Biến tần

Biến tần: Giới thiệu, Nguyên lý hoạt động, Cấu tạo, Phân loại

Biến tần là thiết bị điện tử công nghiệp dùng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số và điện áp đầu ra, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tối ưu quy trình sản xuất. Biến tần được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như HVAC, bơm nước, thang máy, chế biến thực phẩm, và hệ thống truyền động công nghiệp.

Biến tần hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi dòng AC thành DC, sau đó biến đổi trở lại thành AC có tần số thay đổi. Quá trình này giúp điều chỉnh tốc độ quay của động cơ theo nhu cầu thực tế.

Trong cấu tạo, biến tần gồm ba phần chính: bộ chỉnh lưu, mạch lọc trung gian và bộ nghịch lưu. Các linh kiện như IGBT và tụ điện giúp đảm bảo chuyển đổi dòng điện ổn định và hiệu quả.

Bên cạnh đó, biến tần còn có bộ xử lý trung tâm và màn hình điều khiển, cho phép cài đặt thông số và giám sát trạng thái hoạt động. Hệ thống cảm biến và bảo vệ đi kèm giúp đảm bảo an toàn khi vận hành.

Về phân loại, biến tần có thể chia theo tải nhẹ (quạt, bơm) hoặc tải nặng (băng tải, máy ép). Ngoài ra, có loại điều khiển vô hướng, điều khiển vector và điều khiển mô-men trực tiếp tùy theo độ phức tạp yêu cầu.

Biến tần một pha thường dùng cho tải nhỏ hoặc gia dụng, trong khi biến tần ba pha dùng cho công nghiệp với yêu cầu công suất lớn và hoạt động liên tục. Mỗi loại phù hợp với điều kiện vận hành khác nhau.

Nhờ tính linh hoạt và hiệu quả cao, biến tần ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống tự động hóa hiện đại, góp phần tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

1. Biến tần là gì?  

Biến tần là một thiết bị có khả năng điều chỉnh linh hoạt dòng điện xoay chiều từ một tần số nhất định thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác. Trong lĩnh vực công nghiệp, biến tần được sử dụng phổ biến để kiểm soát tốc độ động cơ, thực hiện đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung và tăng hiệu suất tiết kiệm năng lượng. 

Để diễn giải một cách khác, biến tần thực hiện việc điều chỉnh tần số của dòng điện đưa vào cuộn dây trong động cơ. Từ đó có thể linh hoạt kiểm soát tốc độ quay của động cơ mà không cần sử dụng hộp số cơ khí. Sử dụng các linh kiện bán dẫn, biến tần thực hiện việc mở/đóng tuần tự dòng điện đưa vào cuộn dây của động cơ, tạo ra từ trường xoay để thúc đẩy quay của động cơ.  

2. Nguyên lý hoạt động của biến tần  

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản:  

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.  

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có momen không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.  

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.  

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.  

3. Cấu tạo của Biến tần

Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau: 

• Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần. Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ. 

• Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. 

• Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT. Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống. 

• Màn hình - bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành.  

• Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),…

4. Các dòng biến tần đến từ công nghệ tốt nhất của Nhật Bản

4.1. Biến tần Fuji Electric

Biến tần Fuji là dòng sản phẩm chủ đạo của Fuji Electric đến từ Nhật Bản. Fuji không chỉ nổi tiếng tại thị trường Nhật Bản mà còn nổi tiếng trên toàn thế giới. Sản phẩm của Fuji Electric rất đa dạng từ Biến tần, PLC, HMI, Máy cắt, Contactor, Rơ le nhiệt, UPS, Máy biến áp,... Trong nhiều năm qua Fuji đã được biết đến bởi sản phẩm tiêu chuẩn chất lượng cao, hoạt động ổn định, đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong công nghiệp.

4.1.1. Đặc điểm nổi bật 

• Thân thiện với môi trường: Biến tần Fuji đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế chất độc hại (RoHS) của EU, thân thiện với con người và với môi trường.

