Biến tần là gì ? ứng dụng và chọn công suất biến tần theo motor

Mời các bạn cùng abientan cùng tìm hiểu về khái niệm, phân loại và cách chọn công suất biến tần qua bài viết dưới đây.

Định nghĩa biến tần là gì ?

Khái niệm biến tần có nghĩa là một thiết bị có khả năng biến tần tần số, tuy nhiên ở Việt Nam khái niệm này đa số dùng để ám chỉ loại biến tần chuyển đổi điện áp và tần số ở điện áp AC. Thuật ngữ chuyên dùng trên thế giới dùng để chỉ biến tần thường là inverter, ac drive hay VFD. Trong bài viết này chủ yếu định nghĩa về biến tần chuyên dùng cho một số loại động cơ 3 pha.

Về cấu tạo chính của biến tần gồm 3 khối chính. Khối nguồn vào thường là diode chỉnh lưu dùng để chuyển điện AC( 1 pha 110v 220v hoặc 3 pha 220v-380v) thành điện áp DC. Khối thứ hai là khối mạch vi xử lý có chức năng điều khiển các IC kích điện DC thành điện áp ngõ ra tương đương như sóng sin điện áp 3 pha. Khối thứ 3 là công suất ngõ ra thường dùng IGBT công suất để xuất điện áp ra thiết bị tiêu thụ.

Dựa vào cấu tạo nêu trên mà khi xét tới chất lượng của một thương hiệu biến tần người ta thường quan tâm tới xuất sứ linh kiện mã hãng sử dụng là gì ? Đối với IGBT thì hàng chất thường là của Mitsubishi, Toshiba Infineon, đối với diode thì thường nổi tiếng với các sản phẩm của Sanrex. Tuy nhiên để đánh giá độ bền chính xác của một loại biến tần thì các bạn cũng nên tìm hiểu thêm về lịch sử hình thành của hãng, mức kinh phí đầu tư và R&D cũng như những tính năng, công nghiệp nào được hãng tích hợp vào bên trong biến tần.

Hiện nay trên thị trường có cũng nhiều dòng biến tần loại đặc biệt như nguồn vào là DC hoặc ngõ ra DC. Chính vì vậy mà các bạn cần phân biệt rõ khái niệm về từng loại biến tần để có phương án mua sắm hay sử dụng một cách chính xác hơn.

Khi sử dụng biến tần thì một số trường hợp các bạn cần quan tâm thêm một số phụ kiện đi kèm như là ac dc reactor, bộ xả hãm phanh, điện trở xả. Một số loại biến tần còn yêu cầu card encoder dùng để đọc cảm biến tốc độ vòng quay, hay card truyền thông để giao tiếp với plc, hay bộ điều khiển.

Lưu ý là thiết bị biến tần theo như định nghĩa nêu trên chỉ dùng để điều khiển động cơ 3 pha, khi sử dụng với các thiết bị điện tử khác có thể gây hư hỏng và cháy nổ. Chức năng của biến tần chính là thay đổi tần số và điện áp ngõ vào để điều khiển tốc động của motor 3 pha.

Phân loại các dòng biến tần có mặt trên thị trường

Đầu tiên biến tần phân loại thành dòng biến tần trung thế và hạ thế. Biến tần phổ biến ở dòng hạ thế có điện áp vào ra thường là 110v, 220v và 380v. Biến tần trung thế có điện áp ngõ ra thường rất lớn và số đơn vị dùng ở Việt Nam chỉ đếm trên đầu ngón tay.

Phân loại biến tần theo xuất sứ. Biến tần phân theo xuất sứ thường chia làm một số nhóm Nhật Bản như Yaskawa, Mitsubishi, Omron, Toshiba, Panasonic, Đài Loan như: Delta, QMA, Cutes, Hàn Quốc như LS Hyundai. Châu Âu như ABB, Siemens, Trung Quốc như Invt, Veichi, V&T.

Phân loại theo dạng tải là biến tần tải nặng dùng cho cầu trục, nâng hạ, máy nghiền, ly tâm, biến tần tải nhẹ hoặc tải thường dùng cho bơm quạt. Theo thông thường thì biến tần tải nặng có thể sử dụng tốt cho dạng tải thường, tuy nhiên trong trường hợp ngược lại thì biến tần tải nhẹ không thể sử dụng cho loại biến tần tải nặng, vì vậy khi chọn tải cho biến tần các bạn cần lưu ý.

