Trong các nhà máy hiện đại, bạn có thường thấy những chiếc máy hoạt động êm ái, thay đổi tốc độ linh hoạt, và tiết kiệm điện năng không? Bí quyết chính là nhờ có biến tần!
Biến tần là một thiết bị điện tử công suất có chức năng cốt lõi là biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác, qua đó cho phép điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp và chính xác.
Việc ứng dụng biến tần không chỉ là một xu hướng công nghệ mà còn là giải pháp chiến lược giúp doanh nghiệp giải quyết các bài toán về chi phí vận hành, độ bền thiết bị và an toàn lao động. Hãy cùng chúng tôi khám phá sâu hơn về biến tần và những giá trị mà nó mang lại.
1. Biến tần là gì?
Biến tần là thiết bị điện tử có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ một tần số và điện áp cố định của lưới điện thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh được. Mục đích chính của việc này là để điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ ba pha một cách trơn tru, linh hoạt và hiệu quả.
Trong các tài liệu kỹ thuật quốc tế và trong giao tiếp chuyên ngành, bạn sẽ thường xuyên bắt gặp các thuật ngữ khác để chỉ biến tần. Việc hiểu rõ những thuật ngữ này sẽ giúp các kỹ sư và nhà quản lý dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu và lựa chọn thiết bị. Thuật ngữ phổ biến nhất trong tiếng Anh là VFD (Variable Frequency Drive), dịch là bộ truyền động tần số thay đổi, nhấn mạnh vào chức năng cốt lõi là thay đổi tần số. Một thuật ngữ khác là VSD (Variable Speed Drive), có nghĩa là bộ truyền động tốc độ thay đổi, bao hàm cả VFD và các phương pháp điều khiển tốc độ khác nhưng trong thực tế thường được dùng để chỉ VFD. Tên gọi AC Drive hay bộ truyền động xoay chiều tập trung vào bản chất của loại động cơ mà nó điều khiển. Cuối cùng, thuật ngữ Inverter bắt nguồn từ tên của bộ nghịch lưu, một trong những thành phần chính bên trong, và cũng thường được dùng để chỉ cả thiết bị biến tần hoàn chỉnh, đặc biệt tại thị trường châu Á.
Sự ra đời của biến tần đã giải quyết một vấn đề cố hữu của động cơ xoay chiều là chúng được thiết kế để hoạt động ở một tốc độ gần như không đổi. Trước khi có biến tần, việc điều khiển tốc độ phải thông qua các giải pháp cơ khí phức tạp, cồng kềnh và kém hiệu quả như hộp số, hoặc các phương pháp gây tổn thất năng lượng lớn như dùng van tiết lưu. Những phương pháp này không chỉ làm giảm hiệu suất chung của hệ thống mà còn gây ra hao mòn cơ khí, đòi hỏi chi phí bảo trì cao. Biến tần đã thay đổi điều đó bằng cách cung cấp một phương pháp điều khiển tốc độ điện tử trực tiếp, mở ra một giai đoạn mới về hiệu quả năng lượng, độ chính xác trong điều khiển và sự bền bỉ cho hệ thống máy móc công nghiệp.
2. Phân loại biến tần
Để lựa chọn được một thiết bị biến tần phù hợp, việc đầu tiên là phải hiểu rõ các cách phân loại của chúng. Việc phân loại đúng giúp xác định chính xác sản phẩm cần thiết cho ứng dụng cụ thể, tránh lãng phí chi phí hoặc chọn sai thiết bị. Biến tần thường được phân loại dựa trên hai tiêu chí chính: nguồn điện cấp và công suất động cơ.
Về phân loại theo nguồn điện cấp, có hai loại chính. Biến tần 1 pha là dòng biến tần nhận nguồn điện vào là dòng xoay chiều 1 pha 220V và cho ra nguồn điện xoay chiều 3 pha để điều khiển các động cơ 3 pha công suất nhỏ. Loại này rất phổ biến trong các ứng dụng dân dụng, xưởng sản xuất nhỏ, hoặc những nơi không có sẵn lưới điện 3 pha, giúp giải quyết bài toán thiếu nguồn 3 pha một cách hiệu quả. Dải công suất của chúng thường giới hạn từ 0.4kW đến 2.2kW.
Ngược lại, biến tần 3 pha là dòng phổ biến nhất trong công nghiệp, nhận nguồn điện vào là dòng xoay chiều 3 pha (220V, 380V, 660V) và cho ra nguồn điện xoay chiều 3 pha có thể điều chỉnh được. Chúng được sử dụng trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp và các công trình có sử dụng động cơ 3 pha, cung cấp giải pháp điều khiển toàn diện và có dải công suất cực kỳ đa dạng, từ vài trăm Watt đến hàng Megawatt.
Về phân loại theo công suất, đây là thông số quan trọng nhất khi lựa chọn và phải phù hợp với công suất của động cơ. Dưới đây là bảng tổng hợp các dải công suất biến tần phổ biến cùng các ứng dụng tiêu biểu.
