3  sẽ đấu trực tiếp vào Motor 3 pha

2 ký hiệu FLA và FLB  là ký hiệu của relay thường mở và relay thường đóng của LC

Còn ký hiệu RY  là relay của RC

Các ký hiệu S1 – S2 – S3 được tạo ra nhằm mục đích hiệu chỉnh tốc độ motor tương đương với tần số cài đặt sẵn trên con biến tần

RES là nút xóa cài đặt để cài đặt lại từ đầu

PP – VIA – CC là nơi chúng ta có thể gắn con biến trở để điều chỉnh tốc độ bằng cách dùng tay vặn con biến trờ

CC – VIB là nơi mà máy biến tần dùng biến đổi tốc độ motor quay của động cơ ra dòng áp 0-10V

CC – VIC là nơi biến đổi tốc độ motor ra 4-20mA

SW1 là nơi hiệu chỉnh quyết định biến tần phát nguồn hay không phát nguồn ra điều khiển tốc độ motor

Lý thuyết tuy là thế;  tuy nhiên khi chúng ta sử dụng cảm biến áp suất thông qua bộ hiển thị có chức năng output relay điều khiển bơm hoặc kết nối với biến tần điều khiển bơm thì chúng ta sẽ kết nối trực tiếp vào chân CC – VIC  để con biến tần nó hoạt động tự do theo tải áp thực tế mà không cần phải điều chỉnh bằng tay theo lý thuyết

Hướng dẫn cài đặt biến tần

Mặc dù khi chưa làm thì ai cũng thấy khó. Nhưng thực ra; việc cài đặt biến tần rất đơn giản. Chúng ta chỉ cần chú ý đến một vài điểm chính như Run / Stop; để ý thời gian giảm tốc và tăng tốc ; sự thay đổi của tần số và giới hạn định mức tần số là bao nhiêu là có thể cài đặt được bất cứ loại biến tần nào. Vì căn bản; mọi biến tần đều có nguyên lý cài đặt chung này

hướng dẫn cài đặt biến tần

Quy trình hướng dẫn cài đặt biến tần

Đây là một trong những hình minh họa vì biến tần ở các hãng không giống nhau về vị trí và một sốtên gọi các phím.

Dưới đây là chi tiết các bước cài đặt biến tần phía trên

Run / Stop cài thông số như thế nào

Phần Run / Stop thường được thể hiện trực tiếp trên bàn phím cài đặt

Trong catalog của từng loại biến tần sẽ chỉ rõ chi tiết hơn về vấn đề này

Chúng ta có 3 cách lựa chọn như sau:

Số 0: Keypad: Điều này có nghĩa là Run / Stop trên bàn phím

Số 1: Externa Run / Stop control: Có nghĩa là Run / Stop bên ngoài

2: Communication: tức là Run / Stop thông qua truyền thông kết nối Rs485

Thời gian giảm tốc và tăng tốc

Thời gian giảm tốc tức là thời gian được tính từ khi chúng ta ấn nút Stop cho đến lúc motor động cơ dừng hẳn

Trong khi thời gian tăng tốc là lúc ấn nút Run lập tức motor động cơ sẽ chạy với tần số tăng dần từ  0….50 Hz. Về căn bản thời gian tăng tốc nằm ở vị trí mặc định là 10s. Tuy nhiên; chúng ta có thể cài đặt được thười gian này một cách linh động

Sự thay đổi của tần số

Hiện nay; thì trường có nhiều hãng phân phối biến tần và tên gọi cho sự thay đổi tần số này là hoàn toàn khác nhau.

Ví dụ như:

Frequency command, Frequency setting method….

Chúng ta có thể lựa chọn phương thức thay đổi tần số theo các cách sau:

0: Keypa : Ở vị trí này tần số sẽ được biến đổi bằng nút ấn lên hoặc xuống thể hiện trên bàn phím

1: Potentiometer on keypad: Dựa vào đây có thể thay đổi tần số trực tiếp bằng nút vặn

2: Chúng ta có thể thay đổi tần số bằng một con biến trở sau khi đi qua bộ chuyển đổi tín hiệu sẽ ra 4-20mA hoặc chọn ra 0-10V

3: Biến đổi tần số bằng phương thức truyền thông Rs485

Hoặc chúng ta có thể thay đổi tần số bằng tín hiệu PID

Calip giới hạn định mức tần số

Chúng ta có thể cài đặt giới hạn tần số để giúp motor động cơ hoạt động nhanh nhất. Và giới hạn cài đặt tùy ý trong phạm vi 1……50Hz

Ví dụ:

Chúng ta cài đặt giới hạn định mức tần số max 50 Hz; tất nhiên động có sẽ chạy với định mức tối đa là 50 Hz được tính theo công thức N = 60*50/2 và  = 1500 Vòng / 1 phút

