Biến tần 1 pha: Cấu tạo, ứng dụng và hướng dẫn lắp đặt

Chu Văn An

Biến tần một pha được xem là giải pháp tốt nhất trong việc điều khiển tốc độ động cơ, tiết kiệm điện năng và bảo vệ các thiết bị trong hệ thống. Tùy theo yêu cầu sử dụng và kinh phí lắp đặt mà bạn có thể lựa chọn loại biến tần phù hợp, từ sóng vuông đến sóng sin tiêu chuẩn. Trong bài viết này, KTH ELECTRIC sẽ cùng bạn tìm hiểu cấu tạo, ứng dụng và hướng dẫn lắp đặt của biến tần một pha.

Định nghĩa biến tần một pha

Biến tần một pha là thiết bị điện tử có khả năng chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) ở một ngưỡng điện áp và tần số nhất định. Thông thường, bộ biến tần một pha được sử dụng trong các hệ thống chỉ yêu cầu dòng điện nhỏ, nhưng cũng có những loại được sử dụng trong ngành điện để điều chỉnh tải xoay chiều lớn.

Bộ biến tần một pha tương đối dễ lắp đặt và vận hành, chi phí đầu tư thấp và có thể cung cấp lượng điện năng lớn trong không gian nhỏ, vì vậy dòng biến tần này ngày càng được sử dụng nhiều trong hệ thống chiếu sáng, năng lượng mặt trời, hệ thống HVAC và các ứng dụng công nghiệp khác.

Cấu tạo biến tần 1 pha

Biến tần một pha gồm có ba phần chính: mạch chỉnh lưu, mạch biến tần và mạch điều khiển.

• Mạch chỉnh lưu: Sử dụng 6 điốt để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ nguồn điện ba pha thành nguồn điện một chiều.
• Mạch biến tần: chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều để cung cấp điện áp và tần số cho động cơ. Mạch này sử dụng 6 IGBT nối tiếp để điều khiển quá trình chuyển mạch.
• Mạch điều khiển: có chức năng điều khiển dòng biến tần và các thông số khác.

Ngoài ra, biến tần một pha còn tích hợp cuộn kháng AC, cuộn kháng DC, điện trở phóng điện (điện trở hãm), bàn phím điều khiển, màn hình hiển thị, module giao tiếp và các linh kiện khác. Các thành phần này phục vụ để mở rộng khả năng điều khiển và tối ưu hóa hoạt động của biến tần.

Nguyên lý làm việc của biến tần một pha

Nguyên lý làm việc của biến tần một pha trải qua hai giai đoạn:

• giai đoạn đầu tiên: Thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện, nguồn điện 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều phẳng. Điện áp và tần số của nguồn điện đầu vào được cố định ở mức 380V 50Hz.
• giai đoạn thứ hai: Chuyển đổi điện áp DC ở các bước trên thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Ban đầu, điện áp DC sẽ được lưu trữ trong tụ điện. Sau đó, thông qua quá trình tự kích hoạt, bộ chuyển đổi IGBT tạo ra điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Dạng sóng biến tần một pha

sóng vuông

Biến tần một pha sử dụng phương pháp xung điện để tạo ra điện áp đầu ra sóng vuông, có thể điều chỉnh tần số và điện áp một cách linh hoạt. Loại sóng này thường được sử dụng trong các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp như các thiết bị nhỏ và hệ thống chiếu sáng LED.

Mặc dù sóng vuông trong biến tần khá tiết kiệm chi phí do ít linh kiện hơn các loại biến tần khác nhưng nếu sử dụng lâu dài có thể gây nhiễu, hư hỏng mô tơ, gây tổn thất điện năng lớn hơn.

Dạng sóng sin tiêu chuẩn

Sóng sin thuần túy là điện áp đầu ra lý tưởng của biến tần, mô phỏng chính xác dạng sóng lưới thông thường (50Hz/60Hz). Loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao như xe điện, thiết bị y tế và điều khiển động cơ công nghiệp.

So với sóng vuông, sóng hình sin tiêu chuẩn trong bộ biến tần đòi hỏi thiết kế và linh kiện phức tạp hơn, tương ứng với chi phí cao hơn. Bù lại, dạng sóng này giúp động cơ chạy êm hơn, ít thất thoát nhiệt hơn, hiệu suất cao hơn và ít nhiễu điện từ hơn nên đây vẫn là sự lựa chọn tốt nhất cho những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Dạng sóng hình sin đã được chỉnh sửa

Sóng sin biến tính là giải pháp trung gian giữa sóng vuông và sóng sin tiêu chuẩn, thường được sử dụng trong các bộ biến tần giá rẻ. Loại này có dạng sóng bậc thang rất gần với sóng hình sin thực tế. Tuy hiệu suất không thể so sánh với sóng hình sin tiêu chuẩn nhưng sóng hình sin biến tính lại phù hợp với các ứng dụng có công suất trung bình như máy bơm, quạt, giúp tiết kiệm chi phí.

Các loại biến tần một pha

Biến tần độc lập

Biến tần độc lập được thiết kế để hoạt động mà không cần nguồn điện bên ngoài. Loại này được sử dụng phổ biến trong các hệ thống năng lượng mặt trời gia đình vì khả năng chuyển đổi năng lượng từ các tấm pin mặt trời thành điện năng để sử dụng trong gia đình.

Bộ biến tần độc lập có thể cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị gia dụng như máy điều hòa không khí, tủ lạnh, máy bơm nước và động cơ, khiến chúng phù hợp để sử dụng ở những khu vực có nguồn điện ngoài lưới như vùng sâu vùng xa hoặc hải đảo. Tuy nhiên, thiết bị phải được kết nối với pin để dự trữ năng lượng sử dụng khi trời không nắng. Ngoài ra, bộ biến tần độc lập có thể khai thác năng lượng gió và thủy điện.

Biến tần nối lưới

Bộ biến tần nối lưới sử dụng nguồn điện lớn hơn, chẳng hạn như lưới điện, để cấp điện cho các tòa nhà và dự án xây dựng. Loại cấu trúc này phức tạp hơn một biến tần độc lập và thường được sử dụng cho các hoạt động thương mại hoặc công nghiệp lớn và hiếm khi được sử dụng cho nguồn điện dân dụng.

Ứng dụng công nghiệp của bộ biến tần một pha

Biến tần một pha được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động thương mại và công nghiệp, bao gồm:

• Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời: Bộ biến tần DC chuyển đổi năng lượng từ các tế bào quang điện mặt trời thành nguồn điện xoay chiều có thể sử dụng được, cung cấp năng lượng cho nhu cầu của một gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ trong thời gian mất điện.

• Nguồn điện liên tục (UPS): UPS được kết nối với ắc quy và được cấp nguồn bằng bộ biến tần 1 pha. Vì vậy, ngay cả ở những khu vực có nguồn điện không ổn định như cuối đường dây, nguồn điện vẫn có thể được duy trì liên tục và các thiết bị điện sẽ không bị gián đoạn.
• xe điện: Bộ biến tần một pha cung cấp nguồn điện liên tục cho động cơ xe điện, cho phép xe chạy trong thời gian dài mà không cần sạc, giúp tiết kiệm chi phí so với các dòng xe khác.

Xem thêm: Biến tần trung thế: Cấu tạo, phân loại và ứng dụng

Các thông số quan trọng khi lắp đặt biến tần

Mỗi biến tần yêu cầu một quy trình lắp đặt khác nhau nhưng có 4 thông số quan trọng cần nhớ khi lắp đặt biến tần.

Các thông số lựa chọn chế độ RUN/STOP

Theo các loại biến tần khác nhau, hãy tìm các thông số như “lựa chọn nguồn vận hành chính”, “chế độ vận hành” hoặc “chế độ truyền động-chạy/dừng” trong sách hướng dẫn thông qua bàn phím hoặc qua chốt điều khiển bên ngoài (24V+S1), sau đó thực hiện các lựa chọn sau:

• 0: Bàn phím: Chạy/dừng bằng bàn phím.
• 1: Điều khiển chạy/dừng bên ngoài: Điều khiển chạy/dừng bên ngoài.
• 2: Giao tiếp: chạy/dừng qua cổng RS485.

Thời gian tăng tốc 1, thời gian giảm tốc 1

Thông số này trực tiếp xác định liệu máy có thể chạy trơn tru ở hiện tại và trong tương lai hay không.

Thời gian tăng tốc là thời gian để động cơ chạy từ 0Hz đến 50HZ khi nhấn phím RUN. Phạm vi mặc định là 10 giây. Thời gian giảm tốc là thời gian từ khi nhấn nút dừng cho đến khi động cơ dừng hẳn.

Có một thông số cài đặt trong bộ biến tần bỏ qua chế độ giảm tốc, đó là Fee Run, tức là khi nhấn STOP, động cơ sẽ dừng tự do.

Để biết thêm thông tin, xem: Hướng dẫn cách lắp đặt biến tần

cách thay đổi tần số

Thông số này sẽ có các tên gọi khác nhau ở nhiều hãng biến tần khác nhau, chẳng hạn như lựa chọn nguồn tần số chính, phương pháp cài đặt tần số, lệnh tần số, v.v., nhưng nhìn chung nó bao gồm các tùy chọn sau:

• 0: Bàn phím: Sử dụng các nút lên xuống trên bàn phím để thay đổi tần số.
• 1: Chiết áp trên bàn phím: Sử dụng núm xoay để thay đổi tần số.
• 2: Đầu vào tín hiệu analog AVI bên ngoài: thay đổi tần số thông qua tín hiệu điện trở thay đổi hoặc 0-10VDC.
• 3: Đầu vào tín hiệu analog ACI bên ngoài: thay đổi tần số thông qua tín hiệu 4-20mA.
• 4: Tần số cài đặt giao tiếp: thay đổi tần số thông qua RS485.
• 5: Tần số đầu ra PID: thay đổi tần số thông qua tín hiệu phản hồi PID.

giới hạn tần số

Thông số này cho phép động cơ chạy nhanh nhất tính bằng Hz. Giả sử rằng khi đặt thành 40Hz, động cơ chạy ở tốc độ tối đa 40Hz, n=60×40/2 = 1200 RPM. Người vận hành có thể tự do đặt giới hạn tần số cho động cơ thông thường trong phạm vi thường được sử dụng là 1-60Hz.

Trên đây là những thông tin chi tiết về bộ biến tần một pha do KTH ELECTRIC biên soạn, bao gồm định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của thiết bị. Để tìm hiểu thêm về biến tần, bạn có thể truy cập: https://etinco.vn/tin-tuc/.