VFD là gì ? Với kiến thức, kinh nghiệm nhiều năm hoạt động trong lĩnh vực sửa chữa thiết bị điện tử, sửa chữa thiết bị công nghiệp, kết hợp với một số tài liệu khoa học chính thống của các nhà khoa học trên thế giới, Trọng đưa vào bài viết những thông tin chắt lọc, trình bày theo logic, mong muốn cung cấp cho người đọc lý thuyết trực quan nhất có thể về những hiểu biết cơ bản trong phạm trù Biến Tần.

VFD gay còn gọi là biến tần trong công nghiệp
VFD gay còn gọi là biến tần trong công nghiệp

Bộ chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều thường được gọi là bộ biến tần (Inverter), trong nội dung của bài viết, chúng ta đi sâu vào phân tích công nghệ biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha với hai chiến lược điều khiển chính, VFD V/F và VFD Vector, về kỹ thuật điều điều chế độ rộng xung PWM cho biến tần, chúng tôi sẽ điểm qua trong một bài viết khác. Mòi các bạn cùng theo dõi nhé.

VFD là gì ?

VFD là từ tiếng anh viết tắt của “Variable Frequency Drive”, thường được gọi là biến tần. VFD còn có thể được gọi là bộ điều chỉnh dòng xoay chiều (AC drive), bộ điều chỉnh tần số, bộ điều tốc, bộ điều chỉnh tốc độ (VSD – variable speed drive), bộ biến đổi tần số (VFI – variable frequency inverter), …

"<yoastmark

Bất kể tên gọi nào, VFD là một loại bộ điều khiển động cơ truyền động và điều khiển động cơ điện. VFD kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ để đáp ứng yêu cầu của ứng dụng bằng cách thay đổi tần số và nguồn điện áp. Tần số được liên kết trực tiếp với RPM của động cơ; tần số càng cao, số RPM càng lớn.

Cấu tạo của VFD

Hai tính năng chính của biến tần là có thể điều chỉnh tốc độ và khả năng khởi động / dừng mềm. Hai tính năng này làm cho VFD trở thành một bộ điều khiển mạnh mẽ để điều khiển động cơ AC. VFD chủ yếu bao gồm bốn phần: chỉnh lưu, liên kết DC trung gian (DC Bus), nghịch lưu và mạch điều khiển.

Chỉnh lưu

Nó chuyển đổi nguồn AC được cấp từ nguồn điện lưới thành nguồn DC. Phần này có thể là một chiều hoặc hai chiều dựa trên ứng dụng được sử dụng giống như hoạt động bốn phần tư của động cơ. Nó sử dụng điốt, SCR, transistor hoặc các thiết bị chuyển mạch điện tử khác.

Chỉnh lưu trong vfd
Chỉnh lưu trong vfd

Nếu nó sử dụng điốt, nguồn DC đầu ra chuyển đổi không điều khiển được trong khi sử dụng SCR, nguồn ra DC sẽ thay đổi khi điều khiển cổng. Cần tối thiểu sáu điốt để chuyển đổi ba pha, vì vậy bộ chỉnh lưu được coi là bộ chuyển đổi sáu xung.

DC Bus

Nguồn DC từ phần chỉnh lưu được đưa vào phần liên kết DC (DC Bus). Phần này bao gồm tụ điện và cuộn cảm để làm phẳng các gợn sóng và tích trữ nguồn DC. Chức năng chính của liên kết DC là nhận, lưu trữ và cung cấp nguồn DC.

sơ đồ mạch điện biến tần bus
sơ đồ mạch điện biến tần bus

Nghich lưu

Phần này (nghịch lưu – biến tần – inverter) bao gồm các thiết bị chuyển mạch điện tử như transistor, thyristor, IGBT, v.v. Nó nhận nguồn DC từ DC Bus và chuyển đổi thành AC và rồi được đưa đến động cơ.

Nó sử dụng các kỹ thuật điều chế như điều chế độ rộng xung để thay đổi tần số đầu ra để điều khiển tốc độ của động cơ.

