Biến tần là thiết bị điện tử được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện xoay chiều (AC). Vậy nguyên lý hoạt động của biến tần cụ thể diễn ra như thế nào? Mời bạn đọc cùng Nam Phương Việt tìm hiểu qua bài viết ngắn này nha.
Tổng quan cấu tạo của biến tần
Trong bài trước chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo của biến tần. Tuy nhiên nếu như bạn chưa đọc bài đó thì cũng không sao. Nam Phương Việt tổng quan lại một chút cấu tạo của biến tần như sau:
- Driver board
- Control board
- Board nguồn
- DC Bus
- Contactor Bypass
- Màn hình biến tần
- Các thành phần khác như: quạt làm mát, cổng kết nối,…
Trong đó hoạt động của biến tần xoay quanh 4 mạch điện tử chính bao gồm: Mạch chỉnh lưu, mạch lọc DC, mạch nghịch lưu và mạch điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Xét ví dụ về một sơ đồ máy biến tần như hình bên dưới:
Nguyên lý hoạt động của biến tần – Mạch chỉnh lưu
Chỉnh lưu là giai đoạn đầu tiên trong máy biến tần, tại đây dòng điện xoay chiều (AC) từ nguồn cấp sẽ được biến đổi thành dòng điện một chiều (DC).
Mạch chỉnh lưu bao gồm các Diode hoặc Thyristor mắc song song để biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC).
- Diode: Linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện đi qua theo một chiều.
- Thyristor: Linh kiện bán dẫn có thể đóng ngắt dòng điện, cho phép điều chỉnh điện áp DC đầu ra.
Xét lại sơ đồ đầu bài, tại mạch chỉnh lưu ta thấy khi dòng điện từ các pha được cấp qua mạch chỉnh lưu, dạng sóng của nó sẽ biến đổi như hình ảnh dưới đây. Lưu ý dòng điện giữa các pha sẽ chậm pha nhau 90 độ. Phần này áp dụng nguyên tắc chỉ cho dòng điện đi qua theo 1 chiều của Diode hoặc quá trình đóng ngắt của Thyristor để chỉnh lưu.
Dòng điện sau khi qua mạch chỉnh lưu sẽ đi qua cuộn kháng, tụ điện và điện trở để lọc nhiễu tần số cao, đảm bảo chất lượng điện áp DC đầu ra tốt nhất.
Nguyên lý hoạt động của biến tần – Mạch lọc DC
Mạch lọc có nhiệm vụ chính là lọc và ổn định dòng DC. Tại đây, dòng điện DC sau khi chỉnh lưu được đưa qua bộ lọc gồm các tự điện, cuộn cảm để loại bỏ nhiễu, sóng hài và ổn định điện áp.
Giai đoạn này cũng xảy ra quá trình điều chế độ rộng xung. Người ta sẽ sử dụng vi điều khiển hoặc bộ xử lý tín hiệu số (DSP) để điều chỉnh điện áp và tần số của điện áp DC dựa trên tín hiệu điều khiển từ người sử dụng hoặc hệ thống tự động hóa.
Có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau, phổ biến nhất là điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) hay còn gọi là điều chế độ rộng xung.
Nguyên lý hoạt động của biến tần – Mạch nghịch lưu
Tiếp theo, tại mạch nghịch lưu sẽ xảy ra quá trình biến đổi dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều (AC) với tần số và điện áp mong muốn.
Mạch nghịch lưu biến tần sử dụng các IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) hoặc MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) để biến đổi dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều (AC) với tần số và điện áp mong muốn.
Sau đó tiếp tục sử dụng tụ điện và điện trở để lọc nhiễu tần số cao, để đảm bảo chất lượng điện áp AC đầu ra tốt nhất.
Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển
Như bạn đã thấy trong sơ đồ, mạch điều khiển tham gia trong suốt quá trình từ mạch lọc và mạch nghịch lưu. Để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ, mạch điều khiển sẽ sử dụng các tín hiệu điều khiển có thể là các thông số được người sử dụng cài đặt hoặc các tín hiệu từ hệ thống tự động hóa – Dưới đây gọi chung là tín hiệu điều khiển.
Sau đó các tín hiệu điều khiển này được mạch điều khiển chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số, tiến hành lọc nhiễu và sai số tín hiệu. Đồng thời tính toán điện áp và tần số DC mong muốn dựa trên tín hiệu điều khiển. Để tiến hành điều chỉnh điện áp và tần số DC.
Cuối cùng là phát tín hiệu điều khiển cho mạch nghịch lưu dựa trên điện áp và tần số DC đã được điều chỉnh. Tín hiệu điều khiển này quyết định thời điểm đóng ngắt của các IGBT hoặc MOSFET trong mạch nghịch lưu, từ đó biến đổi điện áp DC thành dòng điện xoay chiều (AC) với tần số và điện áp mong muốn.
Trên thực tế có 2 loại bộ điều khiển biến tần chính được sử dụng:
- Bộ điều khiển kiểu PWM (Pulse Width Modulation): Loại bộ điều khiển này điều chỉnh điện áp DC bằng cách thay đổi độ rộng xung của tín hiệu điều khiển.
- Bộ điều khiển kiểu SVC (Space Vector Control): Loại bộ điều khiển này điều chỉnh điện áp DC bằng cách điều chỉnh vị trí vector điện áp.
Vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu xong nguyên lý hoạt động của biến tần. Hy vọng những thông tin trên đây mà Nam Phương Việt cung cấp sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình hoạt động của biến tần.
Lưu ý bài viết này chỉ cung cấp thông tin cơ bản về quá trình hoạt động của biến tần. Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của từng linh kiện, bạn nên tham khảo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.
