Nguyên lý hoạt động
Biến tần chuyển đổi nguồn điện xoay chiều đầu vào thành điện một chiều qua khối chỉnh lưu, sau đó tái tạo điện xoay chiều với tần số và điện áp tuỳ chỉnh qua khối nghịch lưu dùng các van bán dẫn công suất (IGBT hoặc MOSFET). Tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) kiểm soát chu kỳ đóng cắt của van, tạo ra dạng sóng hình sin mô phỏng phù hợp với đặc tính tải. Vì tốc độ động cơ không đồng bộ tỷ lệ thuận với tần số stator, thay đổi tần số đầu ra là cách trực tiếp nhất để điều chỉnh tốc độ mà không tiêu hao năng lượng qua điện trở hay biến áp điều áp như công nghệ cũ.
Bộ vi xử lý điều khiển bên trong liên tục giám sát điện áp bus DC, dòng pha và nhiệt độ mô-đun để bảo vệ toàn hệ thống, đồng thời đáp ứng tín hiệu phản hồi từ encoder hoặc cảm biến tốc độ khi vận hành vòng kín.
Phân loại
Biến tần trên thị trường được chia theo hai hướng chính:
- Theo cấu trúc điện áp: Biến tần nguồn áp (VSI) phổ biến hơn, phù hợp đa số ứng dụng công nghiệp; biến tần nguồn dòng (CSI) thường gặp trong truyền động công suất lớn đặc thù.
- Theo thuật toán điều khiển: Điều khiển vô hướng V/f đơn giản, chi phí thấp, dùng cho tải không yêu cầu mô-men chính xác. Điều khiển vector (FOC/DTC) tách riêng thành phần từ thông và mô-men, đáp ứng nhanh, phù hợp máy CNC, cầu trục và dây chuyền định vị.
Ngoài ra còn phân theo điện áp định mức (hạ thế và trung thế) và theo chức năng chuyên dụng như biến tần bơm-quạt, biến tần thang máy hay biến tần regenerative có khả năng trả năng lượng về lưới.
Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng
Chọn biến tần cần bám sát đặc tính tải: tải mô-men không đổi (băng tải, máy nén khí) đòi hỏi khả năng quá tải cao hơn so với tải mô-men biến thiên theo bình phương tốc độ như bơm và quạt.
Cần lưu ý một số điểm thực tế:
- Cáp động lực nên có màn chắn và đi riêng khỏi cáp tín hiệu để hạn chế nhiễu EMI do PWM tần số cao sinh ra.
- Khi chiều dài cáp từ biến tần đến động cơ lớn, điện áp xung có thể vượt mức cách điện cuộn dây — cần xem xét lắp bộ lọc đầu ra hoặc chọn động cơ chuyên dụng cho biến tần.
- Môi trường lắp đặt nhiều bụi, ẩm hoặc khí ăn mòn yêu cầu cấp bảo vệ vỏ hộp tương ứng; tản nhiệt kém là nguyên nhân hàng đầu gây hỏng mô-đun IGBT.
- Cài đặt thời gian tăng tốc/giảm tốc phù hợp với quán tính tải, tránh kích hoạt bảo vệ quá dòng hoặc quá áp bus DC liên tục.