Biến tần là gì? Các loại biến tần hiện nay, Chức năng, Nguyên lý hoạt động, ứng dụng của biến tần trong thực tiễn.

Định nghĩa:

Biến tần là thiết bị điện có thể thay đổi, điều khiển tần số đầu ra khi cấp điện qua nó.

Phân loại:

có nhiều cách để phân loại các loại biến tần khác nhau. có thể phân loại theo nguồn cấp đầu vào như: 

1. Biến tần một pha (Single-phase Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp một pha AC (thường là 220V hoặc 110V).
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các ứng dụng dân dụng hoặc các thiết bị nhỏ như máy giặt, máy điều hòa không khí, và các thiết bị gia dụng khác.

2. Biến tần ba pha (Three-phase Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp ba pha AC (thường là 380V hoặc 415V).
• Ứng dụng: Sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng công nghiệp, hệ thống điều khiển động cơ ba pha, máy bơm, máy nén khí, băng tải và các thiết bị công suất lớn.

3. Biến tần một pha sang ba pha (Single-phase to Three-phase Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp một pha AC đầu vào, chuyển đổi thành điện áp ba pha AC đầu ra.
• Ứng dụng: Sử dụng khi cần cấp điện ba pha từ nguồn điện một pha, thường trong các ứng dụng công nghiệp nhỏ hoặc nơi chỉ có nguồn điện một pha.

4. Biến tần ba pha sang một pha (Three-phase to Single-phase Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp ba pha AC đầu vào, chuyển đổi thành điện áp một pha AC đầu ra.
• Ứng dụng: Ít phổ biến hơn, thường sử dụng trong các trường hợp cụ thể như cấp điện một pha cho các thiết bị từ hệ thống điện ba pha.

5. Biến tần độc lập (Off-grid Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp DC từ pin hoặc các nguồn năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời, tuabin gió.
• Ứng dụng: Sử dụng trong các hệ thống không kết nối với lưới điện, cung cấp nguồn điện độc lập cho các khu vực xa xôi hoặc hệ thống năng lượng tái tạo.

6. Biến tần nối lưới (Grid-tied Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp DC từ các nguồn năng lượng tái tạo, như tấm pin mặt trời.
• Ứng dụng: Sử dụng trong các hệ thống kết nối với lưới điện, cho phép hòa lưới điện và cung cấp điện từ các nguồn tái tạo vào lưới điện quốc gia.

7. Biến tần dự phòng (Battery Backup Inverter)

• Nguồn cấp điện: Điện áp DC từ pin lưu trữ năng lượng.
• Ứng dụng: Sử dụng trong các hệ thống UPS (Uninterruptible Power Supply) để cung cấp điện dự phòng khi mất điện lưới, thường trong các ứng dụng quan trọng như trung tâm dữ liệu, thiết bị y tế và hệ thống an ninh.

8. Biến tần Hybrid (Hybrid Inverter)

• Nguồn cấp điện: Kết hợp giữa điện áp DC từ các nguồn năng lượng tái tạo và điện lưới AC.
• Ứng dụng: Sử dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo kết hợp với lưu trữ năng lượng, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa các nguồn điện khác nhau để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng. (tham khảo: cấu tạo bên trong 1 biến tần, Chi tiết nguyên lý hoạt động biến tần hybird)

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo:

Biến tần nói chung thường có các thành phần cấu tạo và nguyên lý cơ bản sau:

1. Chỉnh lưu: Điện áp xoay chiều (AC) đầu vào được chỉnh lưu thành điện áp một chiều (DC) .

2. Lọc: Điện áp DC sau đó được lọc để loại bỏ các thành phần gợn sóng.

3. Nghịch lưu: Điện áp DC được biến đổi lại thành điện áp AC với tần số và điện áp điều chỉnh được thông qua các công tắc bán dẫn (như IGBT hoặc MOSFET).

4. Điều chỉnh tần số và điện áp, góc pha (đối với biến tần hòa lưới): Hệ thống điều khiển của biến tần sẽ điều chỉnh các thông số này theo yêu cầu của ứng dụng.đối với mỗi loại biến tần khác nhau thì sẽ có thêm các thành phần, nguyên lý khác tùy vào chức năng của nó. 

