Sống khỏe để yêu thương
Biến tần là thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tần số và điện áp cấp cho động cơ xoay chiều. Khi tần số thay đổi, tốc độ quay của motor cũng thay đổi theo, giúp máy móc vận hành linh hoạt hơn thay vì chỉ chạy cố định ở một tốc độ.
Nếu motor cấp điện trực tiếp từ lưới điện, tốc độ thường gần như cố định theo tần số 50Hz. Khi lắp biến tần, người vận hành có thể cho motor khởi động chậm, tăng tốc từ từ, giảm tốc êm hoặc chạy theo tốc độ mong muốn.
Vai trò chính của biến tần gồm:
Nhiều người mới tìm hiểu dễ nhầm biến tần với bộ đổi nguồn. Bộ đổi nguồn thường chỉ chuyển đổi mức điện áp, ví dụ từ 220V sang 110V hoặc chuyển đổi AC sang DC. Trong khi đó, biến tần điều chỉnh cả tần số và điện áp đầu ra để kiểm soát tốc độ động cơ.
Nói ngắn gọn, bộ đổi nguồn giúp thiết bị nhận đúng điện áp, còn biến tần giúp motor thay đổi tốc độ, tăng giảm tốc và nhận tín hiệu điều khiển ngoài.
Biến tần thường dùng cho động cơ xoay chiều, nhất là motor không đồng bộ 3 pha. Đây là loại motor phổ biến trong nhà xưởng, hệ thống bơm, quạt, băng tải, máy sản xuất và tủ điện điều khiển tự động.
Khi chọn biến tần cho motor, cần kiểm tra:
Với motor quá cũ, cách điện kém hoặc hệ cơ khí đã xuống cấp, cần kiểm tra trước khi lắp để tránh motor nóng, yếu lực hoặc vận hành không ổn định.
Cấu tạo biến tần có thể hiểu theo đường đi của dòng điện. Điện xoay chiều đầu vào được chỉnh lưu thành điện một chiều, sau đó được lọc ổn định và chuyển ngược lại thành điện xoay chiều đầu ra có tần số thay đổi.
Một biến tần thông dụng thường gồm:
Người dùng không cần nhớ từng linh kiện, nhưng nên hiểu vai trò của các khối chính để chọn, lắp đặt và kiểm tra cơ bản chính xác hơn.
Bộ chỉnh lưu là khối đầu tiên trong quá trình xử lý điện của biến tần. Nhiệm vụ của nó là nhận điện xoay chiều từ nguồn cấp và chuyển thành điện một chiều. Nguồn đầu vào có thể là 1 pha hoặc 3 pha.
Sau khi qua bộ chỉnh lưu, dòng điện chưa thể dùng ngay để cấp cho motor. Nó cần đi qua khối trung gian để lọc, tích trữ và ổn định điện áp. Nếu nguồn cấp quá thấp, quá cao, mất pha hoặc dao động mạnh, biến tần có thể dừng bảo vệ.
DC bus là khối trung gian một chiều bên trong biến tần. Sau khi điện xoay chiều được chỉnh lưu, dòng điện sẽ đi qua DC bus để được làm phẳng, tích trữ tạm thời và ổn định trước khi chuyển sang bộ nghịch lưu.
Nếu DC bus không ổn định, đầu ra biến tần dễ bị ảnh hưởng, khiến motor chạy không đều hoặc thiết bị báo lỗi. Đây cũng là khu vực cần lưu ý an toàn vì tụ điện bên trong vẫn có thể còn tích điện sau khi ngắt nguồn.
Bộ nghịch lưu là khối tạo ra điện xoay chiều đầu ra cấp cho motor. Khối này thường dùng IGBT để đóng ngắt rất nhanh, từ đó tạo ra điện áp đầu ra có tần số thay đổi theo lệnh điều khiển.
Khi người dùng cài đặt tốc độ mong muốn, biến tần sẽ điều chỉnh tần số đầu ra tương ứng. Tần số càng cao thì motor quay càng nhanh trong giới hạn cho phép; tần số càng thấp thì motor quay chậm hơn. Điện áp cũng được điều chỉnh để motor không bị yếu lực hoặc quá nóng.
Biến tần hoạt động bằng cách nhận điện xoay chiều đầu vào, chuyển thành điện một chiều trung gian, sau đó nghịch lưu lại thành điện xoay chiều đầu ra có tần số thay đổi. Nhờ đó, biến tần điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ.