Mạch điều khiển

Nó bao gồm một bộ vi xử lý và thực hiện các chức năng khác nhau như điều khiển, cấu hình cài đặt, cảnh báo lỗi và thiết lập các giao thức truyền thông giao tiếp.

Mạch điều khiển
Mạch điều khiển

Nó nhận tín hiệu phản hồi từ động cơ như tham chiếu tốc độ hiện tại và theo đó điều chỉnh tỷ lệ điện áp trên tần số (V/Hz) để điều khiển tốc độ động cơ.

Nguyên lý làm việc của VFD

Nguyên lý của chúng là sử dụng các linh kiện điện tử, thành phần điện từ để điều khiển dòng điện và điện áp sao cho động co hoạt động đúng với mục đích mà mình mong muốn.

Nguyên lý làm việc của VFD
Nguyên lý làm việc của VFD

VFD làm việc như thế nào ?

Giai đoạn đầu tiên biến tần AC (VFD) đóng vai trò là bộ chuyển đổi (bộ chỉnh lưu). Bộ chuyển đổi bao gồm sáu điốt, tương tự như van một chiều được sử dụng trong hệ thống ống nước. Chúng cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều hướng; hướng được hiển thị theo như hình mũi tên trong biểu tượng diode.

nguyên lý làm việc của biến tần vfd như thế nào
nguyên lý làm việc của biến tần vfd như thế nào

Ví dụ, bất cứ khi nào điện áp pha A (điện áp tương tự như áp suất trong hệ thống ống nước) dương hơn điện áp pha B hoặc C, thì điốt đó sẽ mở và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha B trở nên tích cực dương hơn pha A, thì diode pha B sẽ mở và diode pha A sẽ đóng. Điều này cũng đúng đối với 3 điốt ở phía tích cực âm của Bus. Do đó, nhận được sáu “xung” hiện tại khi mỗi diode mở và đóng. Đây được gọi là “six-pulse VFD”, là cấu hình tiêu chuẩn cho các biến tần hiện tại.

Điều chế độ rông xung của VFD

Giả sử rằng biến tần đang hoạt động trên hệ thống điện 480V. Định mức 480V là “rms” (root mean squared). Các cực đại trên hệ thống 480V là 679V. Như bạn có thể thấy, bus VFD có điện áp một chiều với gợn sóng xoay chiều. Điện áp chạy trong khoảng từ 580V đến 680V.

Điều chế độ rông xung của VFD
Điều chế độ rông xung của VFD

Chúng ta có thể loại bỏ gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm một tụ điện. Tụ điện hoạt động theo kiểu tương tự như một bể chứa hoặc bộ tích lũy trong hệ thống ống nước. Tụ điện này hấp thụ gợn sóng xoay chiều và cung cấp điện áp một chiều phẳng. Độ gợn sóng AC trên bus DC thường nhỏ hơn 3 Volts.

Do đó, điện áp trên bus DC trở thành “xấp xỉ” 650VDC. Điện áp thực tế sẽ phụ thuộc vào mức điện áp của dòng AC cấp cho biến tần, mức độ mất cân bằng điện áp trên hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ cuộn kháng hoặc bộ lọc sóng hài nào trên biến tần.

Tại sao nên sử dụng VFD

Hầu hết để điều khiển động cơ trong công nghiệp người ta đều sử dụng đến VFD. Chúng không những giúp động cơ hoạt động ở trạng tháy tốt nhất mà còn có khả ăng điều khiển linh hoạt tốc độ và momen động cơ.

Tiết kiệm năng lượng và chi phí

Trong trường hợp ứng dụng không cần chạy ở tốc độ tối đa, bạn có thể cắt giảm chi phí năng lượng bằng cách điều khiển động cơ bằng VFD, cho phép bạn điều chỉnh tốc độ của thiết bị điều khiển động cơ với yêu cầu tải.

tiết kieenh chi phí khi sử dụng PFD
tiết kieenh chi phí khi sử dụng PFD

Hệ thống động cơ điện tiêu thụ hơn 65% điện năng tiêu thụ trong ngành công nghiệp ngày nay. Tối ưu hóa hệ thống điều khiển động cơ với VFD có thể giảm tiêu thụ năng lượng trong cơ sở tới 70%. Ngoài ra, sử dụng VFDs có thể nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Những lợi ích này khi kết hợp lại sẽ hoàn vốn đầu tư cho các VFD.

Điều khiển động cơ mượt và hiệu quả

Vận hành động cơ của bạn ở tốc độ hiệu quả nhất cho ứng dụng của bạn có thể giảm lỗi, do đó tăng mức sản xuất và tăng doanh thu.

VFD giúp điều khiển động cơ hoạt động một ccash ổn đinh nhất
VFD giúp điều khiển động cơ hoạt động một ccash ổn đinh nhất

Ví dụ, các VFD hoạt động trơn tru hơn cho phép băng tải và dây đai có thể loại bỏ hiện tượng giật khi khởi động, cho phép thông lượng cao hơn.

Kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm bảo trì

Đảm bảo kiểm soát động cơ tối ưu sẽ giúp thiết bị hoạt động lâu hơn và giảm thời gian chết do bảo trì. Vì VFD tối ưu hóa việc kiểm soát tần số và điện áp của động cơ, VFD cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn cho động cơ của bạn khỏi các vấn đề như quá tải nhiệt điện, bảo vệ pha, dưới điện áp, quá áp, v.v.

VFD kéo dài tuổi thọ làm việc của động cơ điện
VFD kéo dài tuổi thọ làm việc của động cơ điện

Khởi động tải bằng VFD bảo vệ động cơ hoặc động cơ tải từ “cú sốc tức thì” trên đường bắt đầu; khởi động trơn tru giúp loại bỏ mức độ mòn lớn của đai, bánh răng và ổ trục. Và lợi ích bổ sung là giảm và / hoặc loại bỏ búa nước thông qua các chu kỳ tăng tốc và giảm tốc mượt mà.

Phân loại biến tần VFD

Dựa vào nheieuf yếu tố mà chúng ta có thể xếp loại chúng vào những mục sau:

Theo kích thước

Phân khúc thị trường VFD được chia thành năm phạm vi kích thước được xác định bởi công suất (KW hoặc HP) của VFD. Trong khi nghiên cứu thị trường toàn cầu về VFD bao gồm các VFD siêu nhỏ, nhỏ và tầm trung, thì nghiên cứu thị trường về VFD công suất cao bao gồm VFD tầm trung, lớn và siêu lớn.

bảng kích thước VFD
bảng kích thước VFD

Nhiều VFD có dải công suất hoạt động rất rộng. Ví dụ, một số nhà sản xuất cung cấp một biến thể của cùng một kiểu VFD hoạt động từ dải đến cao. Các nhà sản xuất có thể cung cấp một loạt các sản phẩm được chia thành nhiều phân khúc. Vì các mô hình như vậy có thể trải dài các phân đoạn kilowatt khác nhau, chúng tôi đã phân loại các VFD này vào một phân đoạn thích hợp nhất của chúng để tránh tính lặp lại.

Chế độ làm việc

Volts / Hertz (Hz), chế độ điều khiển động cơ truyền thống, ngăn sự bão hòa từ trường của động cơ bằng cách duy trì tỷ lệ V / Hz không đổi. Ở tốc độ thấp, điện áp thấp cung cấp dòng điện từ hóa ít hơn, dẫn đến mất mô-men xoắn.

 Một hạn chế khác là điều khiển V / Hz không đúng với sự thay đổi độ trượt giữa rôto và stato với tần số và tải. Các nhà cung cấp các sản phẩm truyền tải điện cơ với biến tần, thường cung cấp bánh răng và dây đai để đáp ứng các yêu cầu về mô-men xoắn tốc độ thấp.

chế độ làm việc của VFD
chế độ làm việc của VFD

Các chế độ điều khiển khắc phục được những hạn chế của điều khiển V / Hz là điều khiển vectơ từ thông vòng kín và điều khiển vectơ không cảm biến vòng hở. Với trước đây, một cảm biến, chẳng hạn như bộ encoder trên trục động cơ, cung cấp một thước đo độ trượt để kiểm soát tốc độ. Với loại thứ hai, cảm biến dòng điện tích hợp sẵn (không có cảm biến bên ngoài) cung cấp thông tin để điều khiển.

