Bộ biến tần là gì? UPS Inverter là gì? Những thông tin cần biết

Lịch sử ra đời của biến tần 

Vào năm 1888, Nikola Tesla đã phát minh động cơ cảm ưng xoay chiều 3 pha đầu tiên. Vài thập kỷ sau thì biến tần mới ra đời để giải quyết vấn đề điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều. Bởi vì tuy có nhiều điểm lợi vượt trội nhưng việc điều khiển tốc độ động cơ xoay theo yêu cầu là khá phức tạp.

Tốc độ động cơ xoay chiều yêu cầu hoặc thay đổi từ thông hoặc thay đổi số cực trên động cơ. Thậm chí khi động cơ cảm ứng được sử dụng rộng rãi thì sự thay đổi tần số để điều khiển tốc độ vẫn là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn. Và cấu trúc vật lý của động cơ ngăn cản các nhà sản xuất tạo ra các loại động cơ với nhiều hơn 2 cấp tốc độ.

Ngày nay, máy biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.

Trong đó một trong những ứng dụng phổ biến của bộ biến tần ngày nay là được tích hợp trong hệ thống cung cấp nguồn điện liên tục. Hay còn gọi là bộ lưu điện (UPS: Uninterruptible Power Supply). Đây là thiết bị được dùng để cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì sự hoạt động liên tục của các thiết bị sử dụng.

Khi điện lưới gặp sự cố (như mất điện, tăng giảm điện áp, tần số quá giới hạn cho phép, sự cố khác…) trong một khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả năng của UPS

Một điểm khá quan trọng trong bộ lưu điện UPS phải nhắc đến bộ biến tần. Nếu ắc quy được coi là “trái tim” của UPS thì biến tần được coi như “bộ não” của nó. Vậy Bộ biến tần là gì? Inverter là gì? Cùng chúng tôi tìm hiểu ngay bây giờ nhé.

UPS Inverter là gì? Bộ biến tần là gì?

Bộ biến tần ( Inverter) là một thiết bị điện tử hoặc mạch điện dùng để biến đổi từ dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC).

Điện áp đầu vào, điện áp đầu ra, tần số, và điều chỉnh công suất toàn phần phụ thuộc vào từng thiết bị hoặc mạch điện cụ thể. Bộ biến tần không sinh ra công suất, công suất được cấp từ nguồn một chiều hoặc xoay chiều.

Một bộ biến tần có thể là một thiết bị hoàn toàn điện tử. Hoặc là một phương thức kết hợp các hiệu ứng cơ khí (như các máy điện quay) và mạch điện tử. Các bộ biến tần tĩnh không sử dụng các thành phần chuyển động trong quá trình chuyển đổi.

Cấu tạo, phân loại và nguyên tắc hoạt động của biến tần

Đặc điểm cấu tạo

Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào cố định (với tần số cố định) và biến điện áp/tần số đó thành điện áp/tần số biến thiên ba pha để điều khiển tốc độ động cơ. Thông thường, một bộ biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, tuyến dẫn 1 chiều, IGBT, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều và điện trở hãm.

Nguyên lý hoạt động chung

Khi không có nguồn điện (lưới): Battery phóng điện qua bộ Inverter, chuyển nguồn điện một chiều DC thành nguồn xoay chiều AC cung cấp nguồn cho tải.

Đối với dạng UPS offline / line-interactive, một trong những dạng hoạt động cơ bản nhất của bộ lưu điện, nó có tác dụng bình ổn điện áp của mạch và dự trữ năng lượng cho ắc quy. Các thiết bị điện thông thường được nối trực tiếp với nguồn điện chính. Khi điện áp đi qua mạch dưới mức quy định hay xảy ra tình trạng mất điện lưới chính. Lúc đó, nguồn UPS bật chức năng sử dụng bộ biến tần (Inverter) DC-AC, một thiết bị chủ yếu sử dụng năng lượng dự trữ trong ắc quy.

Sau đó UPS sẽ chuyển mạch cho các thiết bị kết nối với đầu ra bộ biến tần này. Tiếp theo, ắc quy sẽ phóng điện qua bộ biến tần, chuyển nguồn điện DC thành AC và cung cấp nguồn cho tải. Thời gian chuyển này có thể kéo dài đến khoảng nhỏ hơn 20 mili giây. Tùy thuộc vào thời gian cần thiết để UPS phát hiện ra các sự cố điện nêu trên.

Bằng phương pháp này, thiết bị hay hệ thống lưới điện sẽ được đảm bảo ổn định trong những trường hợp bất khả kháng xảy ra. Liên quan đến nguồn điện có khả năng gây hư hại cho máy móc, thiết bị. Từ đó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến quy trình hoạt động kinh doanh.

2 công đoạn hoạt động chủ yếu của Inverter

Công đoạn 1

Đầu tiên, nguồn điện 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 đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định. Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Điện áp 1 chiều này ở mức rất cao.

Công đoạn 2

Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT viết tắt của tranzito lưỡng cực. Nó có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần. Tạo ra một điên áp xoay chiều 3 pha 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 đến dãi 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 tùy theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ).

Phân loại biến tần trên thị trường hiện nay

Biến tần AC: được sử dụng rỗng rãi nhất, được thiết kế dùng để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều AC.

Biến tần DC: kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện 1 chiều.

Ngoài ra người ta còn phân loại biến tần theo công suất đáp ứng cho tải. Ứng dụng đặc biệt của biến tần như thang máy, năng lượng mặt trời, cẩu trục…

Ưu điểm nổi bật của Inverter

• Biến tần có thể điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.
• Hiệu suất làm việc của biến tần cao hơn 98%.
• Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần rất đơn giản. Làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau. Đáp ứng cho nhiều ứng dụng và có thể thay đổi tốc độ làm việc nhiều động cơ cùng một lúc. Kể như băng tải, băng chuyền, máy kéo sợi trong ngành dệt….
• Tăng tốc êm, chống giật giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ khí như hộp số, ổ bi, tang trống và con lăn.
• Biến tần có chế độ khởi động với mô-men cực đại dùng cho băng tải, phát hiện đứt dây đai nhờ việc giám sát mô-men tải.
• Tiết kiệm điện năng lên đến 60% trong quá trình khởi động và vận hành.
• Dễ dàng kết nối với hệ thống điều khiển tự động.
• Tích hợp đầy đủ các chức năng bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha….
• An toàn, tiện lợi và ít tốn chi phí bảo trì, bão dưỡng.

Ứng dụng của bộ biến tần trong đời sống và sản xuất

Một số ứng dụng thực tế của biến tần như:

• Đời sống: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí,….
• Ngành công nghiêp: Băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả. Hoặc hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay li tâm.
• Ngoài ra nó còn giúp cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số. Hoặc thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác.

8 Lưu ý cần thiết khi sử dụng biến tần

Lưu ý 1:

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.

Lưu ý 2:

Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều kiện môi trường. Mà ở 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.

Lưu ý 3:

Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.

Lưu ý 4:

Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời. Chúng cần được lắp đặt trong tủ. Tủ cần có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió). Vị trí đặt là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 500 độ C. Không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn, độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt nước biển.

Lưu ý 5:

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.

Lưu ý 6:

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.

Lưu ý 7:

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.

Lưu ý 8:

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. Đó là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.