Quá trình hoạt động có thể hiểu theo 3 bước:
Người dùng chỉ cần cài đặt tần số, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc hoặc cấp tín hiệu điều khiển từ biến trở, cảm biến, công tắc ngoài hay PLC.
Tốc độ của động cơ xoay chiều có liên quan trực tiếp đến tần số nguồn điện cấp vào motor. Khi tần số tăng, từ trường quay trong motor quay nhanh hơn, làm tốc độ trục motor tăng theo. Khi tần số giảm, tốc độ motor cũng giảm xuống.
Với nguồn điện lưới 50Hz, motor thường chạy gần tốc độ định mức. Khi dùng biến tần, tần số đầu ra có thể được điều chỉnh thấp hơn hoặc cao hơn trong giới hạn cho phép. Nhờ vậy, hệ thống vận hành linh hoạt hơn.
Khi thay đổi tần số, biến tần thường phải điều chỉnh điện áp đầu ra tương ứng để motor hoạt động ổn định. Nếu chỉ giảm tần số mà không kiểm soát điện áp phù hợp, motor có thể yếu mô-men, nóng hoặc chạy không đúng đặc tính tải.
Với ứng dụng thông dụng, biến tần thường dùng phương pháp điều khiển V/f, tức là giữ tỷ lệ giữa điện áp và tần số ở mức phù hợp. Hệ thống yêu cầu chính xác hơn có thể dùng điều khiển vector hoặc điều khiển có hồi tiếp.
Biến tần mang lại lợi ích lớn nhất ở khả năng điều khiển tốc độ motor theo nhu cầu thực tế. Thay vì để motor chạy cố định, hệ thống có thể chạy nhanh, chậm, tăng tốc hoặc giảm tốc tùy tải.
Các lợi ích chính của biến tần gồm:
Khi motor khởi động trực tiếp qua nguồn điện lưới, dòng khởi động thường cao hơn nhiều so với dòng làm việc bình thường. Dòng tăng đột ngột có thể làm CB nhảy, gây sụt áp cục bộ hoặc ảnh hưởng đến thiết bị khác.
Khi dùng biến tần, motor không cần đạt tốc độ định mức ngay lập tức. Thiết bị cho phép cài đặt thời gian tăng tốc, nhờ đó điện áp và tần số đầu ra được nâng dần theo lộ trình. Motor khởi động êm hơn và hệ thống ít bị sốc hơn.
Không phải hệ thống nào cũng cần motor chạy toàn tốc liên tục. Nhiều ứng dụng chỉ cần thay đổi tốc độ theo nhu cầu sử dụng tại từng thời điểm.
Một số ví dụ dễ thấy:
Với bơm và quạt ly tâm, giảm tốc độ motor có thể giúp giảm điện năng tiêu thụ so với việc cho motor chạy tối đa rồi dùng van hoặc cửa gió để tiết lưu.
Biến tần thường tích hợp nhiều chức năng bảo vệ như quá dòng, quá áp, thấp áp, quá tải, quá nhiệt hoặc mất pha tùy dòng sản phẩm. Các chức năng này giúp hệ thống phát hiện bất thường sớm hơn.
Dù vậy, biến tần không thể thay thế toàn bộ thiết bị bảo vệ trong tủ điện. Một hệ thống đúng vẫn cần CB, dây dẫn phù hợp, tiếp địa tốt, thông gió đúng và cài đặt bảo vệ theo thông số motor.
Nên dùng biến tần khi hệ thống cần điều chỉnh tốc độ motor, cần khởi động êm, cần giảm sốc cơ khí hoặc muốn tối ưu điện năng cho các tải phù hợp.
Các trường hợp nên cân nhắc lắp biến tần gồm:
Nếu motor chỉ chạy một tốc độ cố định, ít khởi động dừng, tải nhẹ và không cần điều chỉnh lưu lượng, tốc độ hay áp suất, việc lắp biến tần có thể chưa thật sự cần thiết.
Trường hợp phù hợp nhất để dùng biến tần là tải cần thay đổi tốc độ thường xuyên. Khi tốc độ motor ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng, áp suất, sản lượng hoặc nhịp vận hành, biến tần giúp người dùng kiểm soát hệ thống chính xác hơn.
