Chu Văn An
Nội dung bài viết
Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp là hai loại biến tần phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Để phân biệt giữa hai loại biến tần này, hãy đọc bài viết chi tiết của chúng tôi dưới đây.
Tìm hiểu về biến tần trực tiếp
Khái niệm biến tần trực tiếp
Biến tần trực tiếp (hay còn gọi là biến tần nguồn) là thiết bị chuyển đổi trực tiếp nguồn điện lưới AC thành nguồn điện xoay chiều ở tần số khác phù hợp với phụ tải mà không qua bất kỳ công đoạn trung gian nào liên quan đến nguồn điện một chiều. Theo đó, điện áp tải qua biến tần như vậy có giá trị gần bằng điện áp lưới.
Biến tần trực tiếp thường được lắp đặt trên các động cơ có công suất lớn nên hầu hết chỉ phù hợp với các nhà máy, khu công nghiệp lớn.
Cấu trúc biến tần trực tiếp
Cấu trúc của biến tần trực tiếp rất đơn giản và có hai thành phần chính:
- Công tắc 2 chiều: Có nhiệm vụ đóng/mở kết nối giữa pha nguồn đầu vào và pha tải. Đối với bộ biến tần tuần hoàn, cổ góp thường là thyristor. Với biến tần Matrix, thiết bị này sử dụng IGBT để tạo ra dạng sóng đầu ra tốt hơn.
- Mạch điều khiển: “Bộ não” của biến tần có thể điều khiển chính xác thời gian bật/tắt của công tắc 2 chiều để tạo ra điện áp và tần số đầu ra phù hợp với tải.
Ngoài ra, biến tần trực tiếp còn được trang bị tản nhiệt hoặc quạt làm mát để hạn chế nhiệt lượng tỏa ra từ các linh kiện bán dẫn như thyristor hay IGBT khi hoạt động ở dòng điện và điện áp cao.
Biến tần trực tiếp hoạt động như thế nào
Chuyển mạch điện tử là nguyên lý hoạt động cơ bản của truyền động trực tiếp. Thông qua bộ chuyển đổi 2 chiều, nguồn điện AC đầu vào được chuyển đổi trực tiếp thành nguồn điện xoay chiều có tần số khác nhau mà không cần bộ chỉnh lưu chuyển đổi thành nguồn điện 1 chiều.
Nguyên lý làm việc khác nhau giữa các loại biến tần trực tiếp:
- Biến tần vòng lặp: Công tắc là một thyristor hoạt động dựa trên góc pha đóng và mở, tạo ra dạng sóng đầu ra có tần số thấp hơn dạng sóng đầu vào.
- Biến tần ma trận: Sử dụng công nghệ tiên tiến hơn và ma trận chuyển đổi 2 chiều (thường là IGBT), có thể kết nối trực tiếp các pha đầu vào với các pha đầu ra theo bất kỳ sự kết hợp nào. Từ đây, biến tần ma trận cho phép tạo ra điện áp đầu ra có tần số và biên độ mong muốn, có thể cao hơn hoặc thấp hơn tần số đầu vào.
Ưu điểm và nhược điểm của biến tần trực tiếp
| Thuận lợi | thiếu sót |
| – Hiệu suất chuyển đổi cao, giảm thiểu chi phí điện năng
– Chất lượng dòng điện đầu vào tốt, duy trì hệ số công suất ở mức 0,98, giảm nhu cầu sử dụng các bộ lọc sóng hài – Có thể loại bỏ bus DC nên kích thước và trọng lượng nhỏ gọn – Đáp ứng nhanh với các yêu cầu thay đổi tần số đầu ra, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu thay đổi tải nhanh – Không có tụ điện, tuổi thọ cao |
– Chi phí đầu tư cao do switch 2 chiều thường đắt hơn linh kiện một chiều
– Thiết kế, vận hành và bảo trì phức tạp và đòi hỏi nhân viên kỹ thuật chuyên nghiệp – Do dải tần đầu ra hạn chế nên chỉ phù hợp với động cơ công suất lớn – Chất lượng dòng điện đầu ra không chính xác hình sin và có thể chứa nhiều sóng hài, đặc biệt ở tần số thấp |
Tìm hiểu về biến tần gián tiếp
Khái niệm biến tần gián tiếp
Ngược lại với bộ biến tần trực tiếp, bộ biến tần gián tiếp (bộ biến tần trung gian) được sử dụng để chuyển đổi nguồn AC đầu vào thành nguồn AC ở đầu ra thông qua bước trung gian DC.
