Biến Tần Là Gì? Biến Tần Hoạt Động Như Thế Nào?

Biến tần là phương pháp hiệu quả giúp điều khiển các thiết bị sử dụng động cơ có công suất lớn như máy lạnh, máy bơm, quạt hút gió hay động cơ kéo bằng cách thay đổi tốc độ linh hoạt. Trong bài viết này, hãy cùng Antshome tìm hiểu biến tần là gì và chúng hoạt động như thế nào. 

Biến tần là gì?

Biến tần hay còn gọi là inverter là thiết bị xoay đổi dòng điện một chiều (DC) sang dòng điện xoay chiều (AC). Trong hầu hết trường hợp, điện áp DC đầu vào sẽ nhỏ hơn trong khi điện áp AC đầu ra sẽ bằng với điện áp lưới điện là 120V hoặc 240V tùy theo khu vực. 

Có nhiều loại biến tần khác nhau tùy thuộc vào từng dạng sóng chuyển mạch. Chúng có kết cấu mạch, hiệu suất và ưu nhược điểm khác nhau. Biến tần cung cấp dòng điện xoay chiều từ các nguồn điện một chiều, rất hữu ích trong việc cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện và điện tử sử dụng dòng điện xoay chiều. Ngoài ra, biến tần có thể được chế tạo như một thiết bị độc lập cho các ứng dụng dùng nguồn điện năng lượng mặt trời hoặc hoạt động như một nguồn cung cấp năng lượng dự phòng từ pin. 

Tìm hiểu thêm: Dịch Vụ Sửa Điện Nước Tại Nhà Quận 6 TP HCM Antshome

Cấu tạo của biến tần là gì?

Biến tần được cấu tạo từ những bộ phận có chức năng tiếp nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để xoay chuyển thành điện áp có tần số thay đổi để điều chỉnh tốc độ động cơ. Các bộ phận chính bao gồm: 

• Bộ chỉnh lưu: Giúp chuyển đổi AC thành DC, sử dụng bộ phận bán dẫn là điốt. 
• Bộ nghịch lưu: Chuyển đổi AC từ điện áp DC, giúp cấp điện áp biến thiên tạo ra cho động cơ. Bộ nghịch lưu sử dụng đóng cắt bán dẫn như IGBT có thể bật/tắt. 
• Tụ điện nắn phẳng: Giúp nắn phẳng điện áp DC đã được chuyển đổi qua mạch chỉnh lưu. 
• Mạch điều khiển: Kiểm soát điều khiển, cài đặt máy biến tần. 

Ngoài ra các bộ phận phụ có thể kể đến như bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, màn hình hiển thị, bàn phím hay module truyền thống.

Tìm hiểu thêm: IGBT là gì?

Biến tần hoạt động như thế nào?

Trong mạch điện cơ bản sẽ bao gồm bộ dao động điện tử, mạch điều khiển, mạch truyền động, thiết bị nguồn, thiết bị chuyển mạch và máy biến áp. 

Việc chuyển đổi điện áp một chiều sang điện áp xoay chiều được thực hiện bằng cách chuyển đổi năng lượng lưu trữ trong nguồn điện một chiều như pin hay mạch chuyển lưu thành điện áp xoay chiều. Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị chuyển mạch được bật/tắt liên tục và sau đó chuyển sang máy biến áp. 

Điện áp đầu vào được bật/tắt bởi các thiết bị nguồn như MOSFET hoặc các bóng bán dẫn khác và nguồn xung được cấp cho đầu sơ cấp của máy biến áp. Hiệu điện thế biến thiên ở cuộn sơ cấp sẽ tạo ra hiệu điện thế xoay chiều ở cuộn thứ cấp. Trong quá trình này, máy biến áp hoạt động như một bộ khuếch đại trong đó nó làm tăng điện áp đầu ra ở một tỷ lệ định sẵn. Thông thường, điện áp đầu ra sẽ được nâng từ 12V tiêu chuẩn lên do pin cung cấp lên 120V hoặc 240V điện áp xoay chiều. 

Tìm hiểu thêm: MOSFET là gì? MOSFET trong biến tần hoạt động như thế nào?

Các đặc tính dạng sóng đầu ra của biến tần

Bộ biến tần được phân loại dựa trên đặc tính dạng sóng đầu ra với 3 loại chính là sóng vuông, sóng sin chuẩn và sóng mô phỏng sin.

Sóng vuông

Sóng vuông là dạng điện kích đơn giản và rẻ tiền. Dạng này dùng được cho hầu hết các thiết bị điện tần số 50  60Hz nhưng chúng có chất lượng điện khá thấp, nếu sử dụng lâu cho các thiết bị sẽ làm hỏng thiết bị. 

Sóng sin chuẩn

Sóng sin chuẩn là biến tần cho ra sóng sin chuẩn như. Hầu như không có khác biệt giữa điện lưới và nguồn điện áp đầu ra của loại biến tần này. Dạng sóng này có biến đổi thêm để hòa vào lưới điện. Biến tần nối lưới chắc chắn phải dùng dạng này. Nhược điểm lớn nhất của dạng này là tiêu hao cho không tải thường rất cao, nên chỉ thích hợp cho các hệ thống lớn hoặc các thiết bị y tế, hệ thống âm thanh nổi cần âm thanh chuẩn hoặc khi nối lưới.

Sóng mô phỏng sin

Sóng mô phỏng sin cũng là một dạng sóng vuông nhưng được điều chỉnh cho giống dạng sóng sin. Dạng biến tần này có thể dùng cho tất cả thiết bị điện xoay chiều và hiện nay cũng có nhiều dạng đang bán trên thị trường.

Tại sao chúng ta cần dùng biến tần

Trong thực tế, các thiết bị điện phục sinh hoạt, kinh doanh, sản xuất cần phải thay đổi tốc độ liên tục để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Đó là lý do biến tần được áp dụng rộng rãi ngày ngay. 

Những lợi ích của biến tần có thể kể đến như: 

• Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.
• Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác nên không gây ra sụt áp hay gặp cản trở khi khởi động.
• Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp từng bước đến tốc độ cao giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.
• Tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp liên tục bật/tắt động cơ.
• Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
• Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua điốt và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
• Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.

Ứng dụng của biến tần

Biến tần được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, từ bộ điều hợp xe hơi nhỏ đến các thiết bị gia dụng, văn phòng hay cả hệ thống lưới điện lớn. Một số ví dụ như:

• Nguồn cung cấp năng lượng liên tục. 
• Thiết bị biến tần độc lập cho các thiết bị điện. 
• Trong hệ thống điện năng lượng mặt trời. 
• Sử dụng trong bộ nguồn chuyển mạch.

Nguồn tham khảo: elprocus