• Nâng cao hiệu suất điều khiển: Biến tần Fuji giúp nâng cao hiệu suất động cơ. Đa dạng sản phẩm đáp ứng mọi yêu cầu từ đơn giản đến các hệ thống điều khiển phức tạp. Cung cấp giải pháp giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

• Độ bền cao và dễ bảo trì: Tuổi thọ lên tới 10 năm. Việc nâng cấp cũng như bảo trì biến tần Fuji rất dễ dàng.

• Dễ sử dụng: Biến tần Fuji được cài đặt thông số trực tiếp thông qua bảng điều khiển hoặc cài đặt từ xa trên máy tính.

4.1.2. Biến tần Fuji có các dòng sản phẩm:

FRENIC-Mini Series:

Biến tần Fuji FRENIC-Mini dùng cho tải công suất nhỏ thông thường như quạt, máy công cụ, bơm, máy cuốn, băng tải, máy đóng gói, máy chế biến,... công suất từ 0.1kW tới 15kW.

FRENIC-Ace Series:

Biến tần Fuji FRENIC-Ace dùng cho các ứng dụng tải nặng như máy nén, máy cuốn, máy khuấy... và tải thông thường như bơm, quạt, máy công cụ, băng tải, máy đóng gói, máy chế biến,... công suất từ 0.1kW tới 315kW. 

FRENIC-Mega Series:

Biến tần Fuji FRENIC-Mega là dòng biến tần chuyên dùng cho các ứng dụng tải nặng như cần cẩu, máy nén, máy cuốn,... công suất từ 0.4kW tới 710kW. 

FRENIC-Lift Series:

 Biến tần Fuji FRENIC-Lift là dòng biến tần chuyên dụng cho thang máy công suất từ 5.5kW tới 45kW.

 FRENIC-eHVAC Series:

Biến tần Fuji FRENIC-eHVAC là dòng biến tần chuyên dụng cho hệ HVAC, các ứng dụng tải nhẹ như bơm quạt,... công suất từ 0.75kW tới 280kW. 

FRENIC-HVAC Series:

Biến tần Fuji FRENIC-HVAC là dòng biến tần chuyên dụng cho hệ HVAC công suất từ 0.75kW tới 710kW. Biến tần Fuji HVAC được tích hợp các tính năng tốt nhất để đáp ứng hoàn hảo cho bơm, quạt và hệ thống HVAC. 

Việc lựa chọn và cài đặt biến tần đúng kỹ thuật không chỉ giúp bảo vệ động cơ mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành cho doanh nghiệp. Tuy nhiên, để đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ, bạn cần một đối tác đồng hành có chuyên môn sâu và tận tâm. Tại FDICARE, chúng tôi không chỉ cung cấp thiết bị mà còn mang đến những giải pháp kỹ thuật tối ưu nhất. Khám phá chi tiết tại https://fdicare.vn/gioi-thieu-ve-chung-toi

4.2. Biến tần ABB 

Biến tần ABB là sản phẩm tiêu biểu của hãng ABB, một tập đoàn đa quốc gia hàng đầu về công nghệ điện và tự động hóa của Thụy Sĩ. Luôn luôn đi đầu nghiên cứu các giải pháp tiên tiến và bền vững, ABB giúp cải thiện hiệu suất, năng suất và hiệu quả năng lượng cho nhiều ngành công nghiệp, từ năng lượng tái tạo đến sản xuất thông minh.

Với công nghệ tiên tiến và thiết kế thân thiện, biến tần ABB dễ dàng cài đặt và vận hành, đồng thời tích hợp các tính năng bảo vệ tốt nhất cho động cơ. Phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp, từ bơm, quạt, băng tải, máy công cụ đến máy nén, nâng hạ, cẩu trục,... biến tần ABB là lựa chọn lý tưởng để nâng cao hiệu quả sản xuất và độ bền của hệ thống.

