Biến tần 3 pha: Nguyên lý, ứng dụng và ưu nhược điểm

Lê Hồng Phong

Biến tần 3 pha được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp với mục đích chuyển đổi dòng điện đầu vào, từ đó điều khiển hoạt động của động cơ tải. Trong bài viết dưới đây KTH ELECTRIC sẽ giúp bạn tìm hiểu hết đặc điểm của biến tần ba pha.

Biến tần 3 pha là gì?

Biến tần ba pha là biến tần chuyển đổi nguồn điện một chiều thành điện áp xoay chiều ba pha (380V, 440V) thông qua cấu trúc chuyển mạch bán dẫn điện. Tín hiệu cổng được đưa vào các góc 60 độ hoặc 120 độ để điều khiển các công tắc, tạo ra tín hiệu xoay chiều 3 pha cân bằng và đồng bộ. Bộ biến tần ba pha có nhiều ứng dụng như hệ thống năng lượng mặt trời (PV) và môi trường công nghiệp nơi sử dụng nguồn điện ba pha.

Nguyên lý hoạt động của biến tần ba pha

Biến tần ba pha hoạt động ở 3 giai đoạn chuyển đổi, điều chế độ rộng xung và lọc đầu ra cho dòng điện.

• Chuyển đổi đầu vào: Dòng điện một chiều từ nguồn (ví dụ tấm quang điện) được đưa vào biến tần 3 pha thông qua mạch chuyển đổi điện tử công suất (mạch chuyển đổi IGBT hoặc MOSFET). Một số đường dây đầu vào AC 3 pha cần phải trải qua quá trình chỉnh lưu và lọc để chuyển đổi thành dòng điện một chiều. Quá trình này giúp duy trì hệ số công suất cosphi của biến tần ổn định, ít nhất là 0,96 bất kể tải.
• Điều chế độ rộng xung (PWM): Biến tần sử dụng Điều chế độ rộng xung (PWM) – tạo ra một loạt các xung điện áp mô phỏng dạng sóng hình sin của nguồn AC, từ đó tạo ra đầu ra AC với điện áp và tần số mong muốn.
• Lọc đầu ra: Sau khi điều chế, các xung điện áp sẽ được lọc qua các mạch thụ động (thường là mạch cảm ứng và mạch điện dung). Giai đoạn này tinh chỉnh sóng hình sin đầu ra thành dòng điện xoay chiều 3 pha lý tưởng cho các thiết bị tải.

Đọc thêm: Biến tần là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng

Các loại biến tần 3 pha phổ biến

Dựa vào phân loại theo tính năng, bộ biến tần 3 pha có các loại sau: Bộ biến tần nguồn điện áp, bộ biến tần nguồn dòng, bộ biến tần nhiều cấp ghép tầng, bộ biến tần đa cấp hybrid và bộ biến tần điều chế độ rộng xung.

Biến tần nguồn điện áp

Biến tần nguồn điện áp (VSI) chuyên chuyển đổi điện áp nguồn điện, phù hợp với các hệ thống mà nguồn DC có trở kháng không đáng kể hoặc thấp. Loại biến tần này thường được sử dụng cho hệ thống Biến tần (VFD) để điều khiển tốc độ của động cơ 3 pha. Bộ biến tần dòng VSI chỉ được sử dụng để vận hành và yêu cầu công suất cao. Nguồn điện DC cung cấp cho biến tần này có dạng bộ pin năng lượng mặt trời hoặc nguồn điện liên tục.

Biến tần nguồn hiện tại

Biến tần nguồn hiện tại chuyên chuyển đổi tần số nguồn điện DC sang AC và dòng điện nguồn không đổi. Loại biến tần 3 pha này còn được gọi là biến tần cấp dòng điện, chỉ dùng để tăng dòng điện đầu vào cho động cơ. Bộ biến tần nguồn hiện tại được sử dụng trong khởi động động cơ đồng bộ, bộ hiệu chỉnh hệ số công suất, điều khiển tốc độ động cơ tải AC, bộ gia nhiệt cảm ứng, máy plasma, bộ UPS, bộ bù trễ Var,…

Biến tần xếp tầng đa cấp

Biến tần đa cấp 3 pha xếp tầng được sử dụng để hỗ trợ hệ thống điện, tạo ra nhiều mức điện áp đầu ra, tạo thành dạng sóng bậc thang. Hiện hành biến tần Điều này xảy ra trong các hệ thống truyền tải điện áp cao và năng lượng tái tạo, đòi hỏi dòng điện đầu ra AC ổn định.

Biến tần đa cấp lai

Bộ biến tần đa cấp lai ba pha được ứng dụng trong các hệ thống điện công nghiệp có nhu cầu công suất trung thế và cao, đồng thời có đặc tính của cả bộ biến tần nguồn dòng và nguồn điện áp. Các hệ thống ưu tiên sử dụng loại biến tần này bao gồm trạm sạc xe điện, nhà máy sản xuất hiện đại, hậu cần thông minh, v.v.

Biến tần điều chế độ rộng xung

Biến tần điều chế độ rộng xung (PWM) sở hữu kỹ thuật điều chế độ rộng xung để kiểm soát chính xác tần số và điện áp đầu ra. Cách thức hoạt động của biến tần này: Bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) bật và tắt nhanh chóng, tạo ra sóng điện áp hình sin gần như lý tưởng với độ méo sóng hài rất thấp. Nguồn điện ra AC có chất lượng cao, rất giống với sóng sin thuần túy, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu dòng điện sạch và ổn định. Hiện nay, bộ biến tần PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo, cấp nguồn cho động cơ truyền động,…

So sánh biến tần 3 pha và 1 pha

Biến tần 3 pha và biến tần 1 pha được sử dụng linh hoạt trong các ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, thương mại và xây dựng. Ngoài yêu cầu điện áp đầu vào – đầu ra khác nhau, hai loại biến tần này còn có nhiều điểm so sánh đáng chú ý khác:

Ứng dụng biến tần ba pha

Bộ biến tần ba pha được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền động tần số thay đổi:

• Trong truyền tải điện áp cao HVDC
• Cung cấp năng lượng cho các máy móc hạng nặng như máy nghiền, băng tải, v.v.
• Hỗ trợ bơm nước phục vụ tưới tiêu và các hoạt động nông nghiệp khác.
• Được sử dụng trong xe điện để chuyển đổi nguồn DC từ pin thành nguồn AC ba pha để điều khiển động cơ điện.
• Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ điện, máy bơm, quạt, băng tải và thiết bị sản xuất công nghiệp.

Biến tần 3 pha luôn xuất hiện trong lĩnh vực điện tử công suất, chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều 3 pha. Ngày nay, bộ biến tần ba pha được sử dụng trong truyền tải điện áp cao từ các nhà máy điện năng lượng tái tạo, nhiều hệ thống công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp và thương mại. Tìm hiểu thêm thông tin về biến tần tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-tu-dien/