Quá trình này gồm 2 bước cơ bản: dòng điện xoay chiều được chuyển đổi thành dòng điện một chiều trong mạch chỉnh lưu, sau đó dòng điện một chiều được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều thông qua mạch biến tần ở tần số và điện áp có thể điều chỉnh phù hợp với tải tương ứng.
Xem thêm: Biến tần DC là gì? Cấu tạo, chức năng và so sánh với biến tần AC
Cấu trúc biến tần gián tiếp
Cấu trúc của biến tần gián tiếp phức tạp hơn biến tần trực tiếp do có thêm các bước trung gian chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
- Mạch điều khiển: Chịu trách nhiệm nhận tín hiệu tần số và tốc độ theo yêu cầu của người dùng, sau đó tính toán và tạo ra tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) để cung cấp cho biến tần. Mạch điều khiển còn có khả năng giám sát hoạt động của các mạch biến tần, mạch chỉnh lưu.
- Bộ chỉnh lưu: Nó có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều của lưới điện thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều ở giai đoạn này thường có dạng sóng nhấp nhô.
- Xe buýt DC: Nó bao gồm một tụ điện lớn và một cuộn cảm, có nhiệm vụ làm mịn dòng điện một chiều sau giai đoạn chỉnh lưu, tạo ra nguồn DC ổn định và ít biến động để cấp nguồn cho giai đoạn biến tần.
- Biến tần: Thông qua công nghệ điều chế độ rộng xung, dòng điện một chiều của bus DC được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp thay đổi, được cung cấp cho động cơ.
Tương ứng với cấu trúc trên, nguyên lý làm việc của biến tần gián tiếp cũng được chia thành các giai đoạn:
- Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều: Dòng điện xoay chiều đầu vào (thường là ba pha, 50Hz) được chuyển đổi thành dòng điện một chiều dạng sóng (DC) sau khi đi qua bộ chỉnh lưu.
- Làm phẳng đường DC: Bus DC là bộ phận chịu trách nhiệm làm dịu các biến động trên đường dây DC, giúp nguồn DC phẳng hơn và ổn định hơn.
- Biến tần DC-AC: Đây là bước quan trọng nhất trong cơ cấu hoạt động của biến tần gián tiếp. Bằng cách thay đổi độ rộng của xungPWM, nguồn DC được chuyển đổi thành nguồn AC với tần số và điện áp có thể điều chỉnh được.
- Cung cấp năng lượng động cơ: Dòng điện xoay chiều từ biến tần sẽ được cung cấp cho động cơ. Biến tần lúc này sẽ điều khiển tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số dòng điện đầu vào, đồng thời việc thay đổi điện áp đầu ra sẽ duy trì mô men xoắn của động cơ.
Phân loại biến tần gián tiếp
Có 3 loại biến tần gián tiếp cơ bản:
- Biến tần nguồn điện áp (VSI): Điện áp cấp vào bus 1 không đổi, nhưng điện áp AC đầu ra có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh thời gian bật/tắt của mạch biến tần.
- Biến tần nguồn hiện tại (CSI): Loại biến tần này có công tắc bán dẫn trong biến tần nối với đường dây điện. Dòng điện này sau đó đi qua vòng điều khiển dòng điện và một cuộn cảm nối tiếp với bus điện áp DC. Ở dòng điện cao, dòng tải không đổi nên điện áp đầu ra của biến tần sẽ phụ thuộc vào tải.
- Biến tần nguồn điện áp điều chế biên độ (CS-PWM-I): Thời gian chuyển mạch của biến tần không đổi, nhưng điện áp AC đầu ra có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp cấp vào bus DC.
