Biến tần là gì? Cấu tạo và cách sử dụng biến tần hiệu quả

14-02-2023 5.993

Biến tần cung cấp điện áp xoay chiều từ các nguồn điện một chiều và rất hữu ích trong việc cấp nguồn cho các thiết bị điện tử và điện được định mức ở điện áp nguồn xoay chiều.

Mục lục
Ngày nay, hầu như tất cả các thiết bị gia dụng và các thiết bị và đồ đạc điện chính khác đều có thể chạy bằng Biến tần. Trong trường hợp mất điện, biến tần cực kỳ hữu ích như một bộ nguồn dự phòng khẩn cấp và nếu được sạc tối ưu, bạn vẫn có thể sử dụng máy tính, TV, đèn, dụng cụ điện, thiết bị nhà bếp và các thiết bị điện khác. Tất nhiên, điều này cũng sẽ phụ thuộc vào loại biến tần được sử dụng, cụ thể là loại được thiết kế hoặc khuyên dùng để cấp nguồn cho tổ hợp các thiết bị, đồ đạc và thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng. 

Bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về biến tần là gì, cấu tạo, chức năng và cách sử dụng chúng sao cho hiệu quả nhất.
 

Biến tần là gì?


Biến tần cung cấp điện áp xoay chiều từ các nguồn điện một chiều và rất hữu ích trong việc cấp nguồn cho các thiết bị điện tử và điện được định mức ở điện áp nguồn xoay chiều. Ngoài ra, chúng được sử dụng rộng rãi trong các giai đoạn đảo ngược nguồn điện ở chế độ chuyển mạch. Các mạch được phân loại theo công nghệ chuyển mạch và loại chuyển mạch, dạng sóng, tần số và dạng sóng đầu ra.
 
Biến tần là gì?
 

Cấu tạo cơ bản của biến tần:


Biến tần về cơ bản là một thiết bị nhỏ gọn, hình chữ nhật, thường được cung cấp năng lượng bằng tổ hợp các pin được nối song song với nhau hoặc bằng một pin 12V hoặc 24V. Đổi lại, những loại pin này có thể được sạc bằng máy tạo khí, động cơ ô tô, tấm pin mặt trời hoặc bất kỳ nguồn cung cấp năng lượng thông thường nào khác.

Cấu trúc của biến tần bao gồm: Mạch đầu vào, mạch biến áp nguồn chính,  mạch đầu ra , mạch phụ, mạch điều khiển và mạch bảo vệ.
 
  • Mạch đầu vào chịu trách nhiệm cung cấp  điện áp đầu vào DC
  • Mạch biến tần chính hoàn thành chương trình biến tần thông qua hoạt động của thiết bị chuyển mạch bán dẫn
  • Mạch  đầu ra  chủ yếu bù và hiệu chỉnh tần số, pha, điện áp và biên độ dòng điện của  nguồn  điện xoay chiều đầu ra của mạch biến tần chính để đạt đến một tiêu chuẩn nhất định
  • Mạch điều khiển cung cấp tín hiệu xung cho mạch nghịch lưu chính để điều khiển đóng mở thiết bị bán dẫn
  • Mạch phụ biến đổi điện áp một chiều của mạch đầu vào thành điện áp một chiều phù hợp với hoạt động của mạch điều khiển, đồng thời bao gồm một loạt mạch phát hiện.
 

Nguyên lý hoạt động của biến tần


Chức năng cơ bản của biến tần là chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC, đồng thời điều chỉnh điện áp, dòng điện và tần số của tín hiệu. Về cơ bản, Biến tần là một loại dao động. 
 
  • Các bóng bán dẫn là thành phần chính của biến tần, giúp chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC.
  • IGBT, MOSFET là những công tắc được sử dụng phổ biến nhất trong biến tần.
  • Số lượng công tắc chúng ta sử dụng phụ thuộc vào loại biến tần?
  • Transistor được sử dụng để thay đổi điện áp ổn định và dòng điện một chiều của DC thành điện áp thay đổi liên tục và dòng điện dao động của AC.
  • Tính năng chính của bóng bán dẫn trong việc tạo ra nguồn điện xoay chiều là nó có thể bật hoặc tắt nhanh chóng.
 

Các tính năng của biến tần

 
  • Hiệu suất chuyển đổi cao và khởi động nhanh;
  • Tính năng an toàn tốt: sản phẩm có 5 chức năng bảo vệ ngắn mạch, quá tải, quá/thấp điện áp và quá nhiệt;
  • Tính chất vật lý tốt: Sản phẩm sử dụng lớp vỏ hoàn toàn bằng nhôm, có hiệu suất tản nhiệt tốt, xử lý oxy hóa cứng trên bề mặt, khả năng chống ma sát tốt, có thể chống đùn hoặc tác động từ một ngoại lực nhất định;
  • Với khả năng thích ứng và ổn định tải.
Biến tần là gì?
 

Cách sử dụng biến tần hiệu quả


Để sử dụng biến tần hiệu quả bạn cần thận trọng trong quá trình sử dụng, dưới đây là các chú ý bạn nên biết:
 
  • Điện áp DC phải ổn định: Mỗi biến tần có quyền truy cập vào các giá trị điện áp DC như 12V, 24V, v.v. và điều cần thiết là điện áp pin được chọn phải khớp với điện áp đầu vào DC của biến tần. Ví dụ, biến tần 12V phải chọn bình ắc quy 12V.
  • Công suất đầu ra của biến tần phải lớn hơn công suất tiêu thụ của các thiết bị điện, với biên độ rộng hơn dành cho các thiết bị điện tiêu thụ nhiều điện năng khi khởi động, chẳng hạn như tủ lạnh và máy điều hòa không khí.
  • Các cực dương và cực âm phải được kết nối chính xác. Điện áp DC kết nối với biến tần được đánh dấu bằng các cực âm và dương. Màu đỏ là dương (+), màu đen là âm (-), pin cũng được đánh dấu dương và âm, đỏ là dương (+), đen là âm (-), phải được kết nối với dương (đỏ sang đỏ), âm Âm tính (đen thành đen). Đường kính dây nối phải đủ dày, hạn chế tối đa chiều dài của dây nối.
  • Nên để máy ở nơi khô ráo, thông thoáng, tránh xa các vật liệu dễ cháy nổ, không được đặt hoặc che phủ các vật dụng khác trên máy. Nhiệt độ bên ngoài không cao hơn 40 độ C.
  • Không thể sạc một nghịch đảo cùng một lúc. Đó là, trong khi biến tần, đầu nối sạc không thể được cắm vào mạch điện của đầu ra biến tần.
  • Thời gian giữa hai lần khởi động lại ít nhất phải là 5 giây (đã cắt nguồn điện đầu vào).
  • Để giữ cho máy luôn sạch sẽ và gọn gàng, hãy lau sạch máy bằng vải khô hoặc vải chống tĩnh điện.
  • Trước khi kết nối đầu vào và đầu ra của máy, hãy đảm bảo vỏ ngoài của máy được nối đất đúng cách.
  • Nghiêm cấm người dùng mở khung xe để vận hành và sử dụng nhằm tránh tai nạn.
  • Nếu bạn tin rằng máy bị lỗi, đừng chạy hoặc sử dụng nó; thay vào đó, hãy tắt đầu vào và đầu ra càng sớm càng tốt, đồng thời để nhân viên bảo trì hoặc đơn vị bảo trì được chứng nhận kiểm tra và bảo trì.
  • Khi kết nối pin, hãy đảm bảo rằng bạn không cầm bất kỳ vật kim loại nào khác trên tay để tránh pin bị đoản mạch và đốt cháy cơ thể con người.
  • Môi trường lắp đặt phải đáp ứng các thông số sau, dựa trên các cân nhắc về an toàn và hiệu suất:
  • Phương pháp cài đặt và sử dụng
  • Biện pháp phòng ngừa
 

Các thiết bị sử dụng biến tần phổ biến


Biến tần được sử dụng trong nhiều thiết bị điện, dưới đây là một số phổ biến:
 

- Máy điều hoà


Một trong những lợi ích lớn nhất của biến tần có thể được nhìn thấy trong điều hòa không khí. Máy nén AC điển hình thường hoạt động ở hai chế độ: bật hoặc tắt.

Việc bổ sung một biến tần cho phép máy nén AC trở thành một đơn vị tốc độ thay đổi, do đó, khi đạt được nhiệt độ làm mát mong muốn, máy nén có thể quay số trở lại để duy trì nhiệt độ phòng thay vì hoạt động hết công suất liên tục.
 

- Tủ lạnh


Tủ lạnh là một thiết bị được trang bị máy nén khác được hưởng lợi từ biến tần. Máy nén có tốc độ thay đổi có thể điều chỉnh tốc độ của nó dựa trên nhiệt độ và tải trọng mà tủ lạnh mang theo.

Tuy nhiên, không giống như các thiết bị AC và chia nhỏ, tủ lạnh có xu hướng được sử dụng mọi lúc. Đó là lý do tại sao thiết bị này tiết kiệm được nhiều nhất trong dài hạn, lên đến 27% so với các thiết bị không có biến tần.
 

- Máy phát điện


Máy phát điện biến tần điều chỉnh điện tử động cơ máy phát điện lên xuống theo nhu cầu, thay vì chạy 100% mọi lúc. Điều này dẫn đến hiệu quả được cải thiện đáng kể, tiêu thụ khí đốt và bảo trì ít hơn, với các lợi ích bổ sung về lượng khí thải và độ ồn thấp hơn.

Máy phát điện biến tần có thể bao gồm từ các đơn vị giải trí để cắm trại hoặc điều chỉnh công suất tối đa 2.000 watt, đến các máy phát điện lớn hơn có thể tạo ra hơn 5.000 watt ở 220v để cung cấp năng lượng cho các hộ gia đình.
 

- Lò vi sóng


So với các thiết bị biến tần khác, lò vi sóng biến tần hoạt động khác. Lò vi sóng thông thường sử dụng một biến áp, biến áp này sẽ tắt và bật nguồn để phân bổ đều vi sóng trên thực phẩm được làm nóng. Mặt khác, lò vi sóng biến tần cung cấp nguồn điện ổn định trong suốt quá trình nấu thay vì bật và tắt.

Vì vậy, khi lò vi sóng bình thường bật và tắt 100% công suất, thì lò vi sóng biến tần chỉ phát ra mức công suất phù hợp nhưng liên tục. Điều này có lợi cho các loại thực phẩm chứa nhiều đường và chất béo, cũng như những loại nhạy cảm với thịt, sữa và sô cô la rã đông bằng nhiệt.
 

- Máy giặt


Máy giặt biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ của nó để phù hợp với trọng lượng của đồ giặt. Điều này cho phép nó sử dụng lượng điện năng ít nhất trong khi đạt được khả năng làm sạch tối ưu và hiệu quả mà không làm giảm hiệu suất. 
 

- Băng tải


Biến tần được thiết kế đặc biệt với dải công suất rộng và hoạt động tiết kiệm trong các hệ thống băng tải công nghiệp. Biến tần có thể được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ tiêu chuẩn, động cơ đồng bộ hiệu suất cao và động cơ phanh. Phản hồi của bộ mã hóa có thể được thực hiện, ví dụ như các hệ thống vận chuyển được điều khiển theo vị trí. Các đặc tính quá tải vận hành lớn giúp cho các chuyển động năng động với thời gian khởi động và dừng ngắn hoặc vận hành theo chu kỳ có thể thực hiện được.

các loại biến tần
 

Các loại biến tần sử dụng hiện nay


Nếu bạn đang tìm kiếm một biến tần mới, hãy xem danh sách các loại biến tần khác nhau bên dưới. Dưới đây là một số kiểu biến tần phổ biến được sử dụng trong nhiều thiết bị điện hiện nay.
 

- Biến tần sóng vuông


Dạng sóng điện áp đầu ra của biến tần này là dạng sóng vuông. Bởi vì tất cả các thiết bị được tạo ra để cung cấp sóng hình sin, loại biến tần này ít được sử dụng nhất trong tất cả các loại biến tần. Mặc dù biến tần này cực kỳ rẻ, nhưng nó chỉ có khả năng ứng dụng tối thiểu. Các công cụ đơn giản với một động cơ vạn năng có thể sử dụng nó. 
 

- Biến tần sóng hình sin 


Thiết bị biến tần nguồn tạo ra dạng sóng AC hình sin nhiều bước được gọi là biến tần sóng hình sin. Để phân biệt rõ hơn các biến tần có đầu ra ít méo hơn nhiều so với các thiết kế biến tần sóng sin cải tiến (ba bước), các nhà sản xuất thường sử dụng cụm từ biến tần sóng sin thuần túy. Hầu như tất cả các bộ biến tần cấp tiêu dùng được bán dưới dạng "bộ biến tần sóng hình sin thuần túy" hoàn toàn không tạo ra đầu ra sóng hình sin mượt mà, chỉ là một đầu ra ít bị giật hơn so với sóng vuông (hai bước) và sóng hình sin đã sửa đổi ( bộ biến tần ba bước). Tuy nhiên, điều này không quan trọng đối với hầu hết các thiết bị điện tử vì chúng xử lý đầu ra khá tốt.

Khi các thiết bị biến tần nguồn thay thế cho nguồn điện tiêu chuẩn, đầu ra sóng hình sin là mong muốn vì nhiều sản phẩm điện được thiết kế để hoạt động tốt nhất với nguồn điện AC sóng hình sin. Tiện ích điện tiêu chuẩn cung cấp một sóng hình sin, thường có những khiếm khuyết nhỏ nhưng đôi khi có độ méo đáng kể.
 

- Biến tần chuỗi


Biến tần chuỗi là loại biến tần phổ biến nhất. Chúng cũng đắt nhất. Chúng bao gồm nhiều chuỗi pin mặt trời nối tiếp. Mỗi chuỗi bao gồm một số pin mặt trời được kết nối. Số lượng chuỗi phụ thuộc vào độ lớn của mảng của bạn. Chẳng hạn, bạn cần mười dây với nhiều loại 10kW. 
 

- Biến tần nhiều pha


Biến tần nhiều pha cũng là một trong những loại Biến tần khác nhau. Hơn nữa, Biến tần nhiều pha là loại biến tần mạnh mẽ và hiệu quả nhất. Chúng bao gồm hai pha trở lên (ba pha) hoặc bốn pha trở lên (bốn pha). Số pha xác định lượng điện năng có thể được chuyển đổi cùng một lúc.
 

- Biến tần một pha


Biến tần một pha chuyển đổi đầu vào DC thành đầu ra một pha. Điện áp/dòng điện đầu ra của biến tần một pha có chính xác một pha có tần số danh định là 50HZ hoặc 60Hz một điện áp danh định. Điện áp danh định được định nghĩa là mức điện áp mà tại đó hệ thống Điện hoạt động. Có các điện áp danh định khác nhau, tức là 120V, 220V, 440V, 690V, 3,3KV, 6,6KV, 11kV, 33kV, 66kV, 132kV, 220kV, 400kV và 765kV.

Điện áp danh định thấp có thể đạt được trực tiếp nhờ biến tần sử dụng máy biến áp bên trong hoặc mạch tăng áp trong khi đối với điện áp danh định cao, máy biến áp tăng cường bên ngoài được sử dụng. Biến tần một pha được sử dụng cho tải thấp. Có nhiều tổn thất hơn trong biến tần một pha cũng như hiệu suất của biến tần một pha thấp so với biến tần ba pha. Do đó, biến tần 3 pha được ưu tiên cho tải cao.
 

Kết luận


Biến tần là một thiết bị hoặc mạch điện tử công suất thay đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Tần số AC kết quả thu được phụ thuộc vào thiết bị cụ thể được sử dụng. Bộ biến tần làm ngược lại với bộ chỉnh lưu ban đầu là thiết bị cơ điện lớn chuyển đổi AC thành DC. Biến tần chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng năng lượng điện có dòng điện và điện áp cao, mạch thực hiện chức năng tương tự đối với tín hiệu điện tử, thường có dòng điện và điện áp rất thấp, được gọi là bộ tạo dao động. 
 

Bài viết liên quan: