VFD là gì? Tổng quan về biến tần Variable Frequency Drive
vfd (biến tần) là gì?
vfd là chữ viết tắt của “biến tần”, thường được gọi là bộ biến tần. vfd còn có thể gọi là biến tần xoay chiều (ac drive), bộ điều tần, bộ điều tốc, bộ điều tốc (vsd – biến tần), bộ biến tần (vfi – biến tần), … dù cái tên nào cũng nói lên vfd là một loại biến tần bộ điều khiển động cơ và trình điều khiển động cơ. Vfd điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ bằng cách thay đổi tần số và nguồn điện áp để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng. Tần số liên quan trực tiếp đến tốc độ của động cơ; tần số càng cao thì tốc độ càng lớn.
Xem chi tiết biến tần: https://unatro.com/bien-tan
cấu trúc biến tần vfd
Hai tính năng chính của biến tần là có thể điều chỉnh tốc độ và chức năng khởi động / dừng mềm. Hai đặc điểm này làm cho vfd trở thành một bộ điều khiển mạnh mẽ để điều khiển động cơ AC. Vfd chủ yếu bao gồm bộ chỉnh lưu, liên kết DC trung gian (DC bus), bộ nghịch lưu và mạch điều khiển.
Bộ chỉnh lưu
Nó chuyển đổi dòng điện xoay chiều được cấp từ nguồn điện thành dòng điện một chiều. Bộ phận này có thể là một chiều hoặc hai chiều, tùy thuộc vào ứng dụng được sử dụng, chẳng hạn như hoạt động bốn phần tư của động cơ. Nó sử dụng điốt, thyristor, bóng bán dẫn hoặc các công tắc điện tử khác.
Nếu sử dụng diode, nguồn DC đầu ra của công tắc không thể điều khiển được khi sử dụng scr và đầu ra DC thay đổi khi cổng được điều khiển. Chuyển đổi ba pha yêu cầu ít nhất sáu điốt, vì vậy bộ chỉnh lưu được coi là bộ chuyển đổi sáu xung.
Xe buýt DC
Nguồn DC từ bộ chỉnh lưu được đưa vào liên kết DC (DC bus). Bộ phận này bao gồm tụ điện và cuộn cảm để loại bỏ gợn sóng và lưu trữ nguồn DC. Chức năng chính của liên kết DC là nhận, lưu trữ và cung cấp nguồn DC.
Đảo ngược
Phần này (Biến tần – Biến tần – Biến tần) bao gồm các thiết bị chuyển mạch điện tử như bóng bán dẫn, thyristor, igbt, v.v. Nó lấy nguồn DC từ bus DC và chuyển nó thành AC, sau đó được cấp vào động cơ. Nó sử dụng các kỹ thuật điều chế như điều chế độ rộng xung để thay đổi tần số đầu ra nhằm điều khiển tốc độ của động cơ.
Mạch điều khiển
Nó bao gồm một bộ vi xử lý thực hiện các chức năng khác nhau như điều khiển, cấu hình cấu hình, cảnh báo lỗi và thiết lập các giao thức truyền thông. Nó nhận tín hiệu phản hồi từ động cơ làm tham chiếu tốc độ hiện tại và điều chỉnh tỷ lệ điện áp trên tần số (v / hz) cho phù hợp để điều khiển tốc độ động cơ.
Nguyên lý làm việc của biến tần
Biến tần AC giai đoạn đầu (vfd) hoạt động như một bộ biến đổi (chỉnh lưu). Bộ chuyển đổi bao gồm sáu điốt, tương tự như các van kiểm tra được sử dụng trong đường ống. Chúng chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng; hướng được hiển thị bằng mũi tên trong biểu tượng diode. Ví dụ, khi điện áp pha a (tương tự như điện áp trong đường ống) dương hơn điện áp pha b hoặc c, diode này sẽ bật và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha b trở nên dương hơn pha a, điốt pha b sẽ bật và điốt a pha sẽ tắt. Tương tự đối với 3 điốt ở cực âm và dương của thanh cái. Vì vậy, bạn nhận được sáu “xung” hiện tại khi mỗi diode bật và tắt. Đây được gọi là “điều chỉnh tốc độ tần số biến đổi sáu xung” và là cấu hình tiêu chuẩn của các bộ biến tần hiện nay.
Giả sử biến tần đang chạy trên hệ thống điện 480v. 480v được đánh giá ở “rms” (căn bậc hai trung bình). Hệ thống 480v đạt đỉnh ở 679v. Như bạn có thể thấy, bus vfd có điện áp DC với gợn sóng AC. Điện áp chạy trong khoảng từ 580v đến 680v.
Chúng tôi có thể loại bỏ gợn sóng AC trên bus DC bằng cách thêm tụ điện. Tụ điện hoạt động tương tự như bể chứa hoặc bộ tích lũy trong đường ống. 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 volt. Vì vậy, điện áp trên DC bus trở thành “khoảng” 650vdc. Điện áp thực tế phụ thuộc vào mức điện áp của dòng AC cung cấp cho biến tần, mức độ mất cân bằng điện áp trong hệ thống điện, tải động cơ, trở kháng của hệ thống điện và bất kỳ cuộn kháng hoặc bộ lọc nào, bất kỳ sóng hài nào trên biến tần.
Cầu diode chuyển đổi AC-DC (bộ chỉnh lưu). Một bộ chuyển đổi (inverter) biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều, nhưng để phân biệt với bộ chuyển đổi diode, người ta thường gọi nó là “bộ nghịch lưu”. Đã trở nên phổ biến trong ngành khi coi bất kỳ bộ chuyển đổi DC-ac nào như một bộ biến tần hoặc một bộ truyền động AC.
Khi chúng ta đóng một trong các công tắc trên cùng của bộ chuyển đổi, pha đó của động cơ được kết nối với xe buýt DC dương và điện áp trên pha đó trở nên dương. Khi chúng ta tắt một trong các công tắc dưới cùng của bộ chuyển đổi, pha đó sẽ chuyển sang bus DC âm và chuyển sang âm. Vì vậy, chúng ta có thể tạo bất kỳ pha nào trên động cơ là tích cực hoặc tiêu cực khi cần thiết, có thể tạo ra bất kỳ tần số nào chúng ta muốn. Vì vậy, chúng ta có thể làm cho cực dương, cực âm hoặc không của bất kỳ pha nào.
Lưu ý rằng đầu ra của vfd là dạng sóng “hình chữ nhật”. vfd không tạo ra đầu ra hình sin. Dạng sóng hình chữ nhật này không phải là lựa chọn tốt cho các hệ thống điều khiển chung, nhưng nó rất phù hợp với động cơ.
Nếu chúng ta muốn giảm tần số động cơ xuống 30hz thì chúng ta chỉ cần chuyển bóng bán dẫn đầu ra của biến tần để làm cho nó hoạt động chậm hơn. Tuy nhiên, nếu chúng ta giảm tần số xuống 30 hz, thì chúng ta cũng phải giảm điện áp xuống 240v để duy trì tỷ lệ v / hz (xem phần giới thiệu của vfd về lý thuyết điều khiển động cơ để biết thêm về điều này). Nếu điện áp duy nhất của chúng tôi là 650vdc, chúng tôi sẽ làm thế nào để giảm điện áp?
Đây được gọi là điều chế độ rộng xung (pwm). Hãy tưởng tượng chúng ta có thể kiểm soát áp suất trong đường ống nước bằng cách đóng mở van ở tốc độ cao. Mặc dù điều này không thực tế đối với đường ống, nhưng nó rất khả thi đối với vfd. Chú ý rằng trong nửa đầu chu kỳ, điện áp bật nửa thời gian và nửa thời gian tắt. Vì vậy, điện áp trung bình là một nửa của 480v hoặc 240v. Với đầu ra xung, chúng ta có thể đạt được bất kỳ điện áp trung bình nào ở đầu ra của vfd.
Ưu điểm của việc sử dụng biến tần
1- Giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí năng lượng
Nếu ứng dụng không cần chạy ở tốc độ tối đa, bạn có thể giảm chi phí năng lượng bằng cách điều khiển động cơ bằng vfd, cho phép bạn điều chỉnh tốc độ của bộ điều khiển động cơ bằng cách yêu cầu tải xuống. Hệ thống động cơ điện tiêu thụ hơn 65% lượng điện tiêu thụ của 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 lên đến 70%. Ngoài ra, việc sử dụng vfds có thể nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Những lợi ích này kết hợp để cung cấp lợi tức đầu tư cho vfds.
2- Điều khiển động cơ mềm và hiệu quả
Chạy động cơ của bạn ở hiệu suất cao nhất, dẫn đến ít lỗi hơn cho ứng dụng của bạn, tăng năng suất và tăng doanh thu. Ví dụ, vfds chạy trơn tru hơn, cho phép băng tải và băng tải khử rung khi khởi động, do đó tăng thông lượng.
3-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 ngừng hoạt động do bảo trì. Vì vfd tối ưu hóa tần số động cơ và điều khiển điện áp, vfd có thể bảo vệ động cơ của bạn tốt hơn khỏi quá tải nhiệt điện, bảo vệ pha, điện áp thấp, quá áp và các vấn đề khác. Khởi động tải bằng VFD bảo vệ động cơ hoặc tải động cơ khỏi “cú sốc tạm thời” trên vạch xuất phát; khởi động trơn tru giúp loại bỏ sự mài mòn nghiêm trọng trên dây đai, bánh răng và ổ trục. Và lợi ích bổ sung của việc giảm và / hoặc loại bỏ búa nước thông qua các chu kỳ tăng tốc và giảm tốc mượt mà.
Loại biến (vfd)
Kích thước
Phân đoạn VFD được chia thành năm phạm vi kích thước, được xác định bởi công suất (kW hoặc HP) của VFD. Nghiên cứu thị trường vfd toàn cầu bao gồm vfds vi mô, nhỏ và vừa và nghiên cứu thị trường vfd dung lượng cao bao gồm vfds vừa, lớn và cực lớn.
Nhiều vfds có dải công suất rất rộng. Ví dụ, một số nhà sản xuất cung cấp các biến thể của cùng một loại vfd, hoạt động từ dải đến áp suất cao. Các nhà sản xuất có thể đưa ra nhiều loại sản phẩm, được chia thành nhiều phần. Vì các mô hình như vậy có thể trải dài các phân đoạn kilowatt khác nhau, chúng tôi phân loại các vfds này thành phân đoạn thích hợp nhất để tránh trùng lặp.
Phương pháp kiểm soát
Vôn trên Hertz (hz) là chế độ điều khiển động cơ truyền thống ngăn cản sự bão hòa từ trường của động cơ bằng cách duy trì tỷ số v / hz không đổi. Ở tốc độ thấp, điện áp thấp hơn cung cấp dòng điện từ hóa ít hơn, dẫn đến mất mô-men xoắn. Một hạn chế khác là điều khiển v / hz không chính xác và độ trượt giữa rôto và stato thay đổi theo tần số và tải. Các nhà cung cấp sản phẩm truyền động cơ điện với bộ biến tần thường cung cấp bánh răng và dây đai để đáp ứng các yêu cầu về mô-men xoắn tốc độ thấp.
Các chế độ điều khiển để vượt qua giới hạn điều khiển v / hz là điều khiển vectơ từ thông vòng kín và điều khiển vectơ không cảm biến vòng hở. Đối với trước đây, một cảm biến (chẳng hạn như một bộ mã hóa trên trục động cơ) cung cấp một đồng hồ đo độ trượt để kiểm soát tốc độ. Đối với loại thứ hai, các cảm biến hiện tại được tích hợp sẵn (không có cảm biến bên ngoài) cung cấp thông tin điều khiển. Trong cả hai trường hợp, vfd bù cho các yêu cầu từ hóa và dòng điện trượt dựa trên mô hình phần mềm nội bộ về các đặc tính của động cơ, nhưng phản hồi đến từ bộ mã hóa bên ngoài hoặc cảm biến dòng tích hợp. Các chế độ này yêu cầu các hiệu ứng điều chỉnh như độ trễ thời gian đối với tải quán tính cao. Tự động dò vfd không cần sự can thiệp của con người để đáp ứng yêu cầu này.
Điện áp đầu vào
Điện áp đầu vào là đặc điểm phân biệt của vfd vì công suất được phân phối thay đổi rất nhiều theo điện áp. Do đó, việc phân loại vfd theo điện áp trong nghiên cứu này xem xét các dải chính: 115v đến 240v, 380v đến 400v, 460v đến 480v và 560v đến 690v.
Cấu hình xe buýt
vfd chuyển đổi đầu vào AC thành DC để tạo ra điện áp và tần số đầu ra mong muốn. Đối với các ứng dụng liên quan đến số lượng lớn bộ biến tần (chẳng hạn như băng tải hoặc sản xuất sợi tổng hợp), có các bộ biến tần được thiết kế cho một nguồn điện DC lớn duy nhất, được gọi chung là DC bus hoặc DC bus. Điều này làm giảm chi phí và sử dụng tốt hơn năng lượng phanh tái tạo so với các ổ đĩa độc lập. Phân tích này giúp hiểu rõ hơn về sơ đồ sử dụng cấu hình bus.
Phần cứng, phần mềm và dịch vụ
Thị trường vfd được phân khúc theo phần cứng (phần cứng vfd và thiết bị ngoại vi), phần mềm và dịch vụ (bao gồm hỗ trợ dự án và mro / phụ tùng và dịch vụ) để cạnh tranh tốt hơn với các sản phẩm khác trên thị trường. “Hardware vfd” có nghĩa là vfd như một thiết bị độc lập. Nó bao gồm các tính năng và chức năng được lập trình sẵn, cũng như các tùy chọn có thể lập trình.
Nhiều nhà cung cấp không bán vfds được lập trình sẵn mà chỉ sản xuất phần cứng. Các sản phẩm khác được bán với vfd, nếu giá trị của chúng nhỏ so với giá trị của vfd, được gọi là phần cứng và phụ kiện ngoại vi. Phần cứng và phụ kiện ngoại vi có thể bao gồm các thành phần hệ thống điều khiển, vỏ, cáp và các vật dụng 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 như thiết bị đóng cắt, pac , plc , động cơ hoặc các phụ kiện khác. Các thành phần cơ khí như bánh răng, ly hợp và phanh.
Khi người dùng sử dụng vfd, họ tập trung vào chức năng cốt lõi và ngày càng tin tưởng các nhà cung cấp vfd cung cấp các dịch vụ bổ sung. Ngoài các dịch vụ đào tạo, cài đặt và vận hành, người dùng muốn chịu trách nhiệm bảo hành, bảo trì đơn lẻ hoặc quản lý khóa dự án, kỹ thuật ứng dụng và phát triển phần mềm tùy chỉnh để điều chỉnh vfd theo nhu cầu của họ. người dùng vfd cũng mong đợi một chương trình bảo trì và nâng cấp do nhà cung cấp hỗ trợ để bảo vệ khoản đầu tư của họ.
Các nhà sản xuất biến tần vfd phổ biến
Các nhà sản xuất và cung cấp biến tần vfd tại thị trường Việt Nam được biết đến như:
- Đức: siemens, rexroth, lenze
- Đan Mạch: Danfoss
- Nhật Bản: Mitsubishi, Yaskawa, Fuji, Omron, Panasonic, Hitachi, Toshiba, Nidec
- Thụy Sĩ: abb
- Tiếng Pháp: Schneider
- Hoa Kỳ: allen bradley (rockwell), Emerson, Parker, may-eurodrive
- Israel: unitronics
- Tiếng Hàn: ls
- Đài Loan: Delta, Shilin,
- Trung Quốc: invt, kinco, sinovo, goodwe, growatt, sungrow, inovance, veichi, gtake, frecon, v & t, powtran, sinee, Delixi, senlan, enc, zoncn, sunfar, sumo, ..