Bạn đang tìm kiếm giải pháp điều khiển động cơ hiệu quả? Khám phá ngay danh mục Biến tần chính hãng với chính sách bảo hành ưu việt tại FDICare: https://fdicare.vn/san-pham/bien-tan"

5. Ứng dụng Biến tần

Với nhiều lợi ích và ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất công nghiệp và dân dụng. Một số ứng dụng phổ biến của biến tần:

• Bơm nước, quạt, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,…

• Biến tần được sử dụng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cả máy móc trong các ngành, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất và công trường: băng chuyền, máy cắt gỗ, máy nghiền, .…

6. Những điều lưu ý khi sử dụng Biến tần  

Điều đầu tiên bạn cần làm khi sử dụng biến tần là đọc kỹ các thông số biến tần  do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, điều đó sẽ giúp bạn biết rõ cách đấu dây biến tần đúng quy chuẩn. Để chắc chắn, bạn nên để các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao lắp đặt và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó bạn cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.  

7. Tại sao nên lựa chọn biến tần tại FDI Care?

Giữa hàng trăm đơn vị cung cấp thiết bị tự động hóa trên thị trường, FDI Care tự hào là đối tác chiến lược tin cậy của hơn 1000+ nhà máy và doanh nghiệp sản xuất nhờ những giá trị khác biệt sau:

1. Đại lý phân phối chính hãng cấp 1: Chúng tôi là nhà phân phối ủy quyền trực tiếp của các thương hiệu hàng đầu thế giới như Fuji Electric (Nhật Bản) và ABB (Thụy Sĩ). Cam kết 100% sản phẩm có đầy đủ CO/CQ, nói không với hàng nhái, hàng dựng.

2. Kho hàng lớn, đa dạng công suất: Kho hàng của FDI Care tại Hà Nội và TP.HCM luôn có sẵn các dòng biến tần từ công suất nhỏ (0.4kW) đến công suất lớn (200kW+), đáp ứng ngay lập tức nhu cầu thay thế nóng của nhà máy, giảm thiểu thời gian dừng máy (downtime).

3. Đội ngũ kỹ thuật 10 năm kinh nghiệm: Khác với các đơn vị thương mại thuần túy, FDI Care có đội ngũ kỹ sư chuyên sâu. Chúng tôi hỗ trợ khách hàng từ khâu khảo sát, tính toán chọn thiết bị, đấu nối cài đặt (Set-up) đến tinh chỉnh thông số để tối ưu hiệu suất máy.

4. Bảo hành & Sửa chữa 24/7: Chúng tôi hiểu rằng "thời gian là vàng" trong sản xuất. FDI Care cung cấp dịch vụ bảo hành siêu tốc và hỗ trợ kỹ thuật 24/7, sẵn sàng cho mượn biến tần tương đương chạy tạm trong thời gian chờ sửa chữa.

8. Khách hàng đánh giá gì về sản phẩm và dịch vụ của FDI Care?

Sự hài lòng của khách hàng chính là thước đo chính xác nhất cho uy tín của chúng tôi. Dưới đây là những chia sẻ thực tế:

Anh Trần Văn Nam – Trưởng phòng Kỹ thuật Nhà máy Bao bì Hưng Yên: "Trước đây hệ thống máy in bên tôi hay bị lỗi vặt do biến tần cũ hoạt động không ổn định. Được kỹ thuật bên FDI Care tư vấn chuyển sang dùng dòng Fuji FRENIC-Ace, máy chạy êm và mượt hơn hẳn. Đặc biệt, các bạn kỹ thuật FDI Care hỗ trợ cài đặt thông số rất nhiệt tình, hướng dẫn anh em vận hành chi tiết. Đã 2 năm rồi hệ thống vẫn chạy tốt, chưa phải bảo hành lần nào."

Anh Lê Quốc Bảo – Nhà thầu cơ điện M&E (Hà Nội): “Mình chuyên làm dự án HVAC cho tòa nhà nên rất quan trọng vấn đề giá cả và tiến độ. Hợp tác với FDI Care rất yên tâm vì hàng Biến tần ABB luôn có sẵn, giá lại cạnh tranh hơn nhiều chỗ khác. Dòng ABB cho bơm quạt chạy rất tiết kiệm điện, chủ đầu tư nghiệm thu rất hài lòng. Sẽ tiếp tục ủng hộ FDI Care trong các dự án tới.”

