mcttvietnam
New member
- Bài viết
- 12
- Được Like
- 0
Biến tần được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: hệ thống bơm – quạt, băng tải, máy nén khí, HVAC, thang máy, máy CNC, và các dây chuyền tự động hóa công nghiệp. Ngoài khả năng điều chỉnh tốc độ, biến tần còn tích hợp nhiều tính năng bảo vệ như: quá dòng, quá áp, mất pha, quá nhiệt, giúp tăng tuổi thọ cho cả động cơ và hệ thống.
Nếu nó sử dụng điốt, nguồn DC đầu ra chuyển đổi không điều khiển được trong khi sử dụng SCR, nguồn ra DC sẽ thay đổi khi điều khiển cổng. Cần tối thiểu sáu điốt để chuyển đổi ba pha, vì vậy bộ chỉnh lưu được coi là bộ chuyển đổi sáu xung.
Giả sử rằng biến tần đang hoạt động trên hệ thống điện 480V. Định mức 480V là “rms” (root mean squared). Các cực đại trên hệ thống 480V là 679V. Như bạn có thể thấy, bus VFD có điện áp một chiều với gợn sóng xoay chiều. Điện áp chạy trong khoảng từ 580V đến 680V.
Chúng ta có thể loại bỏ gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm một tụ điện. Tụ điện hoạt động theo kiểu tương tự như một bể chứa hoặc bộ tích lũy trong hệ thống ống nước. Tụ điện này hấp thụ gợn sóng xoay chiều và cung cấp điện áp một chiều phẳng. Độ gợn sóng AC trên bus DC thường nhỏ hơn 3 Volts. Do đó, điện áp trên bus DC trở thành “xấp xỉ” 650VDC. Điện áp thực tế sẽ phụ thuộc vào mức điện áp của dòng AC cấp cho biến tần, mức độ mất cân bằng điện áp trên hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ cuộn kháng hoặc bộ lọc sóng hài nào trên biến tần.
Bộ chuyển đổi cầu diode chuyển đổi AC-sang-DC (bộ chỉnh lưu). Bộ chuyển đổi chuyển đổi từ một chiều trở lại xoay chiều (bộ nghịch lưu), tuy nhiên để phân biệt với bộ chuyển đổi diode, nó thường được gọi là “inverter”. Nó đã trở nên phổ biến trong ngành khi coi bất kỳ bộ chuyển đổi DC-sang-AC nào như một bộ biến tần (inverter) hay AC drive.
Khi chúng ta đóng một trong các chuyển mạch trên cùng trong bộ chuyển đổi, pha đó của động cơ được kết nối với bus một chiều dương và điện áp trên pha đó trở thành dương. Khi chúng ta đóng một trong các chuyển mạch dưới cùng trong bộ chuyển đổi, pha đó được kết nối với bus một chiều âm và trở thành âm. Do đó, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào trên động cơ trở nên dương hoặc âm theo ý muốn và do đó có thể tạo ra bất kỳ tần số nào mà chúng ta muốn. Vì vậy, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào là cực dương, cực âm hoặc bằng không.
Lưu ý rằng đầu ra từ VFD là dạng sóng “hình chữ nhật”. VFD không tạo ra đầu ra hình sin. Dạng sóng hình chữ nhật này sẽ không phải là lựa chọn tốt cho các hệ thống điều khiển chung, nhưng hoàn toàn phù hợp cho động cơ.
Nếu chúng ta muốn giảm tần số động cơ xuống 30 Hz, thì chúng ta chỉ cần chuyển các transistor đầu ra của biến tần hoạt động chậm hơn. Nhưng, nếu chúng ta giảm tần số xuống 30 Hz, thì chúng ta cũng phải giảm điện áp xuống 240V để duy trì tỷ lệ V / Hz (xem phần trình bày Lý thuyết điều khiển Động cơ bằng VFD để biết thêm về điều này). Làm thế nào chúng ta sẽ giảm điện áp nếu điện áp duy nhất mà chúng ta có là 650VDC?
Đây được gọi là điều chế độ rộng xung (PWM). Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có thể kiểm soát áp suất trong đường nước bằng cách bật và tắt van ở tốc độ cao. Mặc dù điều này sẽ không thực tế cho các hệ thống ống nước, tuy nhiên nó rất khả thi với VFD. Chú ý rằng trong nửa chu kỳ đầu tiên, điện áp BẬT một nửa thời gian và TẮT một nửa thời gian. Như vậy, điện áp trung bình là một nửa của 480V hoặc 240V. Bằng cách tạo xung đầu ra, chúng ta có thể đạt được bất kỳ điện áp trung bình nào trên đầu ra của VFD.
Biến tần là gì?
Biến tần (Inverter hoặc VFD – Variable Frequency Drive) là thiết bị điện dùng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện xoay chiều (AC) thông qua việc thay đổi tần số và điện áp nguồn cấp. Đây là giải pháp điều khiển hiện đại, giúp tiết kiệm năng lượng, giảm hao mòn cơ khí và nâng cao hiệu quả vận hành của máy móc.
Cấu tạo biến tần VFD
Hai tính năng chính của biến tần là có thể điều chỉnh tốc độ và khả năng khởi động / dừng mềm. Hai tính năng này làm cho VFD trở thành một bộ điều khiển mạnh mẽ để điều khiển động cơ AC. VFD chủ yếu bao gồm bốn phần: chỉnh lưu, liên kết DC trung gian (DC Bus), nghịch lưu và mạch điều khiển.- Khối Chỉnh lưu
Nếu nó sử dụng điốt, nguồn DC đầu ra chuyển đổi không điều khiển được trong khi sử dụng SCR, nguồn ra DC sẽ thay đổi khi điều khiển cổng. Cần tối thiểu sáu điốt để chuyển đổi ba pha, vì vậy bộ chỉnh lưu được coi là bộ chuyển đổi sáu xung.
- DC Bus
- Khối Nghịch lưu
- Mạch điều khiển
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Giai đoạn đầu tiên biến tần AC (VFD) đóng vai trò là bộ chuyển đổi (bộ chỉnh lưu). Bộ chuyển đổi bao gồm sáu điốt, tương tự như van một chiều được sử dụng trong hệ thống ống nước. Chúng cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều hướng; hướng được hiển thị theo như hình mũi tên trong biểu tượng diode. Ví dụ, bất cứ khi nào điện áp pha A (điện áp tương tự như áp suất trong hệ thống ống nước) dương hơn điện áp pha B hoặc C, thì điốt đó sẽ mở và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha B trở nên tích cực dương hơn pha A, thì diode pha B sẽ mở và diode pha A sẽ đóng. Điều này cũng đúng đối với 3 điốt ở phía tích cực âm của Bus. Do đó, nhận được sáu “xung” hiện tại khi mỗi diode mở và đóng. Đây được gọi là “six-pulse VFD”, là cấu hình tiêu chuẩn cho các biến tần hiện tại.
Giả sử rằng biến tần đang hoạt động trên hệ thống điện 480V. Định mức 480V là “rms” (root mean squared). Các cực đại trên hệ thống 480V là 679V. Như bạn có thể thấy, bus VFD có điện áp một chiều với gợn sóng xoay chiều. Điện áp chạy trong khoảng từ 580V đến 680V.
Chúng ta có thể loại bỏ gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm một tụ điện. Tụ điện hoạt động theo kiểu tương tự như một bể chứa hoặc bộ tích lũy trong hệ thống ống nước. Tụ điện này hấp thụ gợn sóng xoay chiều và cung cấp điện áp một chiều phẳng. Độ gợn sóng AC trên bus DC thường nhỏ hơn 3 Volts. Do đó, điện áp trên bus DC trở thành “xấp xỉ” 650VDC. Điện áp thực tế sẽ phụ thuộc vào mức điện áp của dòng AC cấp cho biến tần, mức độ mất cân bằng điện áp trên hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ cuộn kháng hoặc bộ lọc sóng hài nào trên biến tần.
Bộ chuyển đổi cầu diode chuyển đổi AC-sang-DC (bộ chỉnh lưu). Bộ chuyển đổi chuyển đổi từ một chiều trở lại xoay chiều (bộ nghịch lưu), tuy nhiên để phân biệt với bộ chuyển đổi diode, nó thường được gọi là “inverter”. Nó đã trở nên phổ biến trong ngành khi coi bất kỳ bộ chuyển đổi DC-sang-AC nào như một bộ biến tần (inverter) hay AC drive.
Khi chúng ta đóng một trong các chuyển mạch trên cùng trong bộ chuyển đổi, pha đó của động cơ được kết nối với bus một chiều dương và điện áp trên pha đó trở thành dương. Khi chúng ta đóng một trong các chuyển mạch dưới cùng trong bộ chuyển đổi, pha đó được kết nối với bus một chiều âm và trở thành âm. Do đó, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào trên động cơ trở nên dương hoặc âm theo ý muốn và do đó có thể tạo ra bất kỳ tần số nào mà chúng ta muốn. Vì vậy, chúng ta có thể làm cho bất kỳ pha nào là cực dương, cực âm hoặc bằng không.
Lưu ý rằng đầu ra từ VFD là dạng sóng “hình chữ nhật”. VFD không tạo ra đầu ra hình sin. Dạng sóng hình chữ nhật này sẽ không phải là lựa chọn tốt cho các hệ thống điều khiển chung, nhưng hoàn toàn phù hợp cho động cơ.
Nếu chúng ta muốn giảm tần số động cơ xuống 30 Hz, thì chúng ta chỉ cần chuyển các transistor đầu ra của biến tần hoạt động chậm hơn. Nhưng, nếu chúng ta giảm tần số xuống 30 Hz, thì chúng ta cũng phải giảm điện áp xuống 240V để duy trì tỷ lệ V / Hz (xem phần trình bày Lý thuyết điều khiển Động cơ bằng VFD để biết thêm về điều này). Làm thế nào chúng ta sẽ giảm điện áp nếu điện áp duy nhất mà chúng ta có là 650VDC?
Đây được gọi là điều chế độ rộng xung (PWM). Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có thể kiểm soát áp suất trong đường nước bằng cách bật và tắt van ở tốc độ cao. Mặc dù điều này sẽ không thực tế cho các hệ thống ống nước, tuy nhiên nó rất khả thi với VFD. Chú ý rằng trong nửa chu kỳ đầu tiên, điện áp BẬT một nửa thời gian và TẮT một nửa thời gian. Như vậy, điện áp trung bình là một nửa của 480V hoặc 240V. Bằng cách tạo xung đầu ra, chúng ta có thể đạt được bất kỳ điện áp trung bình nào trên đầu ra của VFD.
Bài viết liên quan