Bảng phân loại biến tần theo công suất và ứng dụng
| Công suất (kW) | Công suất (HP) | Chi tiết | Ứng dụng tiêu biểu | Đối tượng khách hàng |
| 0.4kW | 0.5HP | Băng tải nhỏ, máy đóng gói, quạt làm mát tủ điện | Xưởng sản xuất nhỏ, chế tạo máy | |
| 0.75kW | 1HP | Bơm nước dân dụng, máy khuấy nhỏ, máy dệt công suất thấp | Hộ gia đình, xưởng thực phẩm nhỏ | |
| 1.5kW | 2HP | Biến tần 1.5kW (2HP) | Máy công cụ (tiện, phay), máy bơm tăng áp, quạt thông gió | Xưởng cơ khí, tòa nhà chung cư |
| 2.2kW | 3HP | Bơm chìm, máy nén khí nhỏ, băng tải trung bình | Trang trại, nhà máy sản xuất | |
| 3.7kW | 5HP | Biến tần 4kW (5HP) | Máy ép nhựa nhỏ, thang cuốn, hệ thống xử lý nước thải | Xưởng sản xuất nhựa, trung tâm thương mại |
| 5.5kW | 7.5HP | Động cơ thang máy, máy nén khí, bơm cứu hỏa | Tòa nhà cao tầng, nhà máy công nghiệp | |
| 7.5kW | 10HP | Biến tần 7.5kW (10HP) | Máy nghiền, máy trộn, quạt công nghiệp lớn | Nhà máy vật liệu xây dựng, nhà máy thức ăn chăn nuôi |
| 11kW | 15HP | Cẩu trục nhỏ, máy ly tâm, hệ thống bơm điều áp lớn | Kho bãi, cảng, nhà máy hóa chất | |
| 15kW | 20HP | Biến tần 15kW (20HP) | Máy đùn nhựa, máy tạo sợi, bơm cấp nước cho khu công nghiệp | Nhà máy dệt may, nhà máy nhựa |
| 22kW | 30HP | Máy cán thép, quạt lò hơi, hệ thống thông gió hầm lò | Nhà máy thép, nhà máy xi măng, khai khoáng | |
| 37kW | 50HP | Máy nén khí trục vít lớn, cẩu trục cảng, máy nghiền đá | Nhà máy công nghiệp nặng, cảng biển | |
| 55kW | 75HP | Bơm thủy lợi công suất lớn, động cơ chính của dây chuyền sản xuất | Công ty thủy lợi, nhà máy sản xuất quy mô lớn | |
| 75kW | 100HP | Máy kéo thép, máy giấy, hệ thống bơm cấp nước cho thành phố | Nhà máy luyện kim, nhà máy giấy | |
| ≥110kW | ≥150HP | Động cơ trạm nghiền xi măng, quạt gió chính cho hầm mỏ, động cơ tàu thủy | Các tập đoàn công nghiệp nặng, ngành hàng hải |
3. Cấu tạo của biến tần
3.1. Xét theo khối chức năng
Về cơ bản, một biến tần hiện đại được cấu thành từ bốn khối chức năng chính. Việc nắm rõ cấu tạo giúp các kỹ sư dễ dàng hơn trong việc chẩn đoán sự cố và bảo trì.
Khối chỉnh lưu (Rectifier) là cửa ngõ đầu vào của biến tần. Nhiệm vụ của khối này là chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha từ lưới điện thành nguồn điện một chiều (DC) phẳng. Cấu tạo của bộ chỉnh lưu thường là một cầu diode công suất.
Khối lọc DC (DC Bus / DC Link) có nhiệm vụ san phẳng điện áp DC sau khi đi qua khối chỉnh lưu. Nguồn điện một chiều lúc này vẫn còn các gợn sóng, và khối lọc DC, bao gồm các tụ điện công suất lớn và đôi khi có thêm các cuộn kháng DC, sẽ làm cho điện áp này trở nên ổn định. Điện áp DC càng phẳng thì chất lượng điện áp AC ở đầu ra của biến tần càng tốt.
Khối nghịch lưu (Inverter) được xem là trái tim của biến tần. Khối này nhận nguồn điện DC đã được lọc phẳng và biến đổi nó trở lại thành nguồn điện xoay chiều (AC) 3 pha có điện áp và tần số có thể điều khiển được. Linh kiện công suất chủ chốt trong khối này là các cặp van bán dẫn IGBT, hoạt động như những công tắc điện tử đóng ngắt ở tần số rất cao theo thuật toán Điều chế độ rộng xung (PWM).
Khối điều khiển (Control Unit) là bộ não của biến tần. Nó bao gồm một bộ vi xử lý, các mạch logic và các cổng giao tiếp. Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ người dùng hoặc hệ thống cấp cao hơn, thực thi các thuật toán điều khiển để tạo ra tín hiệu PWM, đồng thời giám sát liên tục các thông số của biến tần và động cơ để thực hiện các chức năng bảo vệ.
3.2. Xét theo các bộ phận
Biến tần có cấu tạo thay đổi tùy theo ứng dụng, nhu cầu sử dụng hoặc yêu cầu kỹ thuật, tuy nhiên một biến tần công nghiệp điển hình được thiết kế để hoạt động bình thường, bao gồm các bộ phận sau:
– Mạch công suất chính được xem là thành phần cốt lõi, thực hiện nhiệm vụ biến đổi tần số dòng điện xoay chiều (AC) đầu vào (thường là 50Hz) thành dòng điện AC đầu ra có tần số điều chỉnh được (ví dụ từ 0 đến 400Hz) để cấp cho động cơ. Mạch này bao gồm bộ Chỉnh lưu có chức năng chuyển đổi điện áp AC đầu vào thành điện áp một chiều (DC), bộ lọc có tác dụng san phẳng và ổn định điện áp DC sau chỉnh lưu và bộ nghịch lưu IGBT có công năng chuyển đổi điện áp DC đã được lọc trở lại thành điện áp AC với tần số và biên độ mong muốn.
