Biến tần là một trong những thiết bị điện chuyên dụng cho công nghiệp. Tuy nhiên khi nhắc đến nó lại có khá nhiều người vẫn còn thắc mắc. Trong bài viết này, chúng tôi xin chia sẻ thông tin về biến tần là gì? Biến tần có tác dụng gì? Và công nghệ biến tần là gì cho người đọc cùng theo dõi.
Contents
Biến tần là gì?
Biến tần hay còn được gọi là inverter, bộ nghịch lưu – là một thiết bị điện tử hoặc mạch điện có chức năng thay đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Tần số AC thu được lại phụ thuộc vào thiết bị cụ thể được sử dụng.
Cấu tạo của biến tần và nguyên lý hoạt động của biến tần
Cấu tạo của biến tần
Bộ phận bên trong biến tần có nhiệm vụ tiếp nhận đầu vào có tần số cố định, sau đó biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ của động cơ. Các bộ phận chính của biến tần bao gồm:
- Bộ chỉnh lưu
- Bộ lọc
- Bộ nghịch lưu IGBT
- Mạch điều khiển
Ngoài ra, biến tần còn được tích hợp thêm một số bộ phận hỗ trợ như:
- Bộ điện kháng xoay chiều
- Bộ điện kháng 1 chiều
- Điện trở hãm
- Bàn phím
- Màn hình hiển thị
- Module truyền thống,…
Nguyên lý vận hành của biến tần
Khi biến tần bắt đầu được khởi động, dòng điện 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 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 hoặc 3 pha nhưng điện áp và tần số luôn ở mức cố định.
Điện áp 1 chiều ở trên lại được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp 1 chiều được tạo ra sẽ lưu trữ được trong giàn tụ điện. Sau đó, thông qua quá trình tự động kích hoạt phù hợp, bộ biến đổi IGBT sẽ tạo ra một nguồn điện áp xoay chiều 3 pha bằng cách điều chế độ rộng xung quanh PWM.
Biến tần có tác dụng gì?
Vai trò cơ bản của bộ biến tần là biến đổi nguồn DC thành nguồn AC. Nguồn điện xoay chiều có thể cung cấp cho gia đình và các ngành công nghiệp sử dụng tiện ích công cộng, nếu không, hệ thống điện xoay chiều của pin chỉ có thể lưu trữ nguồn điện một chiều. Ngoài ra, hầu hết các thiết bị gia dụng, cũng như các thiết bị điện khác đều có thể hoạt động tùy thuộc vào nguồn điện xoay chiều.
Nói chung, trong một số trường hợp, điện áp đầu vào nhỏ hơn bất cứ khi nào điện áp đầu ra tương đương với điện áp cung cấp lưới 120 V hoặc 240 V tùy theo quốc gia. Các thiết bị này là thiết bị độc lập cho một số ứng dụng như năng lượng mặt trời. Có nhiều loại biến tần khác nhau có sẵn trên thị trường dựa trên hình dạng dạng sóng chuyển mạch. Biến tần sử dụng nguồn điện một chiều để cung cấp điện áp xoay chiều cung cấp cho thiết bị điện tử cũng như điện.
Công nghệ biến tần là gì?
Công nghệ biến tần hay còn được gọi là công nghệ inverter là kiểu công nghệ ứng dụng để kiểm soát công suất của thiết bị, nhằm tránh tiết kiệm được tối đa nguồn năng lượng thoát ra bên ngoài.
Inverter chủ yếu dựa vào các board mạch hiện đại, được sản xuất và phát triển từ Nhật Bản. Công nghệ biến tần ứng dụng nguyên tắc cơ bản đó là kiểm soát từng tần số dao động, tùy theo thiết kế của board mạch bên trong.
Inverter cung cấp một điện áp xoay chiều từ các nguồn điện DC, giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện sử dụng điện áp nguồn xoay chiều một cách hữu ích nhất.
Các ứng dụng của biến tần
Sử dụng nguồn điện DC
Biến tần được thiết kế để cung cấp điện áp 115V AC từ nguồn 12VDC trong ô tô. Thiết bị được hiển thị cung cấp dòng điện xoay chiều phải tối đa 1,2 A hoặc đủ để cấp điện cho hai bóng đèn 60W.
