Tủ điện biến tần là gì? Chức năng và phân loại

Lê Hồng Phong

Tủ điện biến tần được sử dụng trong điều khiển động cơ, hệ thống lạnh, cấp nước, băng tải sản xuất,… Loại tủ điều khiển này có ưu điểm gì so với các loại tủ điều khiển khác như MCC hay PLC? Hãy cùng KTH ELECTRIC tìm hiểu qua bài viết sau đây.

Tủ điện biến tần là gì?

Tủ điện biến tần là tủ điều khiển sử dụng biến tần cho động cơ, điều chỉnh các thông số dòng chảy, tốc độ quay, áp suất,… theo thông số lắp đặt. Biến tần ổn định điện áp và bảo vệ tải khỏi quá tải và sụt áp. Tủ biến tần hiện nay được sử dụng cho dây chuyền sản xuất và hệ thống lưu trữ trong các nhà máy, xưởng công nghiệp.

Bên trong tủ điện biến tần được bố trí: Biến tần, contactor, MCCB, MCB, rơle, thanh cái, dây dẫn, công tơ, công tắc, đèn báo, nút bấm,… Dòng tủ điều khiển này có dạng hình chữ nhật, bên trong có các ngăn được chia theo chức năng của các thiết bị.

Chức năng của tủ điều khiển biến tần

Tủ biến tần có chức năng điều khiển động cơ hoạt động theo yêu cầu và có tính năng tự động hóa. Có thể lắp đặt cảm biến áp suất để điều chỉnh tải theo áp suất và cảm biến tốc độ để điều khiển tốc độ quay của động cơ.

Biến tần trong tủ có chức năng chuyển đổi nguồn điện tần số 50Hz thành 60Hz. Khi sử dụng tủ biến tần trong hệ thống khí nén, hệ thống bơm tăng áp giúp tiết kiệm năng lượng, đặc biệt khi kết hợp cảm biến đầu vào. Mặt khác, sử dụng phương pháp khởi động mềm bằng biến tần giúp tránh hiện tượng sụt áp hệ thống và giữ cho động cơ hoạt động ở tốc độ ổn định.

Nguyên lý hoạt động của tủ biến tần

Tủ điện biến tần có 3 bộ phận chính: Biến tần, bộ chỉnh lưu và CPU điều khiển. Nguyên lý hoạt động của tủ biến tần là thay đổi tần số điện áp đầu vào.

Nguồn điện AC đầu vào sẽ được tủ chuyển đổi thành nguồn DC nhờ bộ chỉnh lưu. Khi đó hệ số công suất cosφ của biến tần ít nhất là 0,96, bất kể tải. Sau đó IGBT (transistor lưỡng cực cổng cách ly) sẽ điều chỉnh độ rộng xung sao cho điện áp một chiều được nghịch thành điện áp xoay chiều đối xứng 3 pha. Cuối cùng, điện áp 3 pha sẽ được điều chỉnh biên độ và tần số liên tục theo thông số cài đặt trong bộ điều khiển sao cho điện áp xoay chiều đầu ra thay đổi theo giá trị tương ứng với tải.

Bên cạnh đó, tủ biến tần còn được tích hợp nhiều bộ điều khiển để tương thích với các loại tải khác nhau, đặc biệt có thêm bộ xác định pha tải PID.

Lợi ích khi sử dụng tủ biến tần

Tủ biến tần với bộ biến tần là bộ phận chính có khả năng thay đổi tần số dòng điện và điện áp cung cấp cho động cơ điện. Từ đó, tốc độ của động cơ thay đổi, giảm điện năng tiêu thụ. Sử dụng tủ điều khiển biến tần mang lại những lợi ích sau:

• Động cơ chạy mượt hơn.
• Tần số có thể điều chỉnh từ 0Hz đến 50Hz, giúp động cơ khởi động chậm mà không bị rung.
• Ổn định điện áp đầu vào khi điện áp nguồn thay đổi do quá điện áp.
• Ngăn chặn điện giật và nổ động cơ.
• Nâng cao tuổi thọ động cơ, chống mài mòn ổ bi động cơ.
• Giảm dòng khởi động động cơ, không gây sụt áp đột ngột.
• Giảm chi phí vận hành hệ thống nhờ tiết kiệm năng lượng.