– Mạch nguồn cung cấp nguồn điện ổn định cho toàn bộ các mạch điện tử bên trong biến tần, đặc biệt là mạch điều khiển.
– Mạch điều khiển là “bộ não” của biến tần, thường chứa vi xử lý hoặc DSP. Mạch này thực hiện các thuật toán điều khiển (như V/f, Vector Control), xử lý tín hiệu, nhận lệnh từ người dùng hoặc hệ thống cấp trên, điều khiển hoạt động của bộ nghịch lưu IGBT, đồng thời quản lý các chức năng lập trình và giao tiếp.
– Mạch bảo vệ tích hợp các cơ chế để bảo vệ biến tần và động cơ khỏi các sự cố như quá tải, quá dòng, quá áp, thấp áp, quá nhiệt, ngắn mạch, mất pha… đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và ổn định.
– Màn hình hiển thị LCD và bàn phím cho phép người vận hành giám sát các thông số hoạt động, cài đặt chương trình, điều khiển và chẩn đoán lỗi.
– Tùy theo yêu cầu ứng dụng, biến tần có thể được tích hợp thêm module truyền thông cho phép kết nối và trao đổi dữ liệu với PLC, HMI, SCADA qua các chuẩn công nghiệp (Modbus, Profibus, Profinet, Ethernet/IP…), bộ điện kháng xoay chiều và một chiều giúp giảm sóng hài, cải thiện chất lượng nguồn điện và bảo vệ bộ chỉnh lưu, điện trở hãm có chức năng tiêu tán năng lượng dư thừa sinh ra khi động cơ giảm tốc hoặc hãm, tránh quá áp trên DC link.
4. Nguyên lý hoạt động của biến tần
4.1. Nguyên lý cơ bản
Nguyên lý hoạt động của biến tần là một chuỗi biến đổi năng lượng điện hai lần. Quá trình này bắt đầu bằng việc chỉnh lưu, sau đó là lọc và cuối cùng là nghịch lưu.
Đầu tiên, ở bước 1 (Chỉnh lưu), nguồn điện xoay chiều từ lưới điện với tần số cố định 50Hz được cấp vào khối chỉnh lưu. Tại đây, hệ thống diode công suất sẽ nắn dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Tuy nhiên, điện áp DC ở đầu ra lúc này chưa phẳng mà có dạng nhấp nhô.
Tiếp theo, ở bước 2 (Lọc), dòng điện một chiều nhấp nhô được đưa vào khối lọc DC Bus. Hệ thống tụ điện có điện dung lớn sẽ được nạp và xả liên tục để san phẳng các gợn sóng điện áp, tạo ra một nguồn điện áp DC gần như không đổi và ổn định. Chất lượng của điện áp DC này ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sóng sin ở đầu ra.
Cuối cùng, ở bước 3 (Nghịch lưu), nguồn điện áp DC phẳng được cấp cho khối nghịch lưu. Bộ vi xử lý của biến tần sẽ tính toán và tạo ra các chuỗi xung tín hiệu điều khiển PWM để ra lệnh cho các công tắc bán dẫn IGBT đóng ngắt với tần số rất cao. Bằng cách điều chỉnh độ rộng của các xung này, biến tần có thể tái tạo lại một dạng sóng điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra với tần số và biên độ mong muốn, từ đó điều khiển chính xác tốc độ và momen của động cơ.
4.2. Nguyên lý chi tiết
Biến tần hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng điện, sau đây Thanh Thiên Phú sẽ trình bày chi tiết quá trình này:
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC) đầu vào 1 pha hoặc 3 pha, được đưa qua bộ chỉnh lưu cầu diode. Sau đó, dòng điện này được lọc phẳng bằng tụ điện, tạo ra một nguồn điện một chiều (DC) ổn định. Điều này làm cho hệ số công suất (cosφ) của biến tần luôn ở mức cao (thường từ 0.96 trở lên) và không bị ảnh hưởng bởi loại tải được kết nối.
Tiếp theo, điện áp một chiều (DC) ổn định này được biến đổi ngược lại thành điện áp xoay chiều (AC) 3 pha đối xứng thông qua bộ nghịch lưu (Bộ nghịch lưu hiện đại thường sử dụng các transistor công suất IGBT). Các IGBT này được điều khiển đóng ngắt theo phương pháp Điều chế độ rộng xung (PWM). Bằng cách thay đổi độ rộng của các xung điện áp DC, PWM tạo ra một dạng sóng đầu ra gần giống hình sin, với tần số và biên độ mong muốn.
Nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và bán dẫn công suất, tần số đóng ngắt (chuyển mạch) của IGBT có thể đạt đến dải siêu âm. Điều này giúp giảm đáng kể tiếng ồn phát ra từ động cơ và giảm tổn thất năng lượng trên lõi sắt của động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra của biến tần có thể thay đổi vô cấp cả về biên độ (điện áp) và tần số, tùy thuộc vào tín hiệu từ bộ điều khiển. Đối với tải có mô-men xoắn không đổi (ví dụ: băng tải), tỷ lệ Điện áp/Tần số (V/f) được duy trì không đổi và đối với tải bơm và quạt, điện áp thường là hàm bậc 4 của tần số (V ∝ f⁴). Điều này tạo ra đặc tính mô-men xoắn là hàm bậc hai của tốc độ (M ∝ tốc độ²), phù hợp với yêu cầu của các loại tải này.