Ví dụ, băng tải có thể cần chạy nhanh hoặc chậm tùy công đoạn. Máy khuấy có thể cần tốc độ khác nhau theo từng loại vật liệu. Quạt hút có thể không cần chạy hết công suất vào mọi thời điểm.
Biến tần cũng nên được dùng cho những tải cần khởi động êm, tránh giật mạnh khi motor bắt đầu chạy. Khi motor khởi động trực tiếp, lực kéo và dòng điện tăng nhanh trong thời gian ngắn, có thể làm rung máy, giật dây curoa, ảnh hưởng khớp nối hoặc làm sụt áp hệ thống.
Với khởi động mềm bằng biến tần, tốc độ motor được nâng dần theo thời gian cài đặt. Bộ khởi động mềm chủ yếu hỗ trợ khởi động và dừng, còn biến tần có thể điều chỉnh tốc độ trong suốt quá trình vận hành.
Để chọn đúng biến tần, cần kiểm tra điện áp nguồn, điện áp motor, công suất motor và loại tải. Nếu chọn sai một trong các yếu tố này, biến tần có thể không chạy được, chạy yếu, báo lỗi hoặc làm motor nóng bất thường.
Trước khi chọn biến tần, nên kiểm tra nhanh:
Với hệ thống quan trọng, nên chọn biến tần có dư tải hợp lý, tài liệu rõ ràng, dễ cài đặt, dễ thay thế và có hỗ trợ kỹ thuật. Không nên chọn chỉ vì giá rẻ nếu hệ thống phải chạy liên tục hoặc tải nặng.
Điện áp là yếu tố phải kiểm tra đầu tiên khi chọn biến tần. Cần xác định nguồn cấp hiện có là 1 pha 220V hay 3 pha 380V, sau đó đối chiếu với điện áp định mức của motor.
Một số biến tần công suất nhỏ có đầu vào 1 pha 220V và đầu ra 3 pha 220V. Loại này dùng khi khu vực không có điện 3 pha nhưng muốn chạy motor 3 pha 220V phù hợp. Không được nhầm với motor 3 pha 380V.
Công suất biến tần thường được chọn bằng hoặc lớn hơn công suất motor. Ví dụ motor 1.5kW thường chọn biến tần 1.5kW nếu tải nhẹ. Với tải nặng hoặc thường xuyên tăng giảm tốc, nên cân nhắc chọn dư công suất.
Không nên chỉ nhìn công suất mà bỏ qua dòng định mức của motor. Trong nhiều trường hợp, dòng điện trên tem motor mới là thông số quan trọng để cài đặt bảo vệ quá tải.
Loại tải quyết định nhiều đến cách chọn và cài đặt biến tần. Tải bơm, quạt thường khác với băng tải, máy nâng, máy cuốn hoặc máy khuấy. Nếu dùng chung một cách chọn, hệ thống dễ bị thiếu lực, báo lỗi hoặc vận hành không ổn định.
Với tải bơm và quạt, mục tiêu thường là điều chỉnh lưu lượng, áp suất hoặc lưu thông gió. Với băng tải, máy khuấy, máy cuốn hoặc máy sản xuất, cần quan tâm nhiều hơn đến mô-men, tăng giảm tốc, đảo chiều và độ ổn định tốc độ.
Biến tần giúp điều khiển tốc độ motor, giảm dòng khởi động và hỗ trợ hệ thống vận hành ổn định hơn. Khi chọn thiết bị, không nên chỉ nhìn vào công suất mà cần kiểm tra điện áp nguồn, điện áp motor, dòng định mức, loại tải và môi trường lắp đặt. Với tải nặng hoặc dây chuyền chạy liên tục, nên có kỹ thuật viên kiểm tra và cài đặt.
Có, nhưng phải chọn đúng loại biến tần hỗ trợ motor 1 pha. Không nên dùng tùy tiện như motor 3 pha.
Có thể tiết kiệm điện với tải bơm, quạt hoặc hệ thống chạy thay đổi tốc độ theo nhu cầu thực tế.
Không hoàn toàn. Biến tần điều khiển motor, còn contactor vẫn có thể cần trong mạch đóng cắt hoặc bảo vệ phù hợp.
Thông thường motor chạy định mức ở 50Hz. Tần số khác cần cài theo tải, motor và yêu cầu vận hành thực tế.
Có thể chọn lớn hơn khi tải nặng, quán tính lớn hoặc môi trường khắc nghiệt, nhưng không nên chọn quá dư gây lãng phí.
