Biến tần là gì?

Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh.
Hay con gọi biến tần là thiết bị điện dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đầu ra.

– Biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số.

Nói một các dễ hiểu nhất thì các bạn có thể hiểu biến tần là một thiết bị điện dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số dòng điện cung cấp. Ngoài ra biến tần còn có 1 số chức năng khác bảo vệ động cơ, tiết kiệm năng lượng khi chạy ở tần số thấp. Ở động cơ xoay chiều 3 pha thì tốc độ của nó có mối quan hệ với tần số dòng điện như sau:

Trong đó :
ω : Vận tốc quay.
f : tần số dòng điện cấp cho động cơ.
M : Momen, Mth là momen tới hạn.

Nhìn từ hình ảnh đường đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB ta thấy khi tốc độ càng cao thì momen tới hạn càng giảm, với cùng 1 mức moment =const (Hằng số) thì f tăng, vận tốc cũng tăng.

Như vậy muốn điều chỉnh tốc độ động cơ, ta sẽ tăng giảm tần số dòng điện cấp cho động cơ tương ứng.

Một số Hãng biến tần phổ biến trên thế giới
Hiện nay ở Việt Nam có khoảng 30 Hãng biến tần, các tên tuổi lớn như Biến tần ABB, Biến tần Siemens, Biến tần Mitsubishi, Biến tần Ls, Biến tần Delta, Biến tần Schneider …

Xem thêm:cách cài đặt biến tần

Cấu tạo biến tần

Gồm có 3 bộ phận chính: Bộ lọc, Mạch chỉnh lưu, Mạch nghịch lưu

Nguyên lý hoạt động của biến tần

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 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 cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Nguyên lý tiết kiệm điện của biến tần

Khi động cơ thường chạy hết công suất, thời gian chạy tốc độ thấp nhỏ so với tổng thời gian chạy, tần số bằng tần số định mức f= 50Hz thì nói chung việc lắp biến tần sẽ phục vụ cho nhu cầu thay đổi tốc độ động cơ, khởi động mềm tránh sụp áp, bảo vệ động cơ. Ý nghĩa của việc tiết kiệm điện năng sẽ không có nhiều.

Tuy nhiên trong thực tế chúng ta thường không nhất thiết phải chạy hết công suất f=50Hz. Động cơ chỉ cần chạy với tần số f=40Hz đã đủ rồi, và như vậy việc lắp biến tần để tiết kiệm điện năng sẽ có ý nghĩa rất lớn.

Ta có: Mối quan hệ giữa công suất tiêu thụ và tần số như sau :

P1/P2= (f1/f2)³

Trong đó:
P là công suất tiêu thụ
f là tần số dòng điện cấp cho động cơ

Tính toán tiết kiệm điện
Ví dụ 1:
Nếu nhu cầu thực tế ta chỉ cần chạy tần số 30Hz là đáp ứng được yêu cầu thì ta sẽ có công suất tiêu thụ là

P1 = P2*(30/50)³ = P2 * 21,6%

Như vậy là ta đã tiết kiệm được điện năng lên tới 78.4%

Ví dụ 2:
Ta xét một động cơ có công suất 55Kw và có đặc tính chạy trong 1 ngày như sau
– Chạy 4 tiếng công suất max f=50 Hz
– Chạy 12 tiếng với công suất trung bình f=40 Hz
– Chạy 8 tiếng công suất nhẹ f=30Hz

Các thông tin:
Giá tiền điện là 1.700 VND/ kWh
Mỗi ngày chạy 24 tiếng và 1 năm biến tần chạy 360 ngày
Mua biến tần Delta (kinh tế) dòng cho bơm quạt model VFD550CP43A giá khoảng 37 triệu

Tính toán:
Khi chưa lắp biến tần thì động cơ luôn chạy với tốc độ định mức f=50Hz, P= P max
P = P max = 360 x 24 x 55 x 1.700 = 807.840.000 (VNĐ)

Khi lắp biến tần:
P = P1 + P2 +P3 = 360 x 4 x 55 x (50/50)^3 x1.700 + 360 x 12 x 55 x (40/50)^3 x 1.700 + 360 x 8 x 55 x (30/50)^3 x 1.700 = 134.640.000 + 206.807.040 + 58.164.480 = 399.611.520 (VNĐ)

Thời gian khấu hao:
37/ (807-399) = 0.09 năm = 1 tháng

Như vậy ta có thể nhìn thấy số tiền điện trong một năm từ một con số kinh hoàng 807 triệu/ năm đã giảm đi một nửa với chi phi phát sinh chỉ 37 triệu cho biến tần. Thời gian khấu hao chỉ có 1 tháng. Các bạn nếu chưa biết đến vấn đề này, vẫn còn đang thắc mắc biến tần là gì thì hãy nhanh chóng nghĩ ngay xem xưởng sản xuất của mình hoặc của người quen đã lắp biến tần chưa, đặc biệt cho các động cơ công suất lớn và dư tải.

Đọc đến đây chắc hẳn các bạn đã hiểu biến tần là gì ?Và tại sao biến tần lại quan trọng và được sử dụng rộng rãi đến thế trong các khu công nghiệp, xưởng sản xuất. Nó là một thiết bị gần như không thể thiếu và có ý nghĩa cực kỳ quan trọng.

Tuy nhiên, hiện nay ngoài chức năng chính là điều khiển tốc độ động cơ, tiết kiệm điện năng thì biến tần ngày nay rất thông minh, nó có tích hợp cả thuật toán PID, tích hợp cả PLC, điều khiển Torque….