Một bộ biến tần chuyển đổi điện một chiều từ pin thành điện xoay chiều. Điện có thể ở bất kỳ điện áp yêu cầu nào; cụ thể là nó có thể vận hành thiết bị xoay chiều được thiết kế cho hoạt động điện lưới, hoặc chỉnh lưu để tạo ra điện một chiều ở bất kỳ điện áp mong muốn nào.
Các UPS
Nguồn điện liên tục (UPS) sử dụng pin và bộ biến tần để cung cấp nguồn điện xoay chiều khi không có nguồn điện lưới. Khi nguồn điện lưới được khôi phục, bộ chỉnh lưu sẽ cung cấp nguồn DC để sạc lại pin.
Điều khiển tốc độ động cơ điện
Các mạch biến tần được thiết kế để tạo ra dải điện áp đầu ra thay đổi thường được sử dụng trong bộ điều khiển tốc độ động cơ. Nguồn DC cho phần biến tần có thể được lấy từ ổ cắm điện AC thông thường hoặc một số nguồn khác.
Mạch điều khiển được sử dụng để điều chỉnh đầu ra cuối cùng của phần biến tần, cuối cùng sẽ xác định tốc độ của động cơ hoạt động dưới tải cơ học của nó. Nhu cầu kiểm soát tốc độ động cơ ngày một tăng cao và được bao gồm trong những thiết bị động cơ như: thiết bị điều khiển động cơ công nghiệp, xe điện, hệ thống giao thông đường sắt và công cụ điện.
Hệ thống máy nén lạnh
Một biến tần có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ máy nén nhằm điều khiển dòng chất làm lạnh thay đổi trong hệ thống làm lạnh hoặc điều hòa không khí nhằm điều chỉnh hiệu suất của hệ thống. Việc lắp đặt như vậy được gọi là máy nén biến tần.
Các phương pháp điều hòa làm lạnh truyền thống sử dụng máy nén tốc độ đơn được bật và tắt theo định kỳ. Các hệ thống được trang bị biến tần có bộ truyền động tần số thay đổi điều khiển tốc độ của động cơ. Do đó, đầu ra của máy nén và làm mát.
Tần số của AC thay đổi từ biến tần điều khiển động cơ không chổi than hoặc động cơ cảm ứng, tốc độ này tỷ lệ với tần số của AC mà nó được cấp.Vì vậy máy nén có thể chạy ở tốc độ thay đổi, loại bỏ các chu kỳ dừng-khởi động máy nén làm tăng hiệu quả. Một bộ vi điều khiển thường theo dõi nhiệt độ trong không gian cần làm mát và điều chỉnh tốc độ của máy nén để duy trì nhiệt độ mong muốn.
Thiết bị điện tử và phần cứng hệ thống máy nén làm tăng thêm chi phí cho thiết bị, nhưng có thể dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành. Máy điều hòa không khí biến tần đầu tiên được Toshiba phát hành vào năm 1981, tại Nhật Bản.
Điện lưới
Biến tần nối lưới được thiết kế để cấp vào hệ thống phân phối điện. Chúng truyền đồng bộ với đường truyền và có hàm lượng sóng hài ít nhất có thể. Thợ điện cũng cần sử dụng dụng cụ phát hiện sự hiện diện của nguồn điện vì lý do an toàn, để không tiếp tục cấp nguồn vào lưới một cách nguy hiểm trong thời gian mất điện.
Bộ biến tần đồng bộ là bộ biến tần được thiết kế mô phỏng máy phát điện quay và có thể được sử dụng để giúp ổn định lưới điện. Chúng có thể được thiết kế để phản ứng nhanh hơn máy phát điện thông thường, trước những thay đổi của tần số lưới điện và có thể tạo cơ hội cho máy phát điện thông thường phản ứng với những thay đổi rất đột ngột về nhu cầu hoặc sản xuất.
Các bộ biến tần lớn, ở vài trăm megawatt, được sử dụng để cung cấp điện từ hệ thống truyền tải dòng điện một chiều điện áp cao đến hệ thống phân phối dòng điện xoay chiều.
Năng lượng mặt trời
Bộ biến tần năng lượng mặt trời là bộ phận cân bằng hệ thống (BOS) của hệ thống quang điện và có thể được sử dụng cho cả hệ thống nối lưới và không nối lưới. Biến tần năng lượng mặt trời có các chức năng đặc biệt được điều chỉnh để sử dụng với các mảng quang điện, bao gồm theo dõi công suất tối đa và bảo vệ chống đảo chiều.