Các phương pháp điều khiển biến tần

Điều khiển biến tần bằng PLC là một trong những phương phát hiệu chỉnh biến tần chuẩn

các phương pháp điều khiển biến tần

Điều khiển biến tần 3 pha 380v / 220v bằng nhiều phương pháp khác nhau

Thực tế; có rất nhiều loại biến tần trong công nghiệp và chúng có những phương pháp calip cài đặt / Sử dụng gần như là khác nhau đối với những người mới vào nghề. Bạn có thể tham khảo các phương pháp điều khiển biến tần phổ biến sau:

Phương pháp điều khiển biến tần trực tiếp:

Dựa vào các bàn phím sẵn có tích hợp trên biến tần để chúng ta điều khiển. Tùy theo các hãng sản xuất mà vị trí các phím có thể khác nhau. Trong đó các phím chúng ta thường thấy như: Run, For, Stop, Rev, phím mũi tên lên và xuống hoặc thay vào đó là núm vặn

Phương pháp điều khiển gián tiếp

Với phương pháp này chúng ta cần thêm 1 con biến trở 3 chân có núm dạng chiết áp nhằm mục đích điều chỉnh mức dao động tần số của máy biến tần

Phương pháp cố định

Phương pháp này khá đơn giản. Biên độ tần số sẽ được calip ứng với giá trị đầu ra của biến tần. Từ đó; biến tần được điều khiển mặc định theo chu kỳ

Phương pháp điều khiển biến tần qua truyền thông modbus rtu

Đây là một phương pháp hoàn toàn mới; có độ chính xác cao và tốc độ truyền tải điều khiển nhanh chóng. Các tín hiệu điều khiển biến tần thường là Modbus rtu, RS232, RS485, ASCII kết hợp với các bộ điều khiển biến tần thông dụng như HMI, PLC

Những lỗi thường gặp khi sử dụng máy biến tần

Các lỗi về nguồn như áp thấp – áp cao các nguồn vào biến tần

Khắc phục bằng cách kiểm tra kiểm tra nguồn tủ điện ok chưa. Kiểm tra các pha xem có bị mất pha không. Độ rộng đường dây có đáp ứng tốt tải chưa hoặc các kết nối trong việc đấu dây có lỏng lẻo chỗ nào không

Lỗi trên động cơ xuất hiện tình trạng quá dòng

Khắc phục bằng cách xem lại coi động cơ có quá tải không hoặc công suất đảm bảo đúng theo nhà sản xuất đưa ra hay chưa kết hợp kiểm tra dây dẫn

Một vài lỗi khác như input đầu vào, truyền thông đường truyền, cài đặt sai, đấu dây sai……

Lắp đặt biến tần cần lưu ý đến những vấn đề gì

Kiểm tra biến tần đúng quy cách đặt hàng trước khi cho thiết bị đi vào vận hành. Đặc biệt; đối với biến tần đã đi vào sử dụng; chúng ta không nên ngưng hoạt động nó; bắt buộc phải hoạt động liên tục. Nếu gián đoạn thiết bị sẽ không bền

lắp đặt biết tần

Cách lắp đặt biến tần trong nhà máy công nghiệp

Yêu cầu lắp đặt biến tần phải là dân kỹ thuật có kinh nghiệm. Khi đấu dây; bắt buộc phải đấu đúng các chân ngõ vào như R/L1, S/L2, T/L3; và chân tín hiệu ra U/T1, V/T2, W/T3 để giảm thiểu rủi ro làm hư thiết bị biến tần

Phải kiểm tra kỹ cách đấu nối từ nguồn cấp cho đến động cơ; bàn phím và board điều khiển phải được đấu dây chuẩn xác

Về phần  cấp nguồn cho biến tần: Đối với các chân U/T1, V/T2, W/T3 ký hiệu trên biến tần đặc biệt để ý không đấu trực tiếp với nguồn cấp

Sau khi lên nguồn vào cho biến tần thì phải để thiết bị khởi động chạy từ từ với tốc độ thấp và tăng dần. Tránh trường hợp vừa cấp nguồn đã cho chạy với tốc độ cao dễ hư thiết bị

Mặc dù đã tham gia giám sát và nghiên cứu trong ngành độ 6-7 năm. Tuy nhiên; kiến thức về biến tần trong thực tế luôn được đổi mới và nâng cấp. Chính vì vậy; chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nên vẫn mong người đọc; đóng góp ý kiến hỗ trợ thêm bằng cách comment bên dưới để chia sẻ thêm kiến thức bổ ích cho người sử dụng.

Tham khảo thêm:

Xử lý nhiễu tín hiệu biến tần

Tư vấn các loại biến tần công nghiệp

Thông tin tư vấn về biến tần và các hệ thống trong ngành tự động hóa như các bộ chuyển đổi, các loại cảm biến đo mức báo mức

Mời bạn đọc liên hệ:

HUNG PHAT AUTOMATION TECHNOLOGY CO.LTD

Kỹ sư cơ điện – Nguyễn Hữu Thành

Mail: thanh.nguyen@huphaco.vn

 

Our Score
Our Reader Score
[Total: 0 Average: 0]

Sản phẩm liên quan

Đối tác

  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco
  • huphaco