Xem thêm về: Tủ điện MCC – Thông số kỹ thuật, cấu tạo và ứng dụng

Các loại tủ điện biến tần thông dụng

Có nhiều loại tủ điện biến tần, tương ứng với ứng dụng thực tế trong hệ thống:

• Tủ bơm cấp nước sử dụng biến tần: Điều khiển bơm nước liên tục hoặc bơm xen kẽ, bơm tuần tự, bơm hỗ trợ, điều khiển áp suất bơm, điều khiển cấp nước,…
• Tủ máy nén khí sử dụng biến tần: Điều khiển motor trục chính hoạt động ổn định và dừng khi áp suất đạt ngưỡng cài đặt.
• Tủ điều khiển băng tải sử dụng biến tần: điều khiển tốc độ băng tải phù hợp, có thể tích hợp cả cân định lượng.

• Tủ điều khiển lò dầu sử dụng biến tần: Điều khiển khởi động, dừng thiết bị theo đúng quy trình, tự động sinh nhiệt, có chế độ cảnh báo khi phát hiện sinh nhiệt bất thường, có dấu hiệu cháy xém,…
• Tủ áp suất cầu thang sử dụng biến tần: Sử dụng cảm biến áp suất và cảm biến chênh lệch áp suất để điều khiển khi có cháy, ngăn chặn khói, khí độc xâm nhập vào buồng thoát hiểm.
• Tủ thông gió sử dụng biến tần: Cảm biến áp suất, nồng độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió trong vùng điều khiển, tín hiệu khi thấy lưu lượng thông gió hoặc chỉ số nồng độ bất thường.
• Tủ điều khiển cân định lượng sử dụng biến tần: Điều khiển và định lượng băng tải, băng tải trục vít, máy trộn,… trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm.

Xem thêm: Tủ điều khiển PLC – Cấu tạo, chức năng và ứng dụng

Ứng dụng tủ biến tần

Tủ biến tần được sử dụng cho động cơ, máy móc, dây chuyền sản xuất trong các trường hợp sau:

• Động cơ cần tăng giảm tốc độ thường xuyên.
• Các cơ sở sản xuất trên địa bàn thường xuyên xảy ra hiện tượng sụt áp, điện áp không ổn định.
• Hệ thống động cơ yêu cầu khởi động mềm, thay đổi điện áp và tần số dòng điện đầu vào.
• Công suất nguồn điện không đủ để khởi động trực tiếp động cơ, máy móc.

Hiện nay, tủ biến tần đã được ứng dụng trong nhiều hệ thống điện dân dụng và công nghiệp:

• Các dây chuyền sản xuất, nhà máy, xí nghiệp từ nhỏ đến lớn đang hướng tới tự động hóa các quy trình điều khiển.
• Hệ thống vận hành cần duy trì tốc độ ổn định như hệ thống quạt gió, máy thổi khí, hệ thống cung cấp thức ăn, nước uống trong chăn nuôi.
• Hệ thống máy bơm công nghiệp, máy bơm chữa cháy, đài phun nước, máy bơm tăng áp, quạt thông gió cầu thang,…
• Hệ thống cấp nước điều áp, hệ thống khí nén, hệ thống điều chỉnh tốc độ băng tải, hệ thống điều khiển PID, hệ thống phòng lạnh,…

Những lưu ý khi lắp đặt tủ biến tần

Khi hoạt động, biến tần sinh ra nhiệt do các bộ phận bên trong, đặc biệt là IGBT sinh ra rất nhiều nhiệt. Vì vậy, để biến tần hoạt động ổn định, khi lắp đặt tủ biến tần các bạn lưu ý:

• Không gian các ngăn và không gian lắp đặt tủ thông thoáng, tản nhiệt tốt.
• Ưu tiên lắp đặt tủ biến tần trong phòng sạch sẽ, có máy lạnh.
• Lắp đặt hệ thống tản nhiệt để đảm bảo lưu lượng khí tản nhiệt lớn hơn 1,5 lần lưu lượng khí thải ra từ biến tần.
• Không lắp đặt các biến tần chồng lên nhau, đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các biến tần theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
• Chọn loại và công suất biến tần phù hợp với ứng dụng (tải nhẹ cho máy bơm và quạt, tải nặng cho động cơ và băng tải, cầu trục).
• Hãy lựa chọn những thương hiệu biến tần chất lượng cao như ABB, Siemens, Mitsubishi, Invt, Hitachi,… có mức bảo vệ IP cao.
• Thiết lập và xác định các thông số động cơ cho biến tần.

Tủ điện biến tần có khả năng điều khiển tự động hóa và điều khiển điện áp đầu vào đã được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất, nông nghiệp và thương mại. Xem thêm thông tin về các loại tủ điện khác tại: Tủ điện là gì? Phân loại tủ điện dân dụng và công nghiệp.