Giới thiệu về Biến tần và Hệ thống Điều khiển Tự động hóa

Biến tần là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động hóa, giúp điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của… 349 trang · Trường Đại Học Điện Lực · 2021.

• Tác giả: Đàm Xuân Đông
• Trường học: Trường Đại Học Điện Lực
• Chuyên ngành: Điều Khiển - Tự Động Hóa
• Đề tài: Giới thiệu về Biến Tần và Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Hóa
• Loại tài liệu: bài giảng
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: BIẾN TẦN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Khái niệm về biến tần
• 1.3. Cấu tạo biến tần
• 1.4. Nguyên lý hoạt động biến tần
• 1.5. Phân loại thiết bị biến tần
• 1.6. Các luật điều khiển trên biến tần
• 1.7. Biến tần Micromaster 420 - Siemens
• 1.8. Lựa chọn biến tần
• 1.9. Cài đặt thông số, vận hành hệ thống dùng biến tần SINAMICS V20 của SIEMENS
• 1.10. Truyền thông biến tần với các bộ lập trình điều khiển
• 1.11. Lỗi khi vận hành và phương pháp khắc phục
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Biến tần và Hệ thống Điều khiển Tự động hóa

Biến tần là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động hóa, giúp điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện. Hệ thống điều khiển tự động hóa sử dụng biến tần để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Việc hiểu rõ về biến tần và hệ thống điều khiển tự động hóa là cần thiết cho các kỹ sư và nhà quản lý trong ngành công nghiệp.

1.1. Khái niệm về Biến tần và Hệ thống Điều khiển

Biến tần là thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tần số và điện áp của động cơ. Hệ thống điều khiển tự động hóa tích hợp biến tần để tự động hóa quy trình sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót.

1.2. Lợi ích của Biến tần trong Tự động hóa

Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và bảo trì. Biến tần còn giúp cải thiện độ chính xác trong điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.

II. Vấn đề và Thách thức trong việc sử dụng Biến tần

Mặc dù biến tần mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai và sử dụng chúng cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như sóng hài, quá tải và độ tin cậy của hệ thống cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Sóng hài và ảnh hưởng đến hiệu suất

Sóng hài phát sinh từ biến tần có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt và giảm hiệu suất của động cơ. Việc sử dụng bộ lọc sóng hài là cần thiết để giảm thiểu tác động này.

2.2. Quá tải và bảo vệ hệ thống

Quá tải có thể dẫn đến hư hỏng biến tần và động cơ. Cần có các biện pháp bảo vệ như cầu chì và bộ ngắt mạch để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

III. Phương pháp và Giải pháp sử dụng Biến tần hiệu quả

Để tối ưu hóa việc sử dụng biến tần, cần áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại và giải pháp kỹ thuật phù hợp. Việc lập trình PLC và giám sát hệ thống là rất quan trọng.

3.1. Lập trình PLC cho Biến tần

Lập trình PLC giúp điều khiển biến tần một cách linh hoạt và hiệu quả. Các chương trình PLC có thể được thiết kế để tự động hóa quy trình sản xuất và điều chỉnh tốc độ động cơ.

3.2. Giám sát và điều khiển từ xa

Hệ thống giám sát giúp theo dõi tình trạng hoạt động của biến tần và động cơ. Việc điều khiển từ xa giúp tăng cường khả năng quản lý và giảm thiểu thời gian dừng máy.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Biến tần trong Công nghiệp

Biến tần được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất, chế biến thực phẩm, và hệ thống HVAC. Chúng giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất

Trong ngành sản xuất, biến tần giúp điều chỉnh tốc độ băng tải và máy móc, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu lãng phí năng lượng.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống HVAC

Biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quạt và bơm trong hệ thống HVAC, giúp tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất làm mát.

V. Kết luận và Tương lai của Biến tần trong Tự động hóa

Biến tần sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp. Sự phát triển của công nghệ sẽ mang lại nhiều cải tiến cho biến tần, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ Biến tần

Công nghệ biến tần đang phát triển nhanh chóng với các tính năng thông minh và khả năng kết nối Internet. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho tự động hóa.

5.2. Tác động đến môi trường và tiết kiệm năng lượng

Việc sử dụng biến tần giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tác động đến môi trường. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển bền vững.

Nội dung chính

TỔNG QUAN HỌC THUẬT VÀ PHÂN TÍCH BÀI GIẢNG: THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ HỆ THỐNG

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Bài giảng "Thiết bị điện tử công suất và hệ thống" được biên soạn bởi giảng viên Đàm Xuân Đông thuộc Bộ môn Đo lường, Khoa Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực (EPU) vào năm 2021. Tài liệu được thiết kế làm học liệu chính thức cho học phần chuyên ngành thuộc khối kiến thức kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.

