Giới thiệu về biến tần

Biến tần là gì ?

Một câu hỏi của tôi khi bắt đầu đi làm cũng như các bạn sinh viên khi còn ngồi ghế nhà trường vì không có một trường nào dạy về biến tần là gì mà chỉ nói một cách mơ hồ. Khi bắt đầu đi làm thì bất cứ chổ nào có động cơ là có biến tần dùng để khởi động cũng như để điều khiển tốc độ động cơ, từ đông cơ 1 pha hay động cơ 3 pha đều cũng cần dùng đến biến tần .

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của điện áp lưới để thay đổi tốc độ động cơ. Chúng ta có thể thay đổi tần số của điện lưới từ 0-50 Hz bằng tay hoặc tự động. 

Ứng dụng biến tần điều khiển motor

Biến tần thay đổi tốc độ động cơ bằng cách nào ?

Với công thức : n= 60f/p 

Trong đó: 

n : tốc độ động cơ

f : tần số thay đổi 

p : số cặp cực 

Trong đó chúng ta thấy p là một hằng số thông thường bằng 2 thì để thay đổi tốc độ của động cơ thì chỉ cần thay đổi tần số đầu vào. Biến tần giải quyết được vấn đề này thay đổi từ 0-50 Hz hoặc thậm chí cao hơn với các máy công cụ .

Nguyên lý hoạt động biến tần

Nguyên lý hoạt động biến tần

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. Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ 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. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cực cổng 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 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.

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều đi qua bộ diode cầu chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều (AC thành DC) thành dòng điện một chiều.

Sau khi chuyển đổi thành dòng điện một chiều, dòng điện sẽ đi qua một tụ lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng.

Cuối cùng, điện áp một chiều này được biến đổi nghịch lưu (DC thành AC) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng nhau thông qua transistor lưỡng cực có cực cổng cách ly bằng phương pháp điều chế độ rộng xung.

Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.

Sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung trong biến tần giúp điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hoặc là sử dụng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ.

Các loại biến tần thường dùng hiện nay

Biến tần AC

Biến tần 1 pha – biến tần 3 pha dùng điện áp AC là loại biến tần phổ biến nhất & được dùng rộng rãi trong công nghiệp. Hầu  như 90% các động cơ trong nhà máy đều dùng biến tần AC .

Biến tần DC

Để điều chỉnh điện áp đầu vào 1 chiều cho động cơ DC thì biến tần DC là một lựa chọn phù hợp nhất. Đây là loại biến tần dùng cho các ứng dụng đơn giản .

Biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào

Nếu chúng ta có một điện áp 1 pha 220V và có một động cơ 3 pha 220V thì có thể dùng biến tần thay đổi nguồn điện đầu vào để khởi động động cơ.

Tương tự nếu chúng ta có điện áp 1 pha 220V mà muốn điều khiển động cơ 3 pha 380V có công suất lớn hơn 2.2Kw thì cần làm các bước sau đây :

• Mua một biến áp 220V sang 380V – tần số 50Hz, tuỳ theo công suất mà chúng ta chọn loại dòng 10-20 A
• Mua một biến tần 3 pha 380V có công suất lớn hơn công suất động cơ khoảng 20%

Đầu tiên cấp nguồn 220V cho biến áp, từ biến áp ra 380V chúng ta cấp cho biến tần. Biến tần sẽ có 3 chân đầu vào L1-L2-L3 chúng ta kết nối nguồn 220V vào chân L1/R và L3/T còn chân L2 không sử dụng. 

Với cách làm này chúng ta đã có thể điều khiển động cơ có công suất lớn với nguồn 220V để điều khiển động cơ 380V .

Đối với các động cơ 3 pha nguồn 220V có công suất dưới 2.2Kw thì chúng ta chỉ cần dùng biến tần 1 pha 220V ra 3 pha 220V thì có thể dùng trực tiếp mà không cần sử dụng tới máy biến áp.

Biến tần chỉnh độ rộng xung

Biến tần điều chỉnh độ rộng xung (PWM) là loại biến tần phức tạp nhất. Nó cũng cho phép Motor điện hoạt động hiệu quả hơn. PWM thực hiện điều này thông qua việc sử dụng các bóng bán dẫn. Các bán dẫn chuyển đổi dòng điện một chiều ở các tần số khác nhau và do đó cung cấp một loạt các xung điện áp cho động cơ động cơ điện. Mỗi xung được chia thành từng phần để phản ứng với điện kháng của động cơ điện và tạo ra dòng điện thích hợp trong động cơ điện.

Biến tần Vector – biến đổi độ rộng xung

Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung là một loại biến tần mới. Chúng sử dụng một loại hệ thống điều khiển thường kết hợp chặt chẽ với động cơ điện một chiều. Các biến tần có một bộ vi xử lý, chúng được kết nối với động cơ điện thông qua một vòng điều khiển kín. Điều này cho phép bộ xử lý có thể kiểm soát chặt chẽ hơn hoạt động của động cơ điện.

Hướng dẫn cài đặt biến tần

Để cài đặt biến tần chạy theo mong muốn trước hết chúng ta phải biết cách đấu dây của biến tần với động cơ để điều khiển chính xác nhất .

Cách đấu dây biến tần

Khi đấu dây biến tần chúng ta cần lưu ý là không được cấp nguồn AC trước khi đấu dây với biến tần bởi vì khi đã cắt nguồn thì điện tích vẫn còn tích tụ trong boar mạch của biến tần. Chính vì thế chỉ khi nào đèn Led trên biến tần tắt hẳn chúng ta mới tiến hành lắp đặt & tuyệt đối không được chạm tay hay các thiết bị dẫn điện vào biến tần trước khi đèn LED trên biến tần tắt hoàn tòan.

Cách đấu dây biến tần với động cơ và tín hiệu điều khiển

• Nguồn cấp từ MCCB vào R/L1 – S/L2 – T/L3 đấu với nguồn 3 pha và L1 – L3 đối với nguồn 1 pha .
• U/T1 – V/T2 – W/T3 sẽ được đấu với động cơ 3 pha 
• FLA – relay 1 thường mở , FLB relay 1 thường đóng của FLC 
• RY – relay 2 của RC 
• S1 – S2 – S3 dùng để điều chỉnh tốc độ của động cơ tương ứng với tần số cài trong phần cài đặt của biến tần
• RES reset biến tần
• R chạy ngược ( cài đặt tuỳ ý )
• F chạy thuận ( cài đặt tuỳ ý )
• PP – VIA – CC là vị trí lắp đạt biến trở để điều chỉnh tốc độ bằng tay qua biến trở
• CC – VIB biến tần điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng tín hiệu 0-10V
• CC – VIC biến tần điều chỉnh tốc độ motor bằng tín hiệu 4-20mA
• SW1 khu vực điều chỉnh biến tần phát ra nguồn hay không phát nguồn để điều khiển tốc độ

Khi chúng ta dùng cảm biến áp suất để điều khiển áp lưc bơm hay dùng cảm biến chênh áp để điều chỉnh tốc độ gió có tín hiệu 4-20mA. Chúng ta kết nối với chân VIC-CC để biến tần hoạt động tự động theo tải thực tế mà không cần phải điều chỉnh bằng tay.

Cài đặt biến tần

Thông số chọn cách RUN/STOP.

Cụm từ (Main run source selection), (Operation Method) hoặc (Drive Mode – Run/Stop Method) 

Trong đó có các lựa chọn như sau:

0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím.
1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.