Biến tần có hiệu suất chuyển đổi năng lượng rất cao do sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất tiên tiến. Kết quả là năng lượng tiêu thụ gần bằng năng lượng thực tế mà hệ thống yêu cầu.
Ngày nay, biến tần còn tích hợp nhiều chế độ điều khiển đa dạng, phù hợp với hầu hết các loại phụ tải. Nhiều biến tần còn có sẵn bộ điều khiển PID và hỗ trợ các chuẩn truyền thông khác nhau, giúp dễ dàng tích hợp vào hệ thống điều khiển và giám sát tự động (SCADA).
5. Công dụng của biến tần
Việc đầu tư vào biến tần là một khoản đầu tư chiến lược mang lại lợi ích lâu dài và toàn diện cho doanh nghiệp, từ tài chính đến vận hành.
Đầu tiên, biến tần giúp tiết kiệm điện năng, đây là lợi ích được quan tâm hàng đầu, đặc biệt trong các ứng dụng bơm, quạt, máy nén khí. Theo Định luật tương tự (Affinity Laws), công suất tiêu thụ của động cơ tỷ lệ với lũy thừa bậc ba của tốc độ. Điều này có nghĩa là chỉ cần giảm một chút tốc độ động cơ cũng có thể mang lại mức tiết kiệm năng lượng rất lớn. Ví dụ, giảm tốc độ động cơ xuống 20% (chạy ở 80% tốc độ) sẽ giúp tiết kiệm gần 49% lượng điện năng tiêu thụ.
Tiếp theo, biến tần có khả năng bảo vệ động cơ và hệ thống cơ khí, giúp tăng tuổi thọ thiết bị. Biến tần cho phép động cơ khởi động mềm (Soft Start) bằng cách tăng dần tần số và điện áp, giúp loại bỏ hoàn toàn sốc cơ khí và đỉnh dòng khởi động. Điều này bảo vệ cả động cơ và các chi tiết máy móc liên quan. Quá trình hãm động cơ cũng diễn ra êm ái, giảm thiểu quán tính phá hủy. Thêm vào đó, biến tần tích hợp sẵn các chức năng bảo vệ thông minh, liên tục giám sát và bảo vệ động cơ khỏi các sự cố nguy hiểm như quá dòng, quá áp, thấp áp, quá tải, quá nhiệt, mất pha, và chạm đất. Nhờ đó, tuổi thọ của động cơ và thiết bị cơ khí được kéo dài đáng kể.
Biến tần còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong các ứng dụng như máy dệt, máy in, máy cán thép, việc duy trì tốc độ chính xác là yếu tố quyết định chất lượng. Biến tần với chế độ điều khiển vector cho phép điều khiển tốc độ với sai số cực nhỏ, đảm bảo sản phẩm đồng đều và giảm tỷ lệ phế phẩm. Dây chuyền sản xuất có thể dễ dàng thay đổi tốc độ để phù hợp với các loại sản phẩm khác nhau mà không cần thay đổi cơ cấu cơ khí. Hơn nữa, biến tần dễ dàng kết nối với PLC, HMI, cho phép xây dựng các quy trình sản xuất tự động hóa hoàn toàn.
Cuối cùng, biến tần giúp cải thiện môi trường làm việc và đảm bảo an toàn lao động. Việc cho động cơ chạy ở tốc độ thấp hơn sẽ tạo ra ít tiếng ồn, cải thiện môi trường làm việc. Việc loại bỏ các cú giật cơ khí khi khởi động và dừng giúp hệ thống vận hành an toàn hơn. Ngoài ra, biến tần thường có hệ số công suất đầu vào rất cao (khoảng 0.96), giúp doanh nghiệp giảm hoặc không phải đóng tiền phạt do hệ số công suất thấp từ công ty điện lực.
6. Chức năng và chế độ điều khiển
Một biến tần hiện đại được trang bị hàng loạt các chức năng thông minh và nhiều chế độ điều khiển khác nhau. Việc nắm vững các chức năng này giúp kỹ sư khai thác tối đa tiềm năng của thiết bị.
Về các chức năng hỗ trợ, biến tần thường có tính năng điều khiển PID tích hợp, cho phép tự động điều chỉnh tốc độ động cơ để duy trì một thông số quá trình như áp suất, lưu lượng mà không cần PLC ngoài. Chức năng điều khiển đa cấp tốc độ cho phép cài đặt sẵn nhiều cấp tốc độ và lựa chọn chạy bằng tín hiệu số. Chức năng bắt tốc độ (Flying Start) cho phép biến tần khởi động và bắt kịp tốc độ của một động cơ đang quay tự do, tránh gây sốc và quá dòng.
Các chức năng khác như bù momen, bù trượt giúp tăng momen khởi động và duy trì tốc độ ổn định, trong khi chức năng bỏ qua tần số cộng hưởng giúp hệ thống vận hành êm ái bằng cách tránh các dải tần số gây rung động mạnh.
Về các chế độ điều khiển, có ba loại chính. Điều khiển V/f (Voltage/Frequency Control) là chế độ đơn giản và phổ biến nhất, duy trì một tỷ lệ không đổi giữa điện áp và tần số. Chế độ này dễ cài đặt, ổn định, phù hợp cho các tải như bơm, quạt.
