Định nghĩa máy biến tần là gì?
Gần đây, rất nhiều sản phẩm từ điều hòa, tủ lạnh, quạt máy... đã ứng dụng công nghệ biến tần (inverter) nhằm tiết kiệm điện, tuy nhiên nguyên lý hoạt động của công nghệ inverter thế nào thì không phải ai cũng biết.
Để tìm hiểu kỹ về công nghệ may bien tan
(inverter), Tiến sĩ Trần Văn Thịnh, Viện Điện - ĐH Bách khoa Hà Nội
cho biết: Biến tần (Inverter) là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ
động cơ. Trên thế giới hiện nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong
công nghiệp. Ngoài ý nghĩa về mặt điều khiển, nó còn có nhiều chức năng
khác như khởi động mềm, phanh, đảo chiều, điều khiển thông minh…Trong
đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần còn mang lại hiệu quả kinh tế,
giúp tiết kiệm điện.
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất biến tần, có nhiều loại khác nhau: Loại 1 pha, 3 pha và có nhiều dải công suất khác nhau
Nguyên lý hoạt động của máy 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. Nhờ vậy,
hệ số công suất cosphi 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 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 lực 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.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu
ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều
khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định
tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số
điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật
này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra
đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải
bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
Ngoài ra, biến tần đã tích hợp rất nhiều
kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau.
Biến tần có tích hợp cả bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ PID và thích
hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều
khiển và giám sát trong hệ thống quản lý và giám sát điện năng SCADA.
Vì sao biến tần giúp tiết kiệm điện?
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.
Qua tính toán với các dữ liệu thực tế,
với các chi phí thực tế thì với một động cơ sơ cấp khoảng 100 kW, thời
gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ biến tần là khoảng từ 3 tháng đến 6
tháng. Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí nghiệp sử dụng máy biến tần
này và đã có kết quả rõ rệt.
Nhờ tính năng kỹ thuật cao với công nghệ
điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối ưu về năng lượng) các bộ biến
tần giúp tiết kiệm khoảng 44% điện năng.
Các ứng dụng công nghệ biến tần hiện nay
- Điều hòa, máy biến tần dùng cho máy bơm, tủ lạnh, lò vi sóng, quạt, máy biến tần dùng cho thang máy,...
- Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.
- Trong các ngành công nghiệp (ngành giấy, xi măng, hóa chất, dệt may, biến tần cho máy CNC,...)