hướng dẫn sử dụng VFD
hướng dẫn sử dụng VFD

Trong cả hai trường hợp, VFD bù cho nhu cầu dòng điện từ hóa và trượt dựa trên mô hình phần mềm nội bộ về đặc tính của động cơ, nhưng phản hồi là từ bộ encoder bên ngoài hoặc cảm biến dòng tích hợp. Các chế độ này yêu cầu điều chỉnh các hiệu ứng, chẳng hạn như độ trễ thời gian của tải có quán tính cao. Các VFD tự động điều chỉnh giải quyết yêu cầu này mà không cần can thiệp thủ công.

Điện áp ngõ vào

Điện áp đầu vào là đặc điểm dễ phân biệt của VFD  vì công suất được cung cấp thay đổi đáng kể theo điện áp. Do đó, việc phân loại VFD  theo điện áp trong nghiên cứu này xem xét các phạm vi chính: 115V đến 240V, 380V đến 400V, 460V đến 480V và 560V đến 690V.

Cầu hình

VFD chuyển đổi đầu vào AC thành DC để tạo ra điện áp và tần số đầu ra cần thiết. Đối với các ứng dụng liên quan đến một số lượng lớn biến tần (chẳng hạn như băng tải hoặc sản xuất sợi tổng hợp), có những biến tần được thiết kế cho một bộ nguồn DC lớn duy nhất, được gọi chung là Bus DC hay DC Bus.

cấu hình bus trên VFD
cấu hình bus trên VFD

Điều này làm giảm chi phí và sử dụng năng lượng; phanh tái tạo tốt hơn so với truyền động độc lập. Việc phân đoạn này giúp hiểu rõ hơn về đồ thị sử dụng cấu hình bus.

Công nghệ thiết bị

Phân khúc thị trường VFD về phần cứng (phần cứng VFD và phần cứng ngoại vi), phần mềm và dịch vụ (bao gồm các hỗ trợ dự án và MRO / phụ tùng và dịch vụ khác) để cạnh tranh tốt hơn so với các sản phẩm khác trên thị trường. “Phần cứng VFD” là các VFD  dưới dạng thiết bị độc lập. Nó bao gồm các tính năng và chức năng được lập trình trước, cũng như các tùy chọn có thể lập trình.

Công nghệ thiết bị VFD
Công nghệ thiết bị VFD

Nhiều nhà cung cấp không bán VFD lập trình sẵn mà chỉ làm phần cứng. Các sản phẩm khác được bán với VFD  được gọi là phần cứng và phụ kiện ngoại vi khi giá trị của chúng nhỏ so với giá trị của VFD. Phần cứng và phụ kiện ngoại vi có thể bao gồm các thành phần hệ thống điều khiển, vỏ, hệ thống cáp và các hạng mục, chẳng hạn như bộ lọc sóng hài không có trong biến tần. Tuy nhiên, phần cứng và phụ kiện ngoại vi không bao gồm các mặt hàng được bán riêng, chẳng hạn như thiết bị đóng cắt, PAC, PLC, động cơ hoặc các thành phần cơ khí, chẳng hạn như bánh răng, ly hợp và phanh.

Các hãng sản xuất VFD phổ biến hiện nay

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất VFD này. Mỗi một hàng có một đcặ trưng riêng về biến tần của họ. Mình sẽ liệt kê một số những hãng tiêu biểu trên thị trường hiện nay cho mọi người cùng tham khảo nhé.

Siemens của Đức

Đây alf một trong những hãng rất nổi tiếng trên toàn thế giới. Chúng cung cấp hầu hết các thiết bị trong công nghiệp khi chỉ là VFD. Những thiết bị của Siemens đều được cấu hình và lập trình riêng.

biến tần Siemens của Đức
biến tần Siemens của Đức

Chúng có thể kết nối được với nhau thông qua ngôn ngữ riêng của hãng. Chính vì vậy trong các nhà máy nào  bạn bắt gặp những thiết bị của siemens; thì hầu hết các thiết bị còn lại cũng đều là của hãng hết.