Điều khiển Vector không cảm biến (Sensorless Vector Control – SVC) là một bước tiến lớn, sử dụng một mô hình toán học của động cơ để điều khiển riêng biệt hai thành phần dòng điện tạo từ thông và tạo momen. Chế độ này cho đáp ứng momen nhanh và mạnh mẽ hơn, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu momen khởi động lớn như máy nghiền, cẩu trục.
Cuối cùng, Điều khiển Vector vòng kín (Closed-loop Vector Control – FOC) là chế độ cao cấp nhất. Nó hoạt động tương tự SVC nhưng có thêm tín hiệu phản hồi tốc độ từ một cảm biến encoder, mang lại độ chính xác tốc độ và điều khiển momen ở mức cao nhất, cần thiết cho các ứng dụng như máy in nhiều màu, thang máy tốc độ cao.
7. Ký hiệu trên biến tần và cách sử dụng
Hiểu rõ ý nghĩa của các ký hiệu trên cầu đấu dây (terminal) là bước đầu tiên để đấu nối và cài đặt biến tần một cách chính xác.
Bảng giải thích các ký hiệu terminal phổ biến
| Ký hiệu | Tên tiếng Anh | Tên tiếng Việt / Chức năng | Ghi chú |
| Mạch động lực | |||
| R, S, T (L1, L2, L3) | Line Input | Nguồn cấp 3 pha đầu vào | Kết nối với lưới điện 3 pha 380V/220V |
| L, N (L1, L2) | Line Input | Nguồn cấp 1 pha đầu vào | Kết nối với lưới điện 1 pha 220V (cho biến tần 1 pha) |
| U, V, W (T1, T2, T3) | Motor Output | Đầu ra 3 pha nối với động cơ | Kết nối với 3 dây của động cơ |
| P+, P- (P, N) | DC Bus | Cầu đấu DC Bus | Dùng để kết nối cuộn kháng DC ngoài (DC Reactor) |
| P+, PB | Braking Resistor | Kết nối điện trở hãm | Dùng để kết nối điện trở xả khi hãm động cơ |
| E, G, PE | Ground | Tiếp địa | BẮT BUỘC phải nối đất để đảm bảo an toàn |
| Mạch điều khiển | |||
| DI1, DI2, … | Digital Input | Đầu vào số | Nhận tín hiệu ON/OFF để thực hiện lệnh chạy, dừng, đảo chiều… |
| DO1, DO2, … | Digital Output | Đầu ra số (rơ le hoặc transistor) | Xuất tín hiệu trạng thái của biến tần (đang chạy, bị lỗi…) |
| AI1, AI2, … | Analog Input | Đầu vào tương tự | Nhận tín hiệu 0-10VDC hoặc 4-20mA để điều khiển tốc độ |
| AO1, AO2, … | Analog Output | Đầu ra tương tự | Xuất tín hiệu 0-10VDC hoặc 4-20mA tỷ lệ với tần số, dòng điện… |
| COM, GND | Common/Ground | Chân chung cho tín hiệu điều khiển | Dùng làm điểm chung cho các tín hiệu vào/ra |
| +10V, +24V | Power Supply | Nguồn cấp phụ | Cung cấp nguồn 10V cho chiết áp, 24V cho cảm biến |
| RS485+, RS485- (A+, B-) | Communication | Cổng truyền thông Modbus RTU | Dùng để kết nối biến tần vào mạng truyền thông với HMI, PLC |
Sau khi đấu nối, các bước cài đặt cơ bản cần được thực hiện. Đầu tiên, bước quan trọng nhất là nhập chính xác các thông số của động cơ như công suất, điện áp, dòng điện, tần số và tốc độ định mức. Tiếp theo, cần thực hiện chức năng Auto-tuning (dò thông số động cơ), đặc biệt khi sử dụng chế độ vector, để biến tần nhận diện chính xác các tham số của động cơ. Sau đó, người dùng cần cài đặt nguồn lệnh chạy (từ bàn phím, terminal hay truyền thông) và nguồn tham chiếu tần số (từ bàn phím, chiết áp hay truyền thông). Cuối cùng là thiết lập thời gian tăng tốc và giảm tốc phù hợp với đặc tính của tải để đảm bảo biến tần hoạt động êm ái, không gây lỗi quá dòng hoặc quá áp.
8. Các hãng nổi tiếng cung cấp biến tần
Thị trường biến tần hiện nay rất đa dạng, việc lựa chọn một thương hiệu uy tín sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật. Thanhthienphu.vn xin điểm qua những gương mặt tiêu biểu, các thương hiệu biến tần phổ biến ở việt nam hiện nay mà bạn không thể bỏ qua khi cân nhắc đầu tư:
Biến tần Siemens (Đức)
Siemens là một tập đoàn công nghệ toàn cầu với lịch sử hơn 170 năm, tiên phong trong lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa và số hóa. Biến tần Siemens, đặc biệt là dòng SINAMICS, nổi tiếng với chất lượng vượt trội, độ tin cậy đỉnh cao và công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới.
Sau đây là các dòng sản phẩm nổi bật của Siemens:
– SINAMICS V20 là dòng biến tần cơ bản, dễ sử dụng, giá cả cạnh tranh, phù hợp cho các ứng dụng đơn giản như bơm, quạt, băng tải nhỏ. Công suất thường từ 0.12 kW đến 30 kW.
– SINAMICS G120/G120C/G120X là dòng biến tần module linh hoạt, đa năng, hiệu suất cao, tích hợp nhiều chức năng công nghệ và an toàn (Safety Integrated). Phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp phức tạp hơn, từ máy móc sản xuất đến hệ thống HVAC, xử lý nước. Dải công suất rất rộng. G120X chuyên dụng cho ngành nước và HVAC.
– SINAMICS S120/S210 là dòng biến tần servo và biến tần hiệu suất cao, chuyên dụng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác, động năng cao như máy công cụ CNC, robot, dây chuyền lắp ráp tốc độ cao.
Biến tần Mitsubishi Electric (Nhật Bản)
Mitsubishi Electric là một tên tuổi lớn khác trong ngành tự động hóa công nghiệp đến từ Nhật Bản, nổi tiếng với các sản phẩm chất lượng cao, bền bỉ và độ chính xác vượt trội. Biến tần Mitsubishi (thường gọi là dòng FR) được tin dùng rộng rãi tại Việt Nam nhờ sự ổn định và dễ sử dụng.
Sau đây là các dòng sản phẩm biến tần Mitsubishi phổ biến:
– FR-D700 Series là dòng biến tần nhỏ gọn, đa năng, dễ cài đặt, phù hợp cho các ứng dụng công suất nhỏ, yêu cầu cơ bản.
– FR-E700/E800 Series là dòng biến tần hiệu suất cao, nhỏ gọn, tích hợp nhiều tính năng thông minh, điều khiển vector tiên tiến, phù hợp cho nhiều loại máy móc công nghiệp. E800 là thế hệ mới với nhiều cải tiến.
– FR-A800 Series là dòng biến tần cao cấp, hiệu suất đỉnh cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất về điều khiển tốc độ, mô-men xoắn và định vị. Tích hợp sẵn PLC, nhiều tùy chọn truyền thông.
– FR-F800 Series là dòng biến tần chuyên dụng cho bơm và quạt, tối ưu hóa khả năng tiết kiệm năng lượng, tích hợp các chức năng PID nâng cao.
Biến tần INVT (Trung Quốc)
INVT (Shenzhen INVT Electric Co., Ltd.) là một trong những nhà sản xuất biến tần và tự động hóa hàng đầu Trung Quốc, đã có sự phát triển vượt bậc và hiện diện mạnh mẽ tại thị trường Việt Nam trong những năm gần đây. Biến tần INVT được đánh giá cao nhờ giá cả cạnh tranh, tính năng đa dạng và sự đầu tư vào nghiên cứu phát triển.
Sau đây các dòng biến tần INVT phổ biến ở thị trường Việt Nam:
– GD20 Series là dòng biến tần đa năng, điều khiển vector không cảm biến, hiệu suất tốt, giá hợp lý, rất phổ biến cho các ứng dụng thông thường.
– GD350 Series là dòng biến tần cao cấp, điều khiển vector vòng kín/hở, tích hợp PLC, nhiều tùy chọn mở rộng, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và tính năng cao.
– GD35 Series là dòng biến tần chuyên dụng cho điều khiển vị trí và ứng dụng servo đơn giản….
Biến tần Schneider Electric (Pháp)
Schneider Electric là tập đoàn toàn cầu đến từ Pháp, chuyên về quản lý năng lượng và tự động hóa. Biến tần Schneider (dòng Altivar) được đánh giá cao về chất lượng, tính năng đa dạng và khả năng tích hợp trong các giải pháp tổng thể của hãng.
Sau đây là các dòng biến tần Schneider phổ biến:
– Altivar Process ATV600, ATV900 Series là dòng biến tần cao cấp thế hệ mới, tập trung vào quản lý quy trình và năng lượng. ATV600 chuyên cho bơm, quạt, máy nén. ATV900 cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao, mô-men lớn. Tích hợp nhiều dịch vụ IoT, giám sát năng lượng.
– Altivar Machine ATV320, ATV340 Series là dòng biến tần thiết kế tối ưu cho các nhà chế tạo máy (OEM), nhỏ gọn, hiệu suất cao, tích hợp an toàn, kết nối mạnh mẽ. ATV340 mạnh về điều khiển động năng cao.
– Altivar Easy ATV310, ATV610 Series là dòng biến tần phổ thông, giá cả cạnh tranh, dễ sử dụng, tập trung vào các ứng dụng cơ bản trong công nghiệp và tòa nhà.
Biến tần Delta Electronics (Đài Loan)
Delta là một tập đoàn điện tử hàng đầu thế giới đến từ Đài Loan, rất mạnh trong lĩnh vực nguồn và quản lý năng lượng. Biến tần Delta được biết đến rộng rãi tại Việt Nam nhờ sự đa dạng về mẫu mã, tính năng tốt, hiệu suất ổn định, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt và đặc biệt là mức giá rất cạnh tranh.
Tuy nhiên, biến tần Delta còn nhược điểm như độ bền trong các môi trường cực kỳ khắc nghiệt có thể chưa bằng các hãng G7, tài liệu kỹ thuật đôi khi chưa chi tiết bằng các hãng lớn.
9. Ứng dụng thực tế của biến tần trong công nghiệp
Sức mạnh của biến tần được thể hiện rõ nhất qua sự hiện diện rộng khắp của nó trong hầu hết mọi lĩnh vực sản xuất.
Trong ngành bơm và quạt, đây là lĩnh vực ứng dụng biến tần nhiều nhất và mang lại hiệu quả tiết kiệm điện rõ rệt nhất, từ việc điều khiển bơm cấp nước giữ ổn định áp suất đến điều chỉnh tốc độ quạt thông gió theo nhu cầu thực tế.
Trong các hệ thống băng tải, băng chuyền, biến tần cho phép khởi động, dừng êm và dễ dàng điều chỉnh tốc độ để đồng bộ với dây chuyền sản xuất.
Đối với máy nén khí, biến tần giúp điều khiển tốc độ động cơ để duy trì áp suất ổn định thay vì chế độ chạy/dừng liên tục gây lãng phí điện.
Biến tần giúp điều khiển quá trình nâng hạ của cần trục, thang máy và cuộn thang cuốn một cách êm ái và an toàn.
Trong ngành cơ khí, biến tần cho phép điều chỉnh linh hoạt tốc độ của máy công cụ.
Các ngành dệt may, bao bì, in ấn sử dụng biến tần để điều khiển đồng bộ tốc độ với độ chính xác cao.
Ngay cả các máy móc tải nặng như máy trộn, máy nghiền và cẩu trục cũng dựa vào biến tần để cung cấp momen khởi động lớn và điều khiển chính xác.
Biến tần điều khiển các động cơ quạt và bơm trong hệ thống HVAC, giúp duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định, đồng thời tiết kiệm năng lượng.
10. Hướng dẫn lựa chọn biến tần phù hợp
Lựa chọn sai biến tần có thể dẫn đến lãng phí và hoạt động không ổn định. Việc lựa chọn biến tần phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, ổn định và tiết kiệm chi phí. Để đưa ra quyết định chính xác, một kỹ sư cần xem xét một cách hệ thống các yếu tố sau.
Xác định yêu cầu của động cơ
Bước đầu tiên là xác định các thông số kỹ thuật của động cơ mà bạn muốn điều khiển bằng biến tần. Các thông số này thường được ghi trên nhãn động cơ hoặc trong tài liệu kỹ thuật đi kèm:
– Động cơ không đồng bộ hay động cơ đồng bộ?
– Chọn biến tần có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất của động cơ?
– Chọn biến tần có điện áp đầu ra phù hợp với điện áp định mức của động cơ?
– Dòng điện của biến tần phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện định mức của động cơ.
– Chú ý thông số tốc độ định mức (RPM – vòng/phút). Thông số này giúp xác định dải tần số cần thiết của biến tần.
Xác định loại tải
Loại tải của ứng dụng ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn biến tần. Các loại tải phổ biến bao gồm:
– Tải nhẹ ví dụ như bơm ly tâm, quạt gió,… Đặc điểm của loại tải này là mô-men khởi động thấp và tăng dần theo tốc độ.
– Tải trung bình ví dụ như băng tải, máy công cụ,… Mô-men khởi động và mô-men làm việc tương đối ổn định.
– Tải nặng ví dụ như cần trục, máy nghiền, máy cán,… Mô-men khởi động rất cao và có thể thay đổi đột ngột.
Việc xác định đúng loại tải giúp chọn biến tần có đặc tính mô-men phù hợp, tránh tình trạng quá tải hoặc lãng phí.
Xác định đặc điểm vận hành
Các yếu tố về đặc điểm vận hành cũng cần được xem xét:
– Nếu động cơ hoạt động liên tục trong thời gian dài, cần chọn biến tần có khả năng tản nhiệt tốt.
– Dải điều chỉnh tốc độ rộng hay hẹp? Một số ứng dụng chỉ cần điều chỉnh tốc độ trong một phạm vi nhỏ, trong khi một số ứng dụng khác (ví dụ: máy công cụ) cần dải điều chỉnh rộng.
– Cần xem xét ứng dụng có cần độ chính xác tốc độ cao (yêu cầu vector vòng kín với encoder) hay không (Các ứng dụng như máy in, máy dệt,… đòi hỏi độ chính xác cao về tốc độ).
– Đồng thời, cần xác định số lượng cổng I/O cần thiết và chuẩn truyền thông (Modbus, Profibus,…) để kết nối với PLC hoặc HMI.
– Nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn,… Nếu môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, nhiều bụi), cần chọn biến tần có cấp bảo vệ phù hợp (ví dụ: IP54, IP65).
Ngân sách và lựa chọn nhà cung cấp
Sau khi xác định các yêu cầu kỹ thuật, bước cuối cùng là lựa chọn sản phẩm và nhà cung cấp phù hợp. Nên cân nhắc tổng chi phí sở hữu thay vì chỉ giá bán, và chọn một nhà cung cấp uy tín có đội ngũ kỹ thuật am hiểu để hỗ trợ sau này.
11. Những điều lưu ý khi sử dụng biến tần
Để biến tần hoạt động bền bỉ và an toàn, việc tuân thủ các nguyên tắc trong quá trình lắp đặt và vận hành là tối quan trọng. Khi lắp đặt, cần chú ý đến vị trí lắp đặt phải theo phương thẳng đứng, đảm bảo không gian thông gió đủ rộng xung quanh, và tránh các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, bụi bẩn, hóa chất. Việc đi dây động lực và dây điều khiển phải đúng quy cách, tách biệt nhau để tránh nhiễu. Đặc biệt, việc tiếp địa cho biến tần là yêu cầu bắt buộc và quan trọng nhất để đảm bảo an toàn.