Về mặt cấu trúc chương trình, học phần có thời lượng định mức là 02 tín chỉ, tương đương với 30 tiết học quy chuẩn, được phân bổ cụ thể thành: 21 tiết lý thuyết trên giảng đường, 06 tiết tiểu luận/báo cáo chuyên đề và 03 tiết dành cho nội dung thí nghiệm, thực hành.

Mục tiêu học tập của bài giảng tập trung vào việc trang bị cho người học hệ thống kiến thức chuyên sâu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo vi mạch bán dẫn công suất, phương pháp phân loại và giải thuật điều khiển của các bộ biến đổi năng lượng điện trong công nghiệp. Đồng thời, tài liệu hướng dẫn quy trình lựa chọn, cài đặt tham số, lập trình kết nối truyền thông và chẩn đoán sự cố cho các thiết bị thực tế.

Cấu trúc bài giảng được tổ chức thành 03 chương trọng tâm:

• Chương 1: Biến tần (Inverter/VFD)
• Chương 2: Khởi động mềm (Soft Starter)
• Chương 3: Bộ lưu điện (UPS - Uninterruptible Power Supply)

Cách tiếp cận của giáo trình đi từ cơ sở giải tích truyền động điện, phân tích sơ đồ cấu trúc mạch lực (chỉnh lưu, lọc trung gian, nghịch lưu) đến các giải thuật điều chế độ rộng xung (PWM) và tích hợp thiết bị điều khiển công nghiệp tiêu chuẩn như Siemens SINAMICS V20, SIRIUS 3RW30/3RW40 và AEG Protect 5.31.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung học thuật của bài giảng được tổ chức theo quy trình logic từ nền tảng lý thuyết mạch biến đổi đến cấu hình thiết bị công nghiệp chuyên dụng:

• Chương 1: Biến tần (Phần trọng tâm của tài liệu)
  • Tổng quan và phân tích cơ sở: Thiết lập nhu cầu điều tốc động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua công thức tốc độ $N = \frac{60f(1-s)}{P}$. Phân tích các phương thức thay đổi số cực $P$, hệ số trượt $s$ và khẳng định phương pháp biến đổi tần số $f$ của nguồn cấp là phương án tối ưu để điều khiển dải tốc độ mượt mà từ $1\text{ Hz}$ đến $50\text{ Hz}$, $60\text{ Hz}$ hoặc lên đến $400\text{ Hz}$.
  • Cấu tạo và nguyên lý chung: Cấu trúc gồm 4 khối chính: Bộ chỉnh lưu (Diode, Thyristor, GTO, MOSFET, IGBT), Bộ lọc trung gian một chiều $L\text{-}C$, Bộ nghịch lưu 3 pha dùng khóa chuyển mạch IGBT và Khối điều khiển vi xử lý; kết hợp mạch hãm động năng gồm van băm $V_7$ và điện trở công suất $R_{br}$.
  • Phân loại thiết bị biến tần:
    • Biến tần trực tiếp (Cycloconverter): Chuyển đổi $U_1, f_1 \to U_2, f_2$ không qua khâu trung gian, sử dụng 2 nhóm Thyristor thuận (T) và ngược (N) nối song song ngược, làm việc với dải tần số đầu ra thấp hơn tần số lưới ($1/3 \to 1/2$ tần số lưới).
    • Biến tần gián tiếp: Biến đổi qua khâu trung gian DC, phân cấp theo: chỉnh lưu điều khiển; chỉnh lưu không điều khiển kết hợp bộ biến đổi xung áp DC; chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu PWM; biến tần nguồn áp (VSI - điện áp DC ổn định nhờ tụ điện dung lượng lớn $C$) và biến tần nguồn dòng (CSI - dòng điện DC ổn định nhờ cuộn cảm kháng $L$ lớn).
  • Kỹ thuật điều chế xung (PWM): Phương pháp điều chế đơn cực, điều chế hai cực cho nghịch lưu 1 pha và phương pháp Sin PWM cho nghịch lưu 3 pha dựa trên sự so sánh giữa sóng điều khiển hình sin $v_{control}$ và sóng mang răng cưa tần số cao $v_{tri}$.
  • Các luật điều khiển động cơ: Phương pháp tỷ lệ điện áp/tần số ($V/f = \text{const}$) với kỹ thuật bù sụt áp ở dải tần khởi động $0 \to F_c$; Điều khiển định hướng từ trường (FOC/Vector Control); Điều khiển trực tiếp mômen (DTC); kết hợp 2 cấu hình điều khiển vòng hở (Open-loop) và điều khiển vòng kín (Close-loop) có phản hồi tốc độ qua Encoder.
  • Ứng dụng và vận hành: Hướng dẫn lựa chọn biến tần, khảo sát dòng Micromaster 420 và SINAMICS V20 (Siemens), thiết lập truyền thông với bộ lập trình điều khiển PLC/SCADA và xử lý các lỗi quá dòng, quá áp, quá tải.
• Chương 2: Khởi động mềm
  • Nguyên lý hạn chế dòng khởi động, bảo vệ cơ khí và điều khiển góc mở van bán dẫn cấp điện áp tăng dần cho động cơ xoay chiều 3 pha. Khảo sát cấu hình dòng thiết bị Siemens SIRIUS 3RW30 và 3RW40.
• Chương 3: Bộ lưu điện (UPS)
  • Cấu trúc khối nguồn liên tục, nguyên lý nghịch lưu nguồn độc lập và phân tích hệ thống thiết bị AEG UPS Protect 5.31.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Lý thuyết truyền động điện xoay chiều: Mối quan hệ tương quan giữa tần số lưới, từ thông khe hở không khí $\Phi$, sức điện động $E$ và mômen điện từ; nguyên lý duy trì tỷ lệ $E/f = \text{const}$ để giữ dòng từ hóa không đổi khi thay đổi tốc độ.
2. Kỹ thuật chuyển mạch bán dẫn công suất: Nguyên lý đóng cắt của van IGBT, Thyristor, Diode trong mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và mạch nghịch lưu cầu 3 pha; cơ chế tạo thời gian trễ (dead-time) chống ngắn mạch xuyên nhánh van.
3. Lý thuyết biến đổi tín hiệu và điều chế PWM: Mô hình giải tích sóng hài, dạng sóng điện áp ngõ ra $V_{AB}, V_{BC}, V_{CA}$ và cơ chế hạn chế sóng hài bậc thấp khi chuyển mạch tần số cao.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical Skills): Khả năng đọc hiểu, phân tích sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển của bộ biến đổi tĩnh; tính toán chọn tham số bộ lọc $L\text{-}C$ và điện trở hãm $R_{br}$.
• Kỹ năng phân tích (Analytical Skills): So sánh đặc tính vận hành giữa hệ thống nguồn áp và nguồn dòng; đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng sụt áp stator và tổn hao sóng hài tại vùng tần số thấp.
• Kỹ năng thực hành chuyên môn (Practical Competencies): Đấu nối thiết bị, cấu hình danh mục tham số trên biến tần SINAMICS V20, cài đặt thông số khởi động mềm SIRIUS 3RW, thiết lập kết nối truyền thông công nghiệp và xử lý lỗi vận hành.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical Approach)