9. Những câu hỏi thường gặp về Biến tần

Dưới đây là 10 câu hỏi mà khách hàng thường thắc mắc nhất khi tìm hiểu và mua biến tần:

1. Lắp biến tần có thực sự tiết kiệm điện không? Có. Biến tần giúp tiết kiệm điện năng đáng kể (từ 20% - 50%) đối với các ứng dụng như bơm, quạt, máy nén khí nhờ cơ chế điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu tải thực tế, thay vì chạy 100% công suất liên tục.

2. Tuổi thọ trung bình của biến tần là bao lâu? Nếu được lắp đặt trong môi trường tiêu chuẩn và bảo dưỡng định kỳ, biến tần của các hãng lớn như Fuji Electric hay ABB có tuổi thọ trung bình từ 10 - 15 năm.

3. Biến tần tải nhẹ và tải nặng khác nhau như thế nào?

• Tải nhẹ (Light Duty): Dùng cho bơm, quạt gió (mô-men khởi động thấp).

• Tải nặng (Heavy Duty): Dùng cho băng tải, máy nghiền, máy ép, cẩu trục (mô-men khởi động cao, chịu quá tải tốt). Cần chọn đúng loại để tránh báo lỗi hoặc hỏng biến tần.

4. Có thể dùng biến tần 3 pha cho động cơ 1 pha không? Không nên. Đa số các dòng biến tần công nghiệp hiện nay là đầu ra 3 pha dùng cho động cơ 3 pha. Việc dùng cho động cơ 1 pha rất phức tạp và hiệu quả kém, dễ gây cháy động cơ.

5. Biến tần báo lỗi thì nên sửa hay mua mới? Nếu biến tần công suất lớn và mới sử dụng < 5 năm, việc sửa chữa thay thế linh kiện sẽ tiết kiệm chi phí hơn. Nếu biến tần công suất nhỏ hoặc đã quá cũ, mua mới là giải pháp kinh tế và an toàn hơn.

6. Môi trường nhiều bụi bẩn có lắp được biến tần không? Được, nhưng cần chọn dòng biến tần có cấp bảo vệ IP cao (IP54, IP55) hoặc lắp biến tần trong tủ điện kín có hệ thống lọc gió và quạt tản nhiệt cưỡng bức.

7. FDI Care bảo hành biến tần trong bao lâu? Tất cả biến tần mua tại FDI Care đều được bảo hành chính hãng từ 12 - 24 tháng (tùy model và hãng sản xuất).

8. Tôi muốn chuyển đổi nguồn điện 1 pha 220V sang 3 pha 220V để chạy động cơ có được không? Được. Bạn có thể sử dụng loại biến tần có đầu vào 1 pha 220V và đầu ra 3 pha 220V. Tuy nhiên, cần kiểm tra xem động cơ có hỗ trợ đấu lại dây sang mức điện áp 3 pha 220V hay không.

9. Biến tần Fuji và ABB loại nào tốt hơn? Cả hai đều là thương hiệu top đầu thế giới.

• Fuji (Nhật): Nổi tiếng về sự bền bỉ, dễ sử dụng, giá thành hợp lý.

• ABB (Châu Âu): Nổi tiếng về công nghệ điều khiển cao cấp, nhiều tính năng chuyên sâu. Tùy vào ứng dụng và ngân sách, FDI Care sẽ tư vấn loại phù hợp nhất.

10. FDI Care có hỗ trợ cài đặt tận nơi không? Có. Chúng tôi cung cấp dịch vụ trọn gói bao gồm: Cung cấp thiết bị - Lắp đặt tủ điện - Đấu nối cài đặt và Hướng dẫn vận hành tận nơi cho khách hàng.

FDI Care là nhà cung cấp sản phẩm thiết bị, giải pháp và dịch vụ kỹ thuật tự động hóa cho khách hàng trong các ngành sản xuất công nghiệp, môi trường,năng lượng… Là Nhà phân phối chính hãng của các thương hiệu thiết bị tự động hóa công nghiệp hàng đầu hiện nay, FDI care cung cấp đa dạng các loại biến tần của các hãng nổi tiếng của Fuji, ... Liên hệ FDI Care để được tư vấn miễn phí loại biến tần phù hợp với nhu cầu của bạn nhé!