đối với mỗi loại biến tần khác nhau thì sẽ có thêm các thành phần, nguyên lý khác tùy vào chức năng của nó. 

Chức năng chính của biến tần:

đối với biến tần trong hệ thông công nghiệp nhà máy:

1. Điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ của động cơ điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số và điện áp đầu ra.

2. Tiết kiệm năng lượng: Khi tốc độ động cơ được điều chỉnh phù hợp với tải, biến tần giúp giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết.

3. Bảo vệ động cơ: Biến tần có các tính năng bảo vệ động cơ như chống quá tải, quá áp, ngắn mạch và quá nhiệt.

4. Tăng tuổi thọ thiết bị: Việc khởi động và dừng mềm của biến tần giúp giảm các tác động cơ học lên động cơ và hệ thống, kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

đối với biến tần trong hệ thông hòa lưới trong năng lượng tái tạo:

1. Chuyển đổi Điện áp DC thành AC

• Chuyển đổi điện áp DC thành AC: Biến tần chuyển đổi điện áp một chiều (DC) từ các nguồn năng lượng tái tạo (như tấm pin mặt trời hoặc tuabin gió) thành điện áp xoay chiều (AC) phù hợp với các thiết bị điện trong gia đình hoặc lưới điện.

2. Đồng bộ Hóa với Lưới Điện

• Đồng bộ hóa tần số và pha: Biến tần nối lưới đồng bộ hóa điện áp AC đầu ra với điện lưới về cả tần số và pha, cho phép điện năng từ hệ thống năng lượng tái tạo được hòa vào lưới điện một cách an toàn và hiệu quả.

3. Quản lý Năng lượng

• Tối ưu hóa năng lượng tái tạo: Biến tần quản lý và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng từ các nguồn tái tạo, đảm bảo năng lượng sản xuất ra được sử dụng hiệu quả và giảm thiểu lãng phí.
• Lưu trữ năng lượng: Trong hệ thống có tích hợp pin lưu trữ, biến tần điều khiển việc sạc và xả pin để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và đảm bảo cung cấp điện liên tục.

4. Bảo vệ Hệ thống

• Bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt: Biến tần có các cơ chế bảo vệ để đảm bảo an toàn cho hệ thống và các thiết bị kết nối, ngăn ngừa các tình huống quá áp, quá dòng hoặc quá nhiệt.
• Bảo vệ đảo ngược: Ngăn chặn việc cung cấp điện ngược vào lưới điện trong trường hợp mất điện lưới, đảm bảo an toàn cho công nhân sửa chữa và hệ thống điện.

5. Giám sát và Điều khiển

• Giám sát hiệu suất hệ thống: Biến tần thường tích hợp các chức năng giám sát và điều khiển, cho phép người dùng theo dõi hiệu suất hệ thống, sản lượng năng lượng và trạng thái hoạt động thông qua các giao diện người dùng hoặc ứng dụng di động.
• Điều khiển từ xa: Một số biến tần hiện đại cho phép điều khiển từ xa và điều chỉnh các thông số hoạt động qua internet.

6. Hòa lưới và Bán Điện

• Hòa lưới điện: Biến tần nối lưới cho phép năng lượng dư thừa từ hệ thống năng lượng tái tạo được đưa vào lưới điện, giúp giảm chi phí điện năng và thậm chí tạo ra thu nhập từ việc bán điện ngược lại cho nhà cung cấp điện (net metering).

7. Ổn định Điện áp và Tần số

• Ổn định điện áp và tần số: Biến tần giúp duy trì điện áp và tần số ổn định cho các thiết bị điện, ngay cả khi có biến động trong sản xuất năng lượng từ các nguồn tái tạo.

8. Hỗ trợ Khởi động Nguồn

• Hỗ trợ khởi động nguồn tái tạo: Biến tần có thể cung cấp dòng điện khởi động cần thiết cho các thiết bị tái tạo như tuabin gió, đảm bảo khởi động suôn sẻ và hoạt động hiệu quả.