Trong quá trình sử dụng, một nguyên tắc tuyệt đối là không được dùng contactor để đóng/cắt nguồn giữa biến tần và động cơ khi biến tần đang hoạt động, vì điều này có thể làm hỏng khối IGBT. Cần thực hiện bảo trì định kỳ như vệ sinh bụi bẩn, kiểm tra quạt làm mát và siết lại các cầu đấu. Người vận hành cũng nên thường xuyên theo dõi các thông số hoạt động để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường. Khi biến tần báo lỗi, cần tra cứu mã lỗi để xác định nguyên nhân trước khi reset, tránh làm hỏng hóc nghiêm trọng hơn.
12. Mua biến tần ở đâu?
Khi bạn đã hiểu rõ về biến tần, câu hỏi tiếp theo là nên lựa chọn nhà cung cấp nào. Việc lựa chọn một đối tác đáng tin cậy là yếu tố then chốt để đảm bảo bạn nhận được sản phẩm chính hãng, giá cả hợp lý và sự hỗ trợ kỹ thuật tận tâm.
Thanh Thiên Phú là một lựa chọn đáng tin cậy cho mọi nhu cầu về biến tần và tự động hóa. Chúng tôi không chỉ là người bán hàng mà là một đội ngũ kỹ sư có chuyên môn sâu, với nhiều năm kinh nghiệm tư vấn và triển khai các giải pháp biến tần cho nhiều ngành nghề. Là nhà phân phối chính thức của nhiều thương hiệu hàng đầu như INVT, Siemens, Mitsubishi, Schneider, chúng tôi đảm bảo 100% sản phẩm là hàng chính hãng, có đầy đủ giấy tờ chứng nhận và chính sách bảo hành rõ ràng.
Chúng tôi lắng nghe vấn đề và đưa ra giải pháp tối ưu dựa trên ứng dụng, yêu cầu kỹ thuật và ngân sách của bạn. Quan trọng hơn, chúng tôi cam kết đồng hành cùng bạn trong suốt vòng đời sản phẩm với dịch vụ hậu mãi vượt trội, từ hỗ trợ lắp đặt, cài đặt đến xử lý sự cố kỹ thuật. Chúng tôi luôn mang đến cho khách hàng những sản phẩm chất lượng cao với mức giá cạnh tranh nhất.
Liên hệ ngay với Thanh Thiên Phú để được tư vấn miễn phí:
- Hotline: 08.12.77.88.99
- Địa chỉ: 20 đường 29, Khu phố 2, Phường Cát Lái, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Website: thanhthienphu.vn
Các câu hỏi thường gặp về biến tần
Q1, Biến tần có gây nhiễu cho các thiết bị điện tử khác không?
Biến tần có thể gây nhiễu điện từ, nhưng các biến tần hiện đại thường được trang bị bộ lọc EMC (Electromagnetic Compatibility) để giảm thiểu nhiễu. Ngoài ra, việc lắp đặt đúng cách (ví dụ: sử dụng dây cáp có chống nhiễu, nối đất đúng kỹ thuật) cũng giúp giảm đáng kể vấn đề này.
Q2, Biến tần có thể làm hỏng động cơ không?
Nếu lựa chọn và cài đặt biến tần không đúng cách, có thể gây ra các vấn đề cho động cơ (ví dụ: quá nhiệt, rung động). Tuy nhiên, nếu được lựa chọn và sử dụng đúng cách, biến tần thậm chí còn giúp bảo vệ động cơ và kéo dài tuổi thọ.
Q3, Có thể tự lắp đặt biến tần không?
Việc lắp đặt biến tần đòi hỏi kiến thức về điện và kỹ thuật. Với các ứng dụng đơn giản và biến tần có công suất nhỏ, bạn có thể tự lắp đặt nếu có đủ kiến thức và kinh nghiệm. Tuy nhiên, với các ứng dụng phức tạp hoặc biến tần công suất lớn, tốt nhất nên nhờ đến sự hỗ trợ của các kỹ thuật viên chuyên nghiệp.
Q4, Chi phí đầu tư cho biến tần có cao không?
Chi phí đầu tư ban đầu cho biến tần có thể cao hơn so với các phương pháp khởi động động cơ truyền thống. Tuy nhiên, xét về lâu dài, biến tần giúp tiết kiệm điện năng đáng kể, giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ động cơ, nên tổng chi phí sở hữu (Total Cost of Ownership – TCO) thường thấp hơn.
Q5, Bảo trì biến tần như thế nào?
Biến tần cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ. Công việc bảo trì thường bao gồm kiểm tra, vệ sinh quạt tản nhiệt, kiểm tra các kết nối điện, kiểm tra và thay thế các linh kiện bị lão hóa (ví dụ: tụ điện).
Q6, Tại sao nên sử dụng biến tần ?
Việc sử dụng biến tần mang lại nhiều lợi ích thiết thực, có thể kể đến như:
– Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu tải, biến tần giúp giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ, đặc biệt là trong các ứng dụng có tải thay đổi thường xuyên.
– Biến tần giúp động cơ khởi động và dừng êm ái, giảm thiểu các xung điện và ứng suất cơ học, từ đó kéo dài tuổi thọ của động cơ.
– Kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách chính xác, nâng cao chất lượng sản phẩm trong các quy trình sản xuất.
– Tối ưu hóa hoạt động của hệ thống, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng năng suất.
