Biến tần (VFD) là một thiết bị điện dùng để điều khiển tốc độ và hiệu suất của động cơ điện, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa công nghiệp. Nó điều chỉnh tần số đầu ra và điện áp của động cơ xoay chiều, từ đó kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ, đồng thời cho phép điều khiển thiết bị thông minh, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Bộ điều khiển tần số thay đổi chủ yếu bao gồm phần truyền tải điện, phần chỉnh lưu, phần biến tần và các mạch điều khiển. Phần truyền tải điện sử dụng máy biến áp để hạ điện áp lưới đầu vào (thường là 380V hoặc 220V) xuống mức điện áp đầu vào yêu cầu. Phần chỉnh lưu chuyển đổi nguồn AC đầu vào thành nguồn DC, trong khi phần biến tần chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC tần số cao. Các mạch điều khiển định tuyến và xử lý các tín hiệu điều khiển để điều chỉnh đầu ra của biến tần.
Các chức năng chính của VFD bao gồm điều khiển-khả năng điều khiển động cơ có tốc độ thay đổi, điều chỉnh nguồn điện và bảo vệ khỏi quá điện áp và quá tải từ nguồn điện lưới. Bằng cách điều chỉnh tần số đầu ra và điện áp của VFD, bạn có thể đạt được khả năng điều khiển động cơ chính xác và đáng tin cậy dưới các mức tải khác nhau, đồng thời thực hiện nhiều chiến lược điều khiển động cơ khác nhau như điều khiển vùng, điều khiển vectơ và điều khiển vòng lặp mở.
Do ưu điểm vận hành ổn định, cải thiện hiệu suất đáng kể và tiết kiệm năng lượng, bộ truyền động tần số thay đổi được sử dụng rộng rãi trong các quy trình và lĩnh vực sản xuất khác nhau, chẳng hạn như điều khiển máy bơm, hệ thống thông gió, hệ thống làm mát, sản xuất nhà máy và robot.
Nguyên lý làm việc của bộ biến tần
Biến tần là một thiết bị điện được sử dụng để điều chỉnh tốc độ hoạt động của động cơ xoay chiều. Nguyên lý làm việc cơ bản của nó như sau:
Biến tần chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC và điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn hoạt động của động cơ bằng cách điều khiển các thông số như điện áp, tần số và pha. Quy trình vận hành cụ thể có thể được chia thành các bước sau:
1. Chỉnh lưu: Biến tần sử dụng mạch chỉnh lưu để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ nguồn điện lưới thành nguồn điện một chiều.
2. Lọc: Mạch lọc đảm bảo nguồn DC được phân phối trơn tru đến mạch biến tần, ngăn chặn nhiễu xung tần số cao từ dòng điện làm nhiễm bẩn nguồn điện.
3. Đảo ngược: Mạch biến tần chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC cần thiết.
4. Điều khiển đầu ra: Bằng cách điều khiển điện áp, tần số và pha đầu ra của mạch biến tần, VFD điều chỉnh trạng thái vận hành của động cơ để đạt được khả năng điều khiển tốc độ vô cấp của động cơ.
5. Chức năng bảo vệ: Biến tần còn có nhiều chức năng bảo vệ khác nhau như bảo vệ quá dòng, quá tải, quá áp, thấp áp, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của cả động cơ và biến tần.
Tóm lại, biến tần điều chỉnh trạng thái vận hành của động cơ bằng cách điều khiển các thông số như tần số và điện áp xoay chiều, cho phép điều khiển tốc độ vô cấp để đáp ứng các yêu cầu điều khiển động cơ của nhiều ứng dụng khác nhau.
Cấu trúc mạch chính của biến tần
Cấu trúc mạch chính của biến tần chủ yếu bao gồm mạch chỉnh lưu, tụ điện trung gian, mạch biến tần và mạch lọc đầu ra. Cụ thể nó bao gồm các thành phần sau:
1. Mạch chỉnh lưu: Mạch chỉnh lưu của biến tần chủ yếu bao gồm cầu chỉnh lưu và tụ điện một chiều. Bằng cách thêm cầu chỉnh lưu và bộ lọc DC vào đầu vào AC ban đầu, điện áp AC được chuyển đổi thành điện áp DC.
2. Tụ trung gian: Tụ trung gian chủ yếu được sử dụng để đảm bảo điện áp DC ổn định và trơn tru của biến tần, đồng thời đóng vai trò là bộ lọc đầu ra.
3. Mạch biến tần: Mạch biến tần bao gồm nhiều cấu trúc liên kết khác nhau, chẳng hạn như cấu hình nửa cầu và toàn bộ cầu, để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều. Nó sử dụng khả năng điều khiển bằng xung điện để tạo ra điện áp xoay chiều có dạng sóng gần -hình sin, từ đó đạt được khả năng kiểm soát tốc độ.
4. Mạch lọc đầu ra: Mạch lọc đầu ra chủ yếu bao gồm hai loại: bộ lọc loại L{1}} và bộ lọc loại LC{2}}. Chúng được dùng để lọc nhiễu tần số cao-do mạch biến tần tạo ra, từ đó tạo ra điện áp DC hình sin trơn tru ở đầu ra.
Tóm lại, cấu trúc mạch chính của bộ biến tần (VFD) yêu cầu lựa chọn các thành phần phù hợp dựa trên yêu cầu ứng dụng thực tế, bao gồm các thiết bị hoạt động (như IGBT và MOSFET) và các thiết bị thụ động (như tụ điện và cuộn cảm), để đạt được khả năng điều khiển tốc độ vô cấp của động cơ.
Cấu trúc mạch điều khiển của biến tần
Cấu trúc mạch điều khiển của ổ tần số thay đổi chủ yếu được chia thành các thành phần sau: giao diện ngoại vi, bộ xử lý tín hiệu đầu vào, bộ xử lý trung tâm, bộ điều khiển tín hiệu đầu ra và bộ cấp nguồn.
1. Giao diện ngoại vi: Chúng bao gồm các giao diện kết nối tín hiệu đầu vào và đầu ra, được sử dụng để liên lạc và tương tác với các thiết bị bên ngoài.
2. Bộ xử lý tín hiệu đầu vào: Bộ phận này xử lý và chuyển đổi các tín hiệu đầu vào khác nhau. Nó chấp nhận nhiều loại tín hiệu đầu vào, chẳng hạn như tín hiệu analog hoặc kỹ thuật số, và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điều khiển tiêu chuẩn để xuất ra bộ xử lý trung tâm, từ đó cho phép nhận dạng và xử lý tín hiệu điều khiển.
3. Bộ xử lý trung tâm: Đây là thành phần cốt lõi của biến tần, chịu trách nhiệm tính toán, điều khiển tần số và điện áp đầu ra của động cơ cũng như điều khiển hoạt động của các thành phần đầu ra như bộ biến tần IGBT. Bộ xử lý trung tâm thường chứa một hoặc nhiều CPU và bộ nhớ trong để lưu trữ các tham số đã cài đặt và chương trình điều khiển.
4. Bộ điều khiển tín hiệu đầu ra: Bộ phận này điều khiển hoạt động của các thành phần đầu ra. Bằng cách điều khiển các thành phần đầu ra như IGBT, nó điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra của động cơ, từ đó kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.
5. Bộ cấp nguồn: Bộ cấp nguồn này cung cấp nguồn điện ổn định và sử dụng các thành phần như bộ lọc để lọc và làm phẳng các gợn sóng tần số cao-ở đầu ra của động cơ, đảm bảo độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống.
Tóm lại, cấu trúc mạch điều khiển của bộ biến tần bao gồm nhiều mô-đun, mỗi mô-đun thực hiện một chức năng cụ thể. Các mô-đun này hoạt động đồng bộ để đạt được các chức năng điều khiển của biến tần.