Ngoài ra biến tần còn phân theo một số chức năng như: chỉ có chạy v/f, điều khiển được vector vòng kín, vòng hở, biến tần chạy được torque kín, torque hở, chạy được điều khiển PID. Tùy mỗi ứng dụng cụ thể mà chúng ta phải chọn lựa dòng biến tần cho thích hợp.

Ứng dụng thực tế của biến tần

Một trong những ứng dụng  của biến tần là dùng để điều khiển tốc độ của động cơ 3 pha, Trong một số máy móc, dây chuyền thì thay vì sử dụng giải pháp cơ khí để thay đổi tốc độ như hộp giảm tốc có thay đổi được tỷ lệ truyền thì biến tần sẽ giải quyết được thay đổi tốc độ ở dạng vô cấp. Lưu ý là khi lắp biến tần để thay đổi tốc độ motor tuy nhiên sẽ có thể làm giảm momen định mức đầu ra của động cơ 3 pha. Trong trường hợp này do bản thân của mô tơ 3 pha sẽ bị giảm torque khi chạy ở dưới tốc độ định mức chứ không phải do biến tần.

Dựa vào đặc tính thay đổi tốc độ của motor thì người ta còn ứng dụng biến tần để giảm tiêu thụ điện năng của động cơ ở một số dạng tải như máy nén khí, máy ép-đùn nhựa, hệ thống quạt gió. Lượng điện năng tiết kiệm điện của từng ứng dụng phục thuộc rất nhiều vào thông số động cơ cũng như chế độ hoạt động của motor.

Biến tần còn có một ứng dụng khác được sử dụng rất nhiều trong trường hợp nhà xưởng chỉ có điện 1 pha nhưng lại máy móc lại có động cơ 3 pha. Trong trường hợp này người ta sẽ sử dụng biến tần vào 1 pha 220v ra 3 pha 220v để cho động cơ 3 pha hoạt động.

Vviệc gắn biến tần cho động cơ 3 pha còn giúp cho động cơ khởi động mềm hơn giúp bảo vệ hệ thống điện cũng như giảm sốc cơ khí cho động cơ. Biến tần còn giúp bảo vệ quá tải, quá áp, quá dòng trong quá trình hoạt động của motor.

Những ứng dụng phổ biến thường lắp biến tần trong thực tế như là băng tải, lò hơi, máy giặt công nghiệp, cầu trục nâng hạ, thang máy, máy đóng gói, máy móc ngành bao bì.

Khi muốn mua biến tần phải chuẩn bị những thông tin gì ?

Để có thể mua được đúng loại biến tần mà quý khách hàng đang cần các bạn nên chuẩn bị trước một số thông tin như sau:

• Điện áp cấp nguồn cho biến tần là gì ? thường thì biến tần sẽ sử dụng một số nguồn cấp như sau: 1 pha AC 110v, 1 pha AC 220v, 3 pha AC 220v, 3 pha AC 380-400v. Ngoài ra còn có một số loại biến tần sử dụng nguồn cấp DC mà loại này thường rất ít gặp trên thực tế, chỉ dùng cho một số loại đặc biệt.
• Tiếp theo các bạn chuẩn bị thông tin về công suất  và điện áp của motor bạn sử dụng là bao nhiêu ? Lưu ý các bạn cần phân biệt rõ nguồn cấp cho biến tần và điện áp của motor vì hiện nay trên thị trường có một số loại nguồn cấp vào biến tần và nguồn ra motor có mức điện áp khác nhau.
• Các bạn cũng nên cung cấp thêm thông tin về sản phẩm bao gồm mã hàng cũ là gì ? nguyên nhân hư hỏng thiết bị cũ ? motor này chạy cho ứng dụng gì để thuận tiện cho nhà cung cấp biến tần tư vấn đúng và đủ loại biến tần thích hợp cho bạn.
• Đối với loại biến tần lắp ở không gian quá nhỏ hẹp thì các bạn cũng nên quan tâm đến thông số kích thước để tránh trường hợp mua biến tần về không gắn được.

Chi tiết cách chọn công suất biến tần theo động cơ

Theo như thông thường thì motor công suất bao nhiêu thì chọn biến tần công suất bấy nhiêu. Tuy nhiên trên thực tế để tiết kiệm chi phí hoặc sử dụng với tuổi thọ bền hơn thì có nhiều cách để chọn công suất cho biến tần như sau, mời các bạn tham khảo thêm.