Mitsubishi của Nhật Bản

Đây cũng được coi alf một hãng lớn thứ hai. Các thiết bị của Mitsubishi có giá thành rẻ hơn khá nhiều so với Siemens ở trên. Hãng này nhắm đến những đối tượng người dùng và doanh nghiệp có quy mô nhỏ.

biến tần Mitsubishi của Nhật Bản
biến tần Mitsubishi của Nhật Bản

Hầu hết các thiết bị của hãng; có thể cho pháp lập trình và kết nối; với với nhiều thiết bị của hãng khác. Cho nên các sản phẩm đén từ Mitsu tương đối dễ sử dụng và lập trình.

ABB của Thuỵ sĩ

Đây là một hãng nổi tiếng về động cơ điện. Hãng này có xuất sứ từ Thụy Sĩ và là một hãng lâu đời. Về lĩnh vữ tực động hóa thì hãng này mạnh bằng hai hãng trên mình vừa kể tên.

biến tần ABB của Thuỵ sĩ
biến tần ABB của Thuỵ sĩ

Nhưng về động cơ; và các thiết bị động lực; thì hãng tương đối mạnh trên mọi thị trường công nghiệp.

Shihlin của Đài Loan

Đây là thương hiệu nổi tiếng hàng đầu Đài Loan và thế giới; của tập đoàn Shihlin Electric liên doanh với Mitsubishi Electric/ Nhật Bản; về các sản phẩm thiết bị điện và tự động hóa. Thiết bị điện Shihlin sử dụng công nghệ và linh kiện của Mitsubishi; tạo ra một chất lượng vượt trội bền bỉ với giá thành cạnh tranh nhất.

biến tần Shihlin của Đài Loan
biến tần Shihlin của Đài Loan

Biến tần Shihlin có độ bền cao; độ ổn định cao, tuổi thọ trung bình cao, có mẫu mã đẹp, cứng; thông số cài đặt tương tự như thông số cài đặt biến tần Mitsubishi (Nhật bản); linh kiện chính trong biến tần Shihlin là được thừa hưởng của hãng Mitshubishi Nhật bản.

Kết luận

Trên đây là tất cả các kiến thức liên quan đến VFD mà mình muốn chia sẻ đến các bạn. Mong những thông tin này sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình học tập và làm việc. Các dòng sản phầm này hiện nay bên mình không có kinh doanh; bài viết chỉ mang tính chân tham khảo. Mọi người có ý kiến đóng góp gì về bài viết của mình; xin hãy để lại góp ý ở phần bình luận phái cuối bài viết. Mình xin cảm ơn và chúc các bạn thành công.

Bài viết tham khảo: Module PLC là gì ?

 

 



BÀI VIẾT LIÊN QUAN

Cảm biến góc nghiêng exciter 150 ( + Kiến Thức ) Cảm biến góc nghiêng | Cảm biến góc nghiêng exciter 150

Cảm biến góc nghiêng là gì ? Với sự phát triển vượt bậc cửa nền khoa học kỹ thuật hiện nay đã giúp rất nhiều cho con người trong quá trình sản xuất. Những thiết bị thông minh ra đời nhằm cải tiến và thay thế những loại cũ. Ngành đo lường là một trong […]

Hệ thống điều khiển PID áp suất Bộ điều khiển ( Áp suất ) bằng PID | Bộ hiển thị và điều khiển

Bộ điều khiển áp suất pid là gì ? Áp suất là một trong những đại lượng vật lý quan trọng trong đời sống của chúng ta. Chúng không có hình dạng cụ thể nhưng nang lượng mà chúng mang lại được ứng dụng rất nhiều vào các ngành nghề, lĩnh vữc khác nhau như […]

PID là gì? PID controler là gì? Những điều bạn cần biết khi sử dụng PID PID là gì ? ( Hiểu Nhanh ) những điều bạn cần biết về chúng

Bộ điều khiển PID là gì ? PID được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ngày nay. Mặc dù có các chức năng điều khiển PID có sẵn trong PLC, nhưng các chức năng này được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Khoảng 95% quy trình khép kín trong lĩnh vực tự […]