Biến tần là gì?
Biến tần (VFD) là thiết bị điều khiển điện tử được sử dụng để cung cấp khả năng điều khiển tốc độ có thể điều chỉnh cho động cơ AC và DC. Các loại động cơ AC phổ biến nhất là động cơ cảm ứng AC hoặc động cơ không đồng bộ. Lợi ích của việc sử dụng VFD là tiết kiệm năng lượng cho các ứng dụng quạt và bơm HVAC, cải thiện mô-men xoắn và điều khiển tốc độ của động cơ trong các ứng dụng công nghiệp và cải thiện khả năng bảo vệ động cơ.
Kích thước động cơ cho hoạt động VFD:
Biến tần có thể vận hành động cơ có công suất từ ¼ mã lực ở 120 vôn một pha đến 20,000 kilowatt ở 11,000 vôn ba pha. Động cơ công nghiệp thường là ba pha và điện áp phổ biến nhất ở Hoa Kỳ là 480 V. Các điện áp phổ biến khác là 230, 2300 và 4160 V. Động cơ được thiết kế để vận hành ở nhiều điện áp khác nhau tùy thuộc vào cực của động cơ.
Động cơ được thiết kế để chạy ở tốc độ không đổi tùy thuộc vào số cực trong động cơ. Tần số điện áp cung cấp cho động cơ quyết định tốc độ của động cơ. Tốc độ này là hàm của tần số được áp dụng nhân với 120 chia cho số cực trên mỗi pha.
VFD thay đổi tốc độ của động cơ như thế nào:
VFD điều khiển động cơ bằng cách thay đổi tần số giữa 0 và 60 chu kỳ hoặc Hertz mỗi giây. Chúng cũng có thể thay đổi tần số bên ngoài dải tần 0-60 Hz tiêu chuẩn lên đến 600 Hz. Khi trên 600 Hz, ứng dụng thường là động cơ trục chính tốc độ cao. Khi trên 600 Hz, ứng dụng thường là động cơ trục chính tốc độ cao. VFD thay đổi tần số đầu vào bằng cách điều chỉnh tần số đầu ra của sóng sin AC cho động cơ. Để thực hiện điều này, VFD có bốn thành phần chính:
- Bộ chỉnh lưu hoặc bộ chuyển đổi diode chuyển đổi điện áp dòng AC 60 Hz thành điện áp DC thông qua bộ chỉnh lưu diode.
- Phần bus DC lưu trữ điện áp AC đã chuyển đổi trong tụ điện. Đối với đầu vào AC 480 V, điện áp đỉnh tại bus DC ba pha có thể là 648 V DC (= 480 V x Sq. Rt. √1.82).
- Phần biến tần hoặc IGBT (Transistor lưỡng cực cổng cách điện) chuyển đổi điện áp DC được lưu trữ thành dạng sóng sin AC tương tự được gọi là điều chế độ rộng xung để mô phỏng dạng sóng AC. Dạng sóng điều chế độ rộng xung có biên độ (chiều cao), là điện áp đầu vào tối đa, thường là 480 vôn và chu kỳ nhiệm vụ (chiều rộng). Số chu kỳ nhiệm vụ trên giây là tần số tính bằng Hertz và tốc độ IGBT bật và tắt là tần số sóng mang. Tần số sóng mang nằm trong khoảng từ 2,000 Hz đến 15,000 Hz. Tần số sóng mang cao hơn tạo ra dạng sóng tốt hơn. Hãy tưởng tượng một công tắc đèn trên tường cho phép điện áp và dòng điện cung cấp năng lượng cho bóng đèn. Điện áp và dòng điện chạy đến bóng đèn với tốc độ 60 chu kỳ mỗi giây. Bất kỳ sự nhấp nháy ánh sáng nào cũng quá nhanh để có thể phát hiện bằng mắt thường.
- Phần điều khiển VFD xác định điện áp và tần số hoặc số chu kỳ nhiệm vụ được gửi đến động cơ. Động cơ sử dụng dạng sóng điều chế độ rộng xung để điều khiển tốc độ của động cơ.
Sự phát triển của ổ đĩa tần số thay đổi
VFD đã phát triển theo thời gian, nhưng chức năng cơ bản vẫn còn. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng và giúp các ngành công nghiệp phát triển. Với sự gia tăng hiện tại của IIoT và sản xuất thông minh, VFD sẽ trở thành một phần không thể thiếu để cải tiến quy trình và cung cấp dữ liệu có ý nghĩa để giúp các nhà sản xuất trở thành người dẫn đầu trong ngành của họ.