Chọn công suất biến tần theo dòng điện của động cơ

Đối với một số loại motor 3 pha không có nhãn hay template thì việc xác định công suất của motor rất khó nếu không có chuyên môn về điện cơ, trong trường hợp này thì phải dựa dòng điện của motor để chọn công suất của biến tần. Có nhiều cách để thử ví dụ như cho chạy không tải hoặc có tải để xác định dòng điện lúc chạy, sau khi đã xác định được dòng điện này thì ta sẽ quy chiếu dòng này với dòng điện định mức của từng công suất biến tần để chọn công suất chính xác biến tần cho động cơ này.

Lưu ý khi chọn biến tần theo cách này các bạn phải xác định rõ dòng điện ứng với điện áp bao nhiêu để chọn công suất biến tần cho chính xác nhé. Ví dụ như motor khách báo chạy 40A vậy là bạn đinh ninh rằng biến tần tầm 11kW 220v nhưng trong khi đó đây có thể là ampe ở điện áp 380v.

Biến tần nhỏ có chạy được cho động cơ lớn ?

Đối với motor khi chạy có tải mà dòng điện chạy ngang với dòng định mức của motor thì khả năng cao là biến tần công suất nhỏ hơn sẽ không chạy được cho motor này. Một số trường hợp ít mà biến tần nhỏ vẫn có khả năng chạy được cho motor lớn là động cơ này chạy non tải dẫn tới ampe khi chạy rất thấp nên khi sử dụng biến tần công suất nhỏ hơn vẫn chạy tốt được.

Việc sử dụng biến tần nhỏ chạy cho motor lớn chỉ áp dụng đối với trường hợp bắt buộc do không có giải pháp nào khác, bởi vì khi dùng như thế thì độ bền của biến tần sẽ không cao, do thiết bị sẽ bị nóng trong quá trình hoạt động dẫn tới việc nhanh hư hỏng. Ví dụ như dòng có tải của động cơ 15kW đang là 22 ampe ở điện áp 380v thì các bạn vẫn có thể dùng biến tần 11kw 380v để sử dụng vì biến tần 11kw thường có điện áp định mức tới 23ampe.

Sử dụng biến tần công suất càng lớn sẽ càng bền ?

Đều này hoàn toàn chính xác, tuy nhiên chọn công suất càng lớn sẽ khiến cho giá thành của sản phẩm tăng cao gây tốn kém chi phí. Trong thực tế để cho biến tần bền hơn thì người ta chỉ cần chọn biến tần trên 1 cấp hoặc 2 cấp để giúp tuổi thọ biến tần lâu hơn. Ví dụ động cơ 15kW thì có thể chọn biến tần 18.5kW hoặc 22kW như vậy là tốt nhất.

Lưu ý đối với một số ứng dụng và loại motor đặc biệt thì việc chọn biến tần công suất lớn hơn motor quá nhiều sẽ dẫn tới trường hợp biến tần hoạt động bị lỗi hoặc gây cháy nổ cả biến tần và motor. Khi chọn công suất biến tần lớn hơn động cơ thì các bạn cần lưu ý cài đặt lại thông số motor để cho việc bảo vệ động cơ của biến tần được tốt hơn vì theo mặc định các thông số bảo vệ của biến tần công suất lớn hơn sẽ đang bảo vệ cho motor loại lớn hơn.

Chọn công suất biến tần cho động cơ theo từng ứng dụng

Thực tế hiện nay khi lựa chọn công suất biến tần người ta thường quan tâm bạn sử dụng cho ứng dụng gì ? hay chạy cho motor của máy gì ? Nguyên nhân của việc này chính là do đặc tính tải của mỗi ứng dụng thường là khác nhau nên cũng dẫn tới việc lựa chọn công suất cho biến tần khác nhau.

