Biến tần trong ngành công nghiệp

BIẾN TẦN TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP

I. Định nghĩa tìm hiểu về biến tần:

Biến tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào thành điện áp hoặc dòng điện có tần số thay đổi được ở ngõ ra.

II. Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Biến tần được sử dụng hầu hết trên thị trường hiện nay là loại biến tần nguồn áp có cấu trúc mạch như hình vẽ bên dưới.
Cấu trúc mạch gồm các khối sau:
Bộ chỉnh lưu:gồm 6 con diod công suất mắc dạng mạch cầu ba pha có nhiệm vụ chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều
Mạch trung gian: gồm có tụ điện một chiều Cf có điện dung khá lớn ( khoảng vài ngàn μF) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như một nguồn áp. Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng chỉnh lưu. Công tắc bán dẫn S có nhiệm vụ đóng mạch xả điện áp trên tụ điện qua một điện trở hãm RH mắc song song với tụ điện khi biến tần hoạt động ở chế độ hãm.
Bộ nghịch lưu: gồm 6 công tắc bán dẫn loại IGBT hoặc Mosfet kênh N (đối với biến tần công suất nhỏ thì 6 công tắc bán dẫn này sẽ được đúc chung một khối gọi là bẹ công suất). Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều ba pha có tần số thay đổi.
Khối xử lí: thường sử dụng loại vi điều khiển hoặc vi xử lí sau khi nhận được tín hiệu hồi tiếp dòng điện và điện áp ngõ ra của biến tần khối xử lí sẽ tính toán và xuất ra chùm xung kích đưa đến khối Driver Opto
Khối Driver Opto: có nhiệm vụ cách ly giữa phần điều khiển và công suất, điều khiển công tắc bán dẫn ở phần nghịch lưu của biến tần sau khi nhận được tín hiệu xung kích từ khối xử lí đưa tới.
Nguyên lý làm việc của biến tần như sau: đầu tiên nguồn điện một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu và tụ điện ở mạch trung gian. Nhờ vậy hệ số cos  của biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng thông qua hệ IGBT của bộ nghịch lưu bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lí và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm làm giảm tiếng ồn cho động cơ và làm giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Hệ thống điện xoay chiều ba pha ở ngõ ra biến tần có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển

Cấu trúc mạch của biến tần

III. Ưu điểm của biến tần khi sử dụng để điều khiển động cơ

• Với đặc tính khởi động mềm của biến tần cho phép khống chế dòng khởi động không vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tránh sụt áp và tiết kiệm điện năng khi khởi động.
• Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưu được việc sử dụng điện năng
• Khi sử dụng biến tần trong các dây chuyền sản xuất có thể tiết kiệm được 30 – 50% năng lượng điện.
• Biến tần có đầy đủ các chức năng bảo vệ cần thiết như:bảo vệ quá dòng, quá áp, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ mất pha,lệch pha trên động cơ, bảo vệ mất pha nguồn… giúp tăng tuổi thọ động cơ.

IV. Một số điều lưu ý khi sử dụng biến tần

• Hiện nay trên thi trường có hai dòng sản phẩm biến tần sử dụng hai phương pháp điều khiển khác nhau:
- Bộ biến tần sử dụng phương pháp điều khiển V/f. Loại này phù hợp với các ứng dụng cho bơm và quạt gió hoặc các loại tải khác có các yêu cầu moment khởi động không lớn và ít làm việc ở vùng tốc độ thấp như băng tải, thang cuốn, máy đóng gói, các máy nhựa (dòng sản phẩm này là lựa chọn tối ưu cho giải pháp tiết kiệm năng lượng với chi phí đầu tư thấp)
- Bộ biến tần sử dụng phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector Modulation) với chế độ điều khiển “ Sensorless vector” hoặc “ Vector Control With Encoder Feedback” được sử dụng cho tải có yêu cầu moment khởi động lớn và điều kiện đóng cắt liên tục, hay phải thường xuyên làm việc ở vùng tốc độ thấp như máy công cụ, cầu trục, cần trục nâng hạ trong công nghiệp, thang máy…(dòng sản phẩm này là lựa chọn tối ưu cho giải pháp tiết kiệm năng lượng với chi phí đầu tư lớn)
Do đó tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.
• Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.
• Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 5000C, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn, độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt nước biển
• Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
• Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.
• Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.
• Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.

V. Khảo sát biến tần Micromaster

1. Tổng quan
Biến tần Micromaster là thiết bị biến đổi tần số dùng để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha. Có dãy công suất ngõ vào từ 120W đến 7,5KW
Đặc điểm biến tần:
• Dể dàng lắp đặt và cài đặt chương trình
• Có chức năng điều khiển vòng kín PI
• Moment khởi động cao
• Có khả năng điều khiển bằng cổng RS 485( có khả năng điều khiển mở rộng tới 31 biến tần)
• Tần số ngõ ra biến tần có thể điều chỉnh bằng 5 phương pháp:
- Chỉnh tần số cài đặt bằng keypad
- Điều chỉnh tần số cài đặt bằng ngõ vào analog
- Điều khiển tần số bằng cách thay đổi các chân digital ngõ vào
- Điều khiển tần số bằng cổng truyền dữ liệu nối tiếp
• Thời gian tăng tốc và giảm tốc với đặc tính cơ mềm mại
2. Sơ đồ đấu dây
a. Đấu dây mạch động lực

Một số lưu ý khi đấu dây biến tần:
Nếu ta sử dụng nguồn điện vào một pha 220V thì điện áp ba pha ngõ ra biến tần là 220V.
Nếu ta sử dụng nguồn điện vào ba pha 380V thì điện áp ba pha ngõ ra biến tần là 380V.
Do đó khi đấu dây động cơ vào biến tần ta phải chú ý đến điện áp làm việc của động cơ

b. Đấu dây ngõ vào điều khiển biến tần:

Bảng điều khiển/ Nút nhấn	Hàm	Chức năng
	Xoay nhẹ động cơ	Nhấn nút này khi biến tần không có tín hiệu ra, làm cho động cơ khởi động và chạy tại tần số xác định. Động cơ dừng khi thả nút này ra. Khi động cơ đang chạy nút này không tác dụng. Nút này không sử dụng được khi set tham số P123=0
	Khởi động biến tần	Nhấn nút này để khởi động biến tần. Nút này không có sử dụng được khi set tham số P121 =0
	Tắt biến tần	Nhấn nút này tắt biến tần OFF1: nhấn nút này một lần làm cho động cơ dừng theo thời gian giảm tốc OFF2: nhấn nút này hai lần( hay 1 lần nhưng giữ lâu) làm cho động cơ dừng nhanh
	Led hiển thị	Trình bày trên màn hình những giá trị cài đặt trên biến tần
	Thay đổi chiều quay	Nhấn nút này để thay đổi chiều quay động cơ. Khi động cơ đảo chiều, trên màn hình sẽ hiện dấu” –“. Nút này không sử được khi set tham số P122 =0
	Tăng giá trị	Nhấn nút này để tăng giá trị tần số ngoài ra dùng thay đổi số tham số với giá trị cài đặt lớn hơn. Nút này không sử dụng được khi set tham số P124 =0
	Giảm giá trị	Nhấn nút này để giảm giá trị tần số ngoài ra dùng thay đổi số tham số hoặc giá trị cài đặt nhỏ hơn. Nút này không sử dụng được khi set tham số P124 =0
	Truy cập tham số	Nhấn nút này dùng để truy cập tham số. Nút này không sử dụng được khi set tham số P051 =14, P052 = 15, P053 =14