Bộ biến tần vi năng lượng mặt trời khác với các bộ biến tần thông thường, vì mỗi bộ biến tần vi năng lượng mặt trời được gắn vào mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Đầu ra từ một số bộ biến tần siêu nhỏ sau đó được kết hợp và thường được cấp trực tiếp vào lưới điện.
Trong các ứng dụng khác, một biến tần thông thường có thể được kết hợp với một số lượng pin lớn và được duy trì bởi một bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời. Sự kết hợp của các thành phần này thường được gọi là máy phát điện năng lượng mặt trời.
Sưởi ấm
Biến tần chuyển đổi nguồn điện xoay chiều tần số thấp sang tần số cao hơn để sử dụng trong hệ thống sưởi cảm ứng. Để làm được điều này, trước tiên nguồn AC được chỉnh lưu để cung cấp nguồn DC. Sau đó biến tần thay đổi nguồn DC thành nguồn AC tần số cao.
Do giảm số lượng nguồn DC được sử dụng, điện áp đầu ra có độ phân giải cao hơn do tăng số bước để có thể đạt được hiệu quả tốt hơn. Cấu hình này gần đây đã trở nên rất phổ biến trong các ứng dụng cấp nguồn AC và điều chỉnh tốc độ. Biến tần mới này có thể tránh điốt kẹp thêm hoặc tụ điện cân bằng.
Truyền tải điện HVDC
Với truyền tải điện HVDC, nguồn AC được chỉnh lưu và nguồn DC điện áp cao được truyền đến một vị trí khác. Tại vị trí tiếp nhận, một bộ biến tần trong nhà máy biến tần tĩnh sẽ chuyển đổi nguồn điện trở lại thành AC. Biến tần phải được đồng bộ với tần số và pha lưới và hạn chế tối đa việc tạo ra sóng hài.
Vũ khí điện giật
Vũ khí và tác vụ điện giật có bộ biến tần DC / AC để tạo ra vài chục nghìn V AC từ một pin DC 9V nhỏ. Đầu tiên, 9V DC được chuyển đổi thành 400 – 2000 V AC bằng một máy biến áp tần số cao nhỏ gọn, sau đó được chỉnh lưu và lưu trữ tạm thời trong một tụ điện cao áp cho đến khi đạt đến ngưỡng điện áp đặt trước.
Khi đạt đến ngưỡng (được đặt bằng airgap hoặc TRIAC), tụ điện dồn toàn bộ tải của nó vào một máy biến áp xung, sau đó nâng nó lên đến ngưỡng điện áp đầu ra cuối cùng của nó là 20–60 kV. Một biến thể của nguyên tắc chuyển đổi này cũng được sử dụng trong đèn flash điện tử, mặc dù chúng dựa vào hệ số nhân điện áp trên tụ điện để đạt được điện áp cao.
Một số ứng dụng khác
Các ứng dụng điển hình cho bộ biến tần bao gồm:
- Thiết bị tiêu dùng di động cho phép người dùng kết nối pin, tạo ra nguồn điện xoay chiều để chạy các thiết bị điện khác nhau như đèn, TV, thiết bị nhà bếp và dụng cụ điện.
- Sử dụng trong các hệ thống phát điện trong các công ty hoặc hệ thống phát điện năng lượng mặt trời để chuyển đổi nguồn điện một chiều thành điện xoay chiều.
- Sử dụng trong bất kỳ hệ thống điện tử lớn hơn nào có nhu cầu kỹ thuật để lấy nguồn AC từ nguồn DC.
- Chuyển đổi tần số. Giả sử, nếu người dùng ở quốc gia 50 Hz cần nguồn cung cấp 60 Hz cho thiết bị cấp nguồn dành riêng cho tần số. Chẳng hạn như động cơ nhỏ hoặc một số thiết bị điện tử, thì có thể chuyển đổi tần số bằng cách chạy một biến tần với đầu ra 60 Hz từ nguồn DC, hoặc như nguồn điện 12V chạy từ nguồn điện lưới 50 Hz.
Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết nhất mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc về biến tần là gì và công nghệ biến tần hiện đại nhất ngày nay. Hy vọng qua bài viết này, các bạn sẽ nắm được toàn bộ kiến thức về biến tần và ứng dụng của nó trong tương lai.