Bài giảng áp dụng mô hình sư phạm kết hợp giữa lý thuyết mạch giải tích và thực hành thiết bị công nghiệp. Với tổng thời lượng 30 tiết, tiến trình giảng dạy được phân cấp rõ ràng:

• Khối Lý thuyết (21 tiết): Giảng viên truyền đạt các mô hình cấu trúc mạch lực, lý thuyết điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều 3 pha và phương pháp phân tích dạng sóng điện áp/dòng điện của bộ biến đổi.
• Khối Tiểu luận chuyên đề (06 tiết): Sinh viên làm việc nhóm hoặc độc lập để nghiên cứu sâu về các cấu trúc điều khiển nâng cao (như FOC, DTC) hoặc phân tích cấu hình ứng dụng biến tần trong dây chuyền tự động hóa.
• Khối Thí nghiệm - Thực hành (03 tiết): Thao tác trực tiếp trên thiết bị thí nghiệm, thực hành cài đặt biến tần Siemens SINAMICS V20, khởi động mềm SIRIUS và quan sát đặc tính khởi động động cơ.

Bài tập, tình huống và phương pháp đánh giá

• Bài tập và phân tích trường hợp (Case Studies):
  • Phân tích sơ đồ điều chế xung PWM 3 pha: Tính toán trạng thái đóng ngắt của các cặp van $S_1\text{-}S_4$, $S_3\text{-}S_6$, $S_5\text{-}S_2$ tương ứng với quan hệ so sánh giữa $v_{control}$ và $v_{tri}$.
  • Nghiên cứu mạch xả năng lượng phản kháng: Thiết kế nhánh băm hãm điện áp quá mức trên tụ điện trung gian khi động cơ làm việc ở chế độ máy phát trả năng lượng về DC bus.
• Phương pháp đánh giá học phần:
  • Đánh giá quá trình: Chấm điểm bài tập, mức độ tham gia thảo luận trên lớp và kết quả thực hiện 06 tiết tiểu luận chuyên đề.
  • Đánh giá thực hành: Kiểm tra kỹ năng cài đặt tham số, đấu nối mạch lực và khả năng khắc phục lỗi giả lập trên biến tần.
  • Đánh giá kết thúc học phần: Thi tự luận kