Category Archives: Khái niệm biến tần và truyền động điện
Ứng dụng của biến tần
Ứng dụng Số 1
Quạt/Bơm Ly tâm
Ứng dụng số một của Biến tần là chạy quạt và bơm ly tâm.
Các ứng dụng này chiếm khoảng 30-40% ứng dụng của Biến tần trên toàn thế giới.
Có thể sử dụng Biến tần để thay đổi tốc độ của quạt và bơm có nghĩa là có thể chạy ở lưu lượng tùy chọn, qua đó giúp tăng hiệu suất.
Băng chuyền
Một ứng dụng khác của Biến tần là điều khiển tốc độ băng chuyền. Một đặc điểm rất hữu ích trong loại ứng dụng này là khả năng khởi động và dừng nhẹ nhàng.
Việc này được thực hiện bằng cách điều khiển lượng thời gian cần để tăng lên tốc độ mong muốn và điều khiển lượng thời gian cần để giảm tốc về điểm dừng. Ứng dụng này giúp ngăn vật liệu bị tràn hoặc rơi khỏi băng chuyền.
Đồng thời, khi nhiều động cơ được sử dụng, tốc độ có thể được đồng bộ và tải có thể được chia sẻ giữa các động cơ.
Máy đúc ép
Máy đúc ép là máy đẩy vật liệu qua bộ khuôn để tạo ra một vật có hình dạng riêng.
Biến tần được dùng để điều khiển động cơ ép vật liệu qua khuôn.
Các vật liệu khác nhau có thể yêu cầu lượng lực khác nhau để tạo ra thành phẩm.
Ví dụ về các vật liệu có thể được đúc ép là kim loại, polyme, sứ, bê tông và thực phẩm.
Minh họa trong hình là các mẩu nhôm được đúc ép.
Máy nén
Biến tần có thể cung cấp mô-men xoắn khởi động cao mà động cơ xoay chiều yêu cầu cho các thiết bị chẳng hạn như máy nén.
Máy nén hoạt động như bơm để chuyển khí, như không khí, qua ống dẫn và vào bình chứa. Thể tích khí
giảm xuống và áp suất tăng lên trong bình chứa.
Khí nén sau đó có thể được sử dụng để sinh công khi khí được giải phóng dưới áp suất cao.
Máy tháo tời và Tời điện
Các ứng dụng trong đó vật liệu được tháo rồi cuộn lại là các ứng dụng thích hợp với Biến tần.
Máy in nhãn khởi động bằng cách tháo một cuộn giấy nhãn
trắng. Sau đó, giấy nhãn được đưa vào máy in và sau cùng nhãn được cuộn lại vào một cuộn khác.
ngày càng nhỏ hơn sẽ quay nhanh hơn cuộn thu ngày càng lớn hơn.Biến tần có thể điều khiển tốc độ của cả hai cuộn và giữ lực căng giấy thích hợp. Đây là ví dụ hay minh họa sự khác biệt giữa chế độ tốc độ và mô-men xoắn.
Máy trộn
Các ứng dụng trong đó các vật liệu hoặc nguyên liệu khác nhau cần được kết hợp là các ứng dụng thích hợp với Biến tần.
Trong một số ứng dụng, mức độ thực hiện trộn hay tốc độ vật liệu được trộn có thể ảnh hưởng đến chất lượng của thành phẩm.
Trộn vật liệu quá nhanh hoặc quá chậm sẽ không mang lại kết quả mong muốn trong các ứng dụng từ nấu nướng đến trộn bê tông.
Động cơ Xoay chiều công suất lớn có thể được điều khiển bằng Biến tần để trộn vật liệu ở tốc độ thích hợp trong thời gian mong muốn, để đảm bảo sản phẩm cuối là hỗn hợp vật liệu hoặc nguyên liệu hợp lý.
Máy ly tâm
Máy ly tâm
Biến tần được sử dụng trong máy ly tâm. Đây là ứng dụng trong đó các phân tử có mật độ khác nhau được tách biệt với nhau. Vật liệu được xoay xung quanh một trục cố định, tác dụng một lực vuông góc với trục.
Một ví dụ đơn giản là máy giặt quần áo. Khi quần áo được quay tròn ở tốc độ cao, nước được tách khỏi quần áo và được thoát ra qua lỗ thoát ở trống quay..
Trong phòng thí nghiệm, máy ly tâm có thể được sử dụng để xoay ống nghiệm, khiến các vật liệu nặng hơn trong ống nghiệm sẽ tách ra khỏi phân tử nhẹ hơn.
Bằng cách giữ ống nghiệm ở góc đã định và xoay ống quanh trục, lực ly tâm có thể khiến phân tử nặng di chuyển về phía cuối ống nghiệm với bán kính xoay lớn hơn và đẩy phân tử nhẹ hơn về đầu kia của ống nghiệm.
Biến tần rất thích hợp để điều khiển tốc độ của rô-to ly lâm trong các loại ứng dụng này.
Cần trục và Pa-lăng
Cần trục là các máy được sử dụng để nâng vật liệu bằng cáp, dây cáp hoặc xích. Cần trục sử dụng một thiết bị có tên pa-lăng, trong đó cáp được kéo dài hơn hoặc ngắn hơn bằng cách cuốn cáp xung quanh một trống.
Một đầu cáp được gắn vào trống. Khi trống được quay theo một hướng, cáp được cuộn xung quanh trống khiến vật được nâng lên.
Khi trống quay theo hướng đối diện, cáp được tháo ra và vật được hạ xuống.
Biến tần có điều khiển định vị, mô-men xoắn và hãm giúp các ứng dụng như cần trục và pa-lăng khả thi
bằng cách sử dụng động cơ Xoay chiều.
CÁC BÀI VIẾT KHÁC:
Cấu hình
Điều gì khiến Biến tần hoạt động?
Gắn bên trong Biến tần là các bộ phận giúp có thể nhận được điện áp đầu vào cố định
với tần số cố định và biến điện áp/tần số đó thành điện áp và tần số biến thiên ba pha để điều khiển
tốc độ động cơ.
Cách thức hoạt động của Biến tần?
Trước tiên, Biến tần chuyển đổi điện Xoay chiều vào thành điện áp Một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định.
Tiếp theo, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao.
Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito Lưỡng cực 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) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha. Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ.
Bộ chỉnh lưu
Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.
Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó Xoay chiều một pha được chuyển đổi thành Một chiều. Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để cho phép chuyển đổi từ điện Xoay chiều ba pha thành điện Một chiều.
Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC).
Tuyến dẫn Một chiều
Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình Tuyến dẫn Một chiều sẽ làm tăng điện dung.
Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.
IGBT
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.
Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều. Ngoài ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều. Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn.
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ.
Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.
Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.
Bộ điện kháng Một chiều
Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.
Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên. Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều.
Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu.
Điện trở Hãm
Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện.
Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều.
Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.
Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do Lỗi Quá áp trên Tuyến dẫn Một chiều.
CÁC BÀI VIẾT KHÁC:
Các loại biến tần
Trên thị trường ngày nay, có 3 loại Biến tần cơ bản: 
- Truyền động Vôn/Hz (Mạch Hở)
- Truyền động Véc-tơ không cảm biến (Mạch Hở)
- Truyền động Véc-tơ có phản hồi (Mạch Kín)
Hai loại đầu tiên được gọi là Mạch Hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn.
Điều này Chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.
Loại cuối cùng là thiết bị Mạch Kín có nghĩa là nó có
khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi
giám sát tốc độ và/hoặc vị trí của động cơ. Ví dụ:
nếu tín hiệu phản hồi cho thấy rằng tốc độ quá thấp hoặc quá cao, Biến tần có thể điều chỉnh đầu ra của nó để khắc phục lỗi.
Truyền động V/Hz
Truyền động Vôn trên Hertz
Điều này có nghĩa là sẽ có điện áp và tần số định trước trên toàn bộ phạm vi tín hiệu tốc độ.
Điện áp và tần số biến thiên cùng nhau, thông thường từ
0 vôn và 0 Hertz, đến điện áp và tần số
tối đa. Việc tăng tốc độ từ không đến tối đa
thường rất tuyến tính.
Ví dụ: một bộ truyền động V/Hz có thể chạy với mức 240 vôn 50Hz ở tốc độ cực đại, nhưng chỉ 120 vôn 25Hz ở tốc độ bằng một nửa.
Phương pháp “bảng tìm kiếm” để điều khiển động cơ trong đó điện áp và tần số biến thiên cùng nhau là phương pháp rất đơn giản để điều khiển tốc độ. Điều chỉnh tốc độ khá tốt (lỗi 1-3%). Không cần có phản hồi nên các bộ truyền động V/Hz có khả năng kết nối cùng lúc nhiều động cơ.
