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 tối ưu để điều khiển tốc độ động cơ, tiết kiệm điện và bảo vệ các thiết bị trong hệ thống. Tùy theo nhu cầu sử dụng và tài chính 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 Trường Chu Văn An sẽ cùng các bạn tìm hiểu về cấu tạo, ứng dụng và hướng dẫn lắp đặt 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.

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

Cấu tạo của biến tần 1 pha

Biến tần một pha có cấu tạo gồm 3 phần chính gồm mạch chỉnh lưu, mạch biến tần và mạch điều khiển.

• Mạch chỉnh lưu: Sử dụng 6 điốt để chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ nguồn 3 pha thành dòng điện một chiều.
• Mạch nghịch lưu: Tạo ra điện áp xoay chiều từ điện áp DC, cung cấp điện áp và tần số cho động cơ. Mạch này sử dụng 6 IGBT nối tiếp để điều khiển quá trình bật/tắt.
• Mạch điều khiển: Có chức năng điều khiển dòng điện và các thông số khác của biến tần.

Ngoài ra, biến tần một pha còn tích hợp một số thành phần khác như cuộn kháng AC, cuộn kháng DC, điện trở phóng điện (điện trở hãm), bàn phím điều khiển, màn hình hiển thị và module giao tiếp. Các thành phần này có vai trò 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 hoạt động của biến tần một pha trải qua 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện, nguồn điện 1 pha hoặc 3 pha sẽ được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều phẳng. Nguồn điện đầu vào sẽ ở điện áp và tần số cố định 380V 50Hz.
• Giai đoạn 2: Điện áp DC ở bước trên sẽ được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều 3 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 sẽ tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Dạng sóng trên biến tần một pha

Dạng sóng vuông

Biến tần một pha áp 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 cho 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, làm hỏng động cơ và 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 cho các ứng dụng công suất lớn như xe điện, thiết bị y tế, điều khiển động cơ công nghiệp.

So với dạng sóng vuông, dạng sóng sin tiêu chuẩn trong biến tần đòi hỏi thiết kế và linh kiện phức tạp hơn, tương ứng giá thành cao hơn. Bù lại, dạng sóng này giúp động cơ hoạt động êm ái hơn, ít thất thoát nhiệt hơn, tăng hiệu suất và giảm nhiễu điện từ nên đây vẫn là lựa chọn tối ưu cho những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Dạng sóng hình sin đã được chỉnh sửa

Sóng hình sin biến đổi là giải pháp trung gian giữa sóng vuông và sóng hình sin tiêu chuẩn, thường được sử dụng trong các bộ biến tần giá rẻ. Loại này có dạng sóng bước mô phỏng gần giống sóng hình sin thực tế. Tuy hiệu suất không thể so sánh với sóng sin tiêu chuẩn nhưng sóng sin biến tính phù hợp với các ứng dụng có công suất vừa phải 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 thường được sử dụng 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 điện cho hầu hết các thiết bị gia dụng như điều hòa, tủ lạnh, máy bơm, động cơ nên thích hợp sử dụng ở những khu vực có nguồn điện không nối lưới như vùng sâu, vùng xa, hải đảo. Tuy nhiên, thiết bị này phải được kết nối với pin dự trữ năng lượng để sử dụng khi trời không nắng. Ngoài ra, bộ biến tần độc lập còn có thể tạo ra năng lượng từ 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 cung cấp điện cho các tòa nhà và công trình xây dựng. Loại này có cấu tạo phức tạp hơn so với biến tần độc lập, thường được sử dụng trong các hoạt động thương mại hoặc công nghiệp lớn, một số ít được sử dụng cho điện dân dụng.

Ứng dụng công nghiệp của 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 điện năng lượng mặt trời: Bộ biến tần DC chuyển đổi năng lượng từ tế bào quang điện mặt trời thành điện xoay chiều có thể sử dụng được, cung cấp nguồn điện cần thiết cho 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. Nhờ đó, nguồn điện được duy trì liên tục, các thiết bị điện không bị gián đoạn, ngay cả ở những khu vực có nguồn điện không ổn định như cuối đường dây.
• Trâm: 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 lại, giúp tiết kiệm chi phí so với các mẫu 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, tuy nhiên có 4 thông số quan trọng cần lưu ý khi lắp đặt biến tần.

Tham số lựa chọn phương thức RUN/STOP

Trên bàn phím hoặc qua chân điều khiển ngoài (24V + S1), tìm thông số trong sách hướng dẫn với cụm từ Main run source lựa chọn, Operation Method hoặc Drive Mode – Run/Stop Method tùy theo từng loại biến tần, sau đó chọn như sau:

• 0: Bàn phím: Chạy/Dừng trên 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 và thời gian giảm tốc 1

Thông số này quyết định trực tiếp đến khả năng hoạt động trơn tru của máy trong hiện tại và tương lai.

Thời gian tăng tốc là thời điểm nhấn RUN, động cơ sẽ chạy trong khoảng 0Hz ~ 50HZ trong khoảng mặc định là 10 giây. Thời gian giảm tốc là thời gian từ lúc nhấn STOP cho đến khi động cơ dừng hoàn toàn.

Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Giảm tốc là Fee Run, nghĩa là khi nhấn STOP thì động cơ sẽ dừng tự do.

Xem chi tiết tại: Hướng dẫn cách lắp đặt biến tần

Cách thay đổi tần số

Thông số này ở biến tần của mỗi hãng sẽ có tên gọi khác nhau như Lựa chọn nguồn tần số chính, Phương pháp cài đặt tần số, Lệnh tần số nhưng nhìn chung nó sẽ bao gồm các tùy chọn sau:

• 0: Bàn phím: Thay đổi tần số bằng nút tăng giảm trên bàn phím.
• 1: Chiết áp trên bàn phím: Thay đổi tần số bằng núm xoay.
• 2: Tín hiệu analog AVI bên ngoài Đầu vào: Thay đổi tần số bằng tín hiệu điện trở thay đổi hoặc 0-10VDC.
• 3: Đầu vào tín hiệu analog ACI bên ngoài: Thay đổi tần số bằng tín hiệu 4-20mA.
• 4: Tần số cài đặt giao tiếp: Thay đổi tần số bằng RS485.
• 5: Tần số đầu ra PID: Thay đổi tần số bằng tín hiệu phản hồi PID.

Giới hạn tần số

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

Trên đây là những thông tin chi tiết về biến tần một pha bao gồm định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của thiết bị do Trường Chu Văn An tổng hợp. Để tìm hiểu thêm kiến ​​thức liên quan đến biến tần, bạn có thể truy cập: https://etinco.vn/tin-tuc/.