Thời gian tăng tốc ( Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)

Biến tần khởi động trung bình khoảng 8-15 giây để cho motor chạy được tốc độ tối đa khi chúng ta nhấn RUN hoặc biến tần chạy tự động . Tuỳ vào các ứng dụng cụ thể mà chúng ta có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc tức là khi chúng ta tác động bằng STOP hay tự động động cơ sẽ dừng hẳn, một số biến tần có chế độ bỏ qua chức năng Deceleration tức là động cơ sẽ dừng tự do .

Cách thay đổi tần số biến tần

• Thông qua S1 – S2 – S3 chúng ta có thể cài đặt từng dãy tối độ cho biến tần hoạt động. VD : S1 tương ứng 20 Hz , S2 tương ứng 35 Hz và S3 50 Hz. Khi chúng ta tắc động bằng tay vào các S này thì biến tần sẽ hoạt động theo cấp tốc độ chúng ta mong muốn.
• PP – VIA – CC là chân kết nối điều khiển tốc độ quay của động cơ bằng biến trở – tức là chúng ta có thể điều chỉnh tốc độ từ 0-50 Hz tương ứng giới hạn Min – Max của biến trở này 
• CC – VIB biến tần điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng tín hiệu 0-10V
• CC – VIC biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ bằng tín hiệu 4-20mA

Giới hạn tốc độ quay

Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency), là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz, giả sử khi số này cài là 50Hz thì động cơ chạy tối đa là 50Hz, n=60×50/2 = 1500 vòng/phút, có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1-60Hz) đối với động cơ thường.

Lưu ý khi lắp đặt biến tần:

• Kiểm tra từng bộ phận, thành phần của thiết bị để đảm bảo là thiết bị không bị hư hỏng khi vận chuyển.
•  Không được nối các chân U/T1, V/T2, W/T3 của biến tần trực tiếp tới nguồn cấp.
• Chỉ những người có chuyên môn về thiết bị mới được phép lắp đặt, đấu dây và bảo trì thiết bị.
• Mặc dù động cơ đã dừng, nhưng điện tích vẫn tích lũy trên mạch điện có thể gây nguy hiểm cho người vận hành
• Nếu biến tần không được sử dụng từ 3 tháng trở lên thì nhiệt độ bảo quản không được cao hơn 30°C. Khuyến cáo là không nên cho biến tần ngừng vận hành hoặc lưu kho nhiều hơn 1 năm vì có thể gây ra điện phân của tụ điện.
• Đảm bảo là mã số seri in trên bao đóng gói phải trùng với mã số seri in trên thiết bị
• Đảm bảo là điện áp cung cấp nằm trong khoảng cho phép được chỉ định in trên thiết bị.
• Lắp đặt thiết bị theo sách hướng dẫn sử dụng.
• Trước khi cấp nguồn, phải đảm bảo là tất cả các thiết bị bao gồm: nguồn cấp, động cơ, board điều khiển và bàn phím phải được kết nối chính xác.
• Khi đấu dây biến tần, phải đảm bảo đấu dây đúng các chân ngõ vào “R/L1, S/L2, T/L3” và các chân ngõ ra ”U/T1, V/T2, W/T3” để tránh gây hư hỏng cho biến tần.
• Sau khi cấp nguồn, có thể lựa chọn ngôn ngữ và cài đặt nhóm thông số bằng bàn phím (KPC-CC01).
• Sau khi cấp nguồn, phải cho biến tần chạy thử với tốc độ thấp sau đó tăng dần từ từ để đạt được tốc độ mong muốn. Điều này rất quan trọng vì nếu tăng tần số lên Max ngay từ ban đầu. Biến tần có nguy cơ bị hư hỏng nếu động cơ gặp sự cố hoặc hệ thống được thiết kế quá sát hoặc trên tải.

Với bài viết này, tôi mong mọi người đang tìm hiểu về biến tần cũng như đang gặp khó khăn về cách cài đặt cũng như lắp đặt biến tần có thể sử dụng biến tần một cách hiệu quả nhất. Trong bài viết không thể tránh có nhiều sai sót mong mọi người góp ý bên dưới.