Tuy nhiên, các bộ truyền động V/Hz có một số giới hạn về hiệu suất hoạt động. Các bộ truyền động này có hiệu suất động thấp khi tải mà chúng đang truyền động đột ngột thay đổi. Công suất quá tải giới hạn ở 150%, và chúng có mô-men xoắn khởi động giới hạn.
Bộ truyền động V/Hz là phù hợp nhất cho các ứng dụng phổ cập và mô-men xoắn biến thiên với tải thay đổi chậm và có thể dự đoán được.
Một số ví dụ là bơm ly tâm và quạt, băng chuyền, máy trộn, máy khuấy, máy rửa công nghiệp &
sấy công nghiệp và các tải động hạng nhẹ khác
Truyền động Véc-tơ không cảm biến (sensorless vector)
Truyền động Véc-tơ không cảm biến
Truyền động Véc-tơ không cảm biến có một bộ xử lý PWM(Điều biến Độ rộng Xung quá trình trong đó IGBT bật và tắt rất nhanh tạo ra điện áp một chiều giống sóng dạng sin xoay chiều cho động cơ) giám sát đầu ra dòng điện và điện áp tới động cơ, và điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ hơn.
Mô-men xoắn khởi động cao ở tốc độ thấp (200% ở 0,5Hz) cho phép khởi động tải có lực quán tính cao. Thiết kế và thuật toán nâng cao cung cấp khả năng điều khiển về tốc độ bằng không, cộng với vận hành chính xác cho chu kỳ hoạt động và mô-men xoắn nhanh mà không cần phản hồi.
( lực quay hoặc xoắn dẫn đến hiện tượng xoay – trong Biến tần hoặc động cơ, mô-men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện )
Bằng cách sử dụng bộ vi xử lý và xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động có thể nhận biết đặc điểm của động cơ trong khi chạy và tự điều chỉnh với động cơ.
Nhờ công nghệ này, điều chỉnh tốc độ được cải thiện lên còn <1% lỗi.
Có thể sử dụng truyền động véc-tơ không cảm biến với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ tốc độ cao tối đa 1000Hz.
Truyền động Véc-tơ không cảm biến có thiết bị đầu vào tham chiếu tốc độ và mô-men xoắn riêng. Kết hợp điều này với khả năng mô-men khởi động cao sẽ cải thiện điều chỉnh tốc độ, tự điều chỉnh với động cơ và không cần phản hồi của động cơ.
Kết hợp này giúp Truyền động Véc-tơ không cảm biến thích hợp cho tất cả các ứng dụng phổ biến, các ứng dụng có mô-men xoắn biến thiên và có hiệu suất từ trung bình đến cao.
Tuy nhiên, các bộ truyền động này cũng có một số giới hạn chẳng hạn như hiệu suất động thấp khi tải đột ngột thay đổi. Chúng cũng thiếu khả năng giữ động cơ ở tốc độ bằng không và có thể khó khăn trong việc điều khiển mô-men xoắn vượt quá 2 lần tốc độ cơ bản. Kết nối nhiều động cơ sẽ tự động đưa bộ truyền động về chế độ vận hành V/Hz.
Các ứng dụng phổ biến cho Truyền động Véc-tơ không cảm biến là máy đúc ép, tời điện, máy tháo tời và dây chuyền công nghệ.
Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi
Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi.
Bộ truyền động này hiện là loại Biến tần duy nhất có hiệu suất tương tự hoặc tương đương với Truyền động điện Một chiều.
Các bộ truyền động này giám sát đầu ra điện áp và dòng điện, cũng như phản hồi bộ mã hóa từ động cơ đối với điều khiển véc-tơ mạch kín.
Phản hồi này được dùng để điều chỉnh dạng sóng đầu ra để
đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ nhất.
Vì Truyền động Véc-tơ có thiết bị phản hồi có thể vận hành trong cấu hình mạch kín, nên chúng có thể đạt được
mô-men xoắn và hiệu suất vòng lặp tốc độ cực cao.
Các bộ truyền động này có điều chỉnh tốc độ tuyệt vời tới 0,01%, mô-men xoắn
tối đa ở tốc độ bằng không và phạm vi điều khiển tốc độ cực rộng.
Giới hạn của những bộ truyền động này là chúng yêu cầu thiết bị phản hồi và thẻ tùy chọn phản hồi bộ mã hóa cũng như chỉ dùng cho hoạt động của một động cơ. Có thể cần đến phần cứng tùy chọn bổ sung để tận dụng các tính năng khác của các bộ truyền động này.
Các bộ truyền động này phù hợp nhất cho các ứng dụng hiệu suất cao như trục quay và máy tiện, ứng dụng chuyển đổi, máy đúc ép và các ứng dụng phải dùng truyền động điện một chiều trước đó. Các bộ truyền động điện này đang có xu hướng tăng mạnh trong ngành vận chuyển vật liệu.
CÁC BÀI VIẾT KHÁC:
Lý Thuyết biến tần – Động cơ
Biến tần là gì?
Biến tần là một thiết bị được dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ dòng điện xoay chiều bằng cách điều khiển tần số của điện năng cung cấp cho động cơ.
Nếu không có Biến tần, tất cả các động cơ Xoay chiều sẽ chỉ tăng tốc lên tốc độ tối đa khi được cấp điện. Sẽ không có điều khiển tốc độ và các ứng dụng sẽ bị giới hạn.
Bằng cách sử dụng Biến tần để điều chỉnh tốc độ, các động cơ này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, mà động cơ một tốc độ sẽ không đáp ứng được.
Tốc độ động cơ thường được đo bằng Số vòng trên phút hoặc RPM.
Động cơ Xoay chiều là gì?
Câu trả lời
Động cơ xoay chiều 3 pha là một thiết bị rất cơ bản
Nó bao gồm hai bộ phận chính:
– Cuộn dây cố định (còn gọi là stato)
– Bộ phận xoay (còn gọi là rô-to)
Stato có các cuộn dây bên trong giúp tạo ra từ trường biến thiên. Rô-to cũng có từ trường được hút hoặc đẩy bởi các từ trường của stato.
Cũng giống như nam châm, các cực trái dấu thì hút nhau và các cực cùng dấu thì đẩy nhau. Bằng cách sử dụng các nguyên lý này, chúng ta có thể vận dụng từ trường bên trong động cơ để khiến rô-to quay. Rô-to được gắn vào trục nhô ra ngoài vỏ động cơ. Trục này quay với tốc độ do Biến tần xác định.
Động cơ Không đồng bộ
Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng
Trong động cơ không đồng bộ nguyên lý cảm ứng được sử dụng, khi một vật dẫn được đặt trong trường điện từ, sau đó được tác động một lực, lực này cố gắng di chuyển vật dẫn qua từ trường. Tốc độ của động cơ tùy thuộc vào tải.
Trong động cơ cảm ứng Xoay chiều, từ trường được đặt vào bộ phận cố định (stato). Các vật dẫn chịu tác động của lực điện từ được đặt trong rô-to.
Stato (thường) bao gồm 3 cuộn dây (pha) lệch nhau 120 độ điện. Khi được cấp dòng điện 3 pha, chúng tạo ra một dòng điện trong vật dẫn của rô-to. Sự tương tác của từ trường tạo ra bởi stato và vật dẫn mang dòng điện trong rô-to khiến rô-to bị ‘kéo’ xung quanh từ trường của stato.
Động cơ Đồng bộ
Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng
Tương tự với động cơ Một chiều không chổi than, rô-to của động cơ Xoay chiều đồng bộ bằng nam châm vĩnh cửu gồm có các nam châm vĩnh cửu.
Stato có các cuộn dây 3 pha được phân bố theo hình sin trái ngược với sự phân bố cực lồi thường thấy trong động cơ Một chiều không chổi than.
Stato khi được cấp dòng điện xoay chiều 3 pha sẽ tạo ra một dòng xoay đồng bộ khiến rô-to xoay đồng bộ với stato. Tốc độ do tần số xác định.
Do sự kích từ cuộn dây theo hình sin, nên mô-men xoắn do động cơ này tạo ra phẳng hơn nhiều so với động cơ một chiều không chổi than.
CÁC BÀI VIẾT KHÁC:
Khái niệm biến tần và truyền động điện xoay chiều
Trong học phần này, chúng ta sẽ xem công nghệ đằng sau Biến tần 
và Động cơ.
Chúng ta sẽ cố gắng trả lời câu hỏi về Biến tần là gì và
cách thức hoạt động của một bộ Biến tần. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu một chút về động cơ
Xoay chiều. Sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại Truyền động điện
Xoay chiều khác nhau được cung cấp.
Học phần này sẽ mất khoảng 15 phút trở xuống để hoàn thành.
Biến tần giá rẻ, INVT, Yaskawa, KDE, ABB, Fuji 