Việc chọn công suất theo từng ứng dụng tàm được chia làm 3 loại như sau:

• Đầu tiên là dạng tải nhẹ thường được sử dụng cho tải bơm nước thường, băng tải và tải quạt. Lưu ý có một số loại bơm nước loại bơm cao áp không nằm trong dạng tải nhẹ này. Khi gặp ứng dụng này các bạn chỉ cần chọn biến tần bằng với công suất của motor hoặc thậm chí đổi với motor chạy ampe thấp có thể nhỏ hơn 1 cấp vẫn chạy tốt.
• Tiếp theo là loại tải trung hoặc tải thường thường là một số dạng máy như máy in ống đồng, máy ó keo, máy ép nhựa. Đối với biến tần chạy cho tải trung thì các bạn chọn biến tần vừa bằng công suất động cơ hoặc lớn hơn 1 cấp là ổn.
• Loại thứ 3 là dạng tải nặng hay siêu nặng thường gặp ở tải nâng hạ, nghiền hay ly tâm. Đối với loại này thì các bạn cần chọn công suất biến tần lớn hơn công suất motor từ 1-2 cấp thì mới đảm bảo được độ bền.

Cách xem thông số namplate nhãn của biến tần

Khi muốn kiểm tra thông số của biến tần thường thì chúng ta phải dựa vào nhãn hoặc nameplate của biến tần, một số thông tin các bạn sẽ đọc được trên nhãn bao gồm:

• Thông tin quan trọng nhất thường là mã hàng, trong mã hàng thường mô tả đầy đủ đặc điểm của sản phẩm.
• Nguồn cấp cho biến tần là bao nhiêu ?
• Ngõ ra tối đa biến tần là bao nhiêu volt, hz, ampe ?
• Tên thương hiệu của hãng sản xuất và xuất sứ.
• Ngoài ra còn một số khác liên quan tới số seri version và một số tiêu chuẩn của sản phẩm.

Ví dụ về nhãn nameplate của một biến tần:

• Model chính là mã hàng: CIMR-AC2A0021FAA
• MAX APPLI.MOTOR: công suất tôi đa của động cơ dùng cho biến tần này.
• INPUT: điện áp ngõ vào và ampe tối đa.
• OUTPUT: Điện áp, tần số, ampe tối đa của ngõ ra.
• MASS: cân nặng của sản phẩm.
• IP20, RoHS: là tiêu chuẩn bảo vệ của sản phẩm.

Momen hay torque khởi động của biến tần là gì ?

Momne hay torque khởi động của biến tần chỉnh là lực tạo ra của motor ở tần số nhỏ khi biến tần khởi động motor. Ví dụ khi motor tăng tốc từ 0-50hz thì khoảng tần số từ 0-5hz thường được gọi là tần số khởi động. Bởi vì ở tần số này điện áp đặt trên motor rất thấp( theo chế độ V/F) chính vì vậy biến tần có momen hay torque khởi động càng lớn sẽ giúp cho việc điều khiển động cơ kéo tải vượt qua tần số khởi động này một cách mạnh mẽ hơn.

Thông số này thường thể hiện trong bảng đặc tính kỹ thuật của biến tần theo dạng phần trăm. Thường thì một số dòng biến tần tải nặng và siêu nặng (heavy duty) sẽ có momen khởi động lớn, còn với một số dòng tải thường và nhẹ thì có torque khởi động nhỏ hơn.

Ví dụ như loại chuyên cho bơm quạt thì thường là có thông số này nhỏ hơn loại biến tần tải nặng. Ngoài ra thì torque khởi động còn phụ thuộc vào chế độ điều khiển. Ở chế độ điều khiển V/f thì momen khởi động sẽ thấp hơn rất nhiều so với Open loop vector control hay Close loop vector control.

Ý nghĩa thực tiễn của momen torque khởi động của biến tần

Đối với tải bơm quạt thì motor vượt qua tần số khởi động một cách dễ dàng nên khi chọn biến tần cho dạng tải này ta ít quan tâm tới thông số này. Tuy nhiên càng đối với dạng tải nặng như tải cẩu trục thì momen khởi động rất quan trọng. Ví dụ khi ở chiều nâng tải lên cao thì torque khởi động quá nhỏ sẽ không thể tạo trớn để motor có thể kéo tải đi lên được, còn ở chiều ngược lại khi hạ vật xuống thì sẽ làm vật rớt nhanh dẫn tới tuột tải.

Chính vì vậy mà khi chọn biến tần cho một số ứng dụng tải nặng, tải có quán tính lớn thì các bạn nên quan tâm tới yếu tố này để đảm bảo biến tần có thể khởi động tốt cho động cơ.

Như vậy là abientan đã chia sẻ một số thông tin cơ bản liên quan tới biến tần, nếu bạn cần tư vấn thêm thì vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới nhé.