Ưu điểm và nhược điểm của biến tần gián tiếp
| Thuận lợi | thiếu sót |
|
|
So sánh biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp
Về cơ bản, bộ biến tần trực tiếp và gián tiếp khác nhau về nhiều tiêu chí ngoài chức năng chính là kiểm soát tốc độ động cơ. Bảng phân loại dưới đây sẽ làm rõ sự khác biệt giữa 2 loại biến tần.
| tiêu chuẩn | biến tần trực tiếp | biến tần gián tiếp |
| Các thao tác cơ bản | Chuyển đổi trực tiếp nguồn điện đầu vào AC thành nguồn điện đầu ra AC | Sau bước trung gian, nguồn đầu vào AC – DC được chuyển đổi thành nguồn đầu ra AC, sau đó nguồn DC được chuyển đổi thành nguồn đầu ra AC. |
| kết cấu | Tương đối đơn giản, gồm 2 phần chính: Công tắc 2 chiều và mạch điều khiển | Cấu trúc tương đối phức tạp, bao gồm: mạch điều khiển, mạch chỉnh lưu, bus DC và mạch biến tần |
| Hiệu suất chuyển đổi | Cao hơn do có ít giai đoạn chuyển đổi và thành phần lưu trữ năng lượng hơn | Thấp hơn, có tổn thất năng lượng ở các tầng chỉnh lưu, bus DC và biến tần |
| trị giá | cao hơn | giảm bớt |
| tính linh hoạt | Thấp hơn do dải tần đầu ra hạn chế | Cao hơn, tần số và biên độ điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh linh hoạt |
| sự đáp ứng | Nhanh hơn vì không qua trung gian | Chậm hơn |
| duy trì | Cấu trúc đơn giản hơn và bảo trì dễ dàng | Yêu cầu bảo trì cao hơn |
| Tiêu thụ năng lượng | ngắn | cao |
| Chất lượng điện áp đầu ra | giảm bớt | cao hơn |
| tuổi thọ | cao hơn | Thấp hơn vì tụ điện bus DC là thiết bị nhạy cảm |
| Ứng dụng cụ thể | Thích hợp cho động cơ công suất lớn trong các nhà máy, xí nghiệp lớn. Tuy nhiên, bộ biến tần ma trận được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt đòi hỏi độ chính xác và hiệu suất cao, chẳng hạn như robot, máy công cụ, v.v. | Phạm vi ứng dụng rộng hơn, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và dân dụng cơ bản khác nhau liên quan đến động cơ |
Câu hỏi thường gặp về Biến tần trực tiếp và Biến tần gián tiếp
Câu 1: Biến tần trực tiếp hay biến tần gián tiếp phổ biến hơn?
hồi đáp: Biến tần gián tiếp hiện nay được ưa chuộng hơn so với biến tần trực tiếp vì:
- Bộ biến tần gián tiếp có dải tần điện áp đầu ra rộng hơn bộ biến tần trực tiếp và phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp, dân dụng hoặc thương mại.
- Biến tần gián tiếp rẻ hơn biến tần trực tiếp
- Vì có thể được sản xuất hàng loạt nên bộ biến tần gián tiếp không yêu cầu kỹ năng lắp đặt, vận hành và bảo trì nghiêm ngặt, đồng thời các bộ phận cũng dễ dàng thay thế và sửa chữa.
Câu 2: Tại sao hiệu suất chuyển đổi của biến tần trực tiếp lại cao hơn biến tần gián tiếp?
hồi đáp: Do có cấu trúc đơn giản hơn nên bộ biến tần trực tiếp giảm thiểu các bước chuyển đổi trung gian và hạn chế tổn thất linh kiện, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi so với bộ biến tần gián tiếp.
Vì vậy, chúng tôi đã giúp bạn so sánh bộ biến tần trực tiếp và bộ biến tần gián tiếp – hai loại bộ biến tần cơ bản trong hệ thống điện công nghiệp. Việc lựa chọn giữa hai loại biến tần này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: yêu cầu hệ thống, đặc tính động cơ, chi phí lắp đặt, v.v. Nếu bạn không chắc chắn về chuyên môn về biến tần của mình, chúng tôi khuyên bạn nên tìm kiếm sự hỗ trợ từ kỹ sư điện để đảm bảo biến tần tương thích với hệ thống và động cơ.
Các kiến thức khác liên quan đến biến tần bạn có thể đọc: https://etinco.vn/tin-tuc/kien-thuc/kien-thuc-bien-tan/
Nội dung được phát triển bởi đội ngũ truongchuvananhue.edu.vn với mục đích chia sẻ và tăng trải nghiệm khách hàng. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng liên hệ tổng đài chăm sóc: 1900 0000 hoặc email: hotro@truongchuvananhue.edu.vn