Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần

Bạn đã từng nghe đến biến tần? Nhưng bạn có biết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó như thế nào không? Hôm nay, mình sẽ chia sẻ với bạn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần.

Cấu tạo của biến tần

Biến tần được cấu tạo từ nhiều bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định. Từ đó, biến tần biến đổi nguồn điện thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên để điều khiển tốc độ động cơ.

Bạn đang xem: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần được thể hiện qua 2 công đoạn sau:

Công đoạn 1: Chỉnh lưu

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều phẳng (DC). Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nguồn điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ có điện áp và tần số cố định.

Công đoạn 2: Nghịch lưu

Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp 1 chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp 1 chiều này ở mức rất cao tại DC bus. Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt đóng ngắt thích hợp, bộ nghịch lưu IGBT của biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Nhờ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm, giảm tiếng ồn cho động cơ và tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Các bộ phận cơ bản của biến tần

Thông qua quá trình hoạt động của biến tần, ta có thể rút ra cấu tạo gồm mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển. Từ đó, ta có thể chi tiết hóa thành các bộ phận chính như sau:

1. Bộ chỉnh lưu

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt (diode) sóng toàn phần. Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó dòng điện xoay chiều 1 pha (AC) được chuyển đổi thành 1 chiều (DC).

2. Tuyến dẫn một chiều (DC link)

Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp 1 chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.

3. Cuộn kháng dòng xoay chiều (AC chokes)

Cuộn kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện. Cuộn kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều. Ngoài ra, cuộn kháng dòng xoay chiều cũng giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khác là giảm dòng chồng trên tuyến dẫn một chiều.

4. Cuộn kháng một chiều (DC chokes)

Cuộn kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép biến tần phát hiện các sự cố tiềm ẩn và kịp thời ngưng/ ngắt động cơ ra. Cuộn kháng một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các biến tần 7,5 kW trở lên.

5. Bộ nghịch lưu

Bộ nghịch lưu chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều 3 pha. Bằng cách tạo xung theo trình tự, bộ nghịch lưu IGBT của biến tần tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

6. Module công suất IGBT

IGBT là linh kiện công suất bán dẫn, là loại transistor lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra cho biến tần. Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện. Bằng cách sử dụng điều biến độ rộng xung (PWM), IGBT có thể tạo đầu ra cho động cơ giống sóng dạng sin.

7. Điện trở hãm

Điện trở hãm được sử dụng để giảm tốc độ tăng nhanh của động cơ khi động cơ chạy chậm hoặc dừng. Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ trở lại tuyến dẫn một chiều. Lượng điện thừa này cần được xử lý bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt thông qua một điện trở.

Kết luận

Đó là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần. Hi vọng các thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ này. Nếu bạn cần tìm hiểu thêm về biến tần và ứng dụng của nó, hãy truy cập Izumi.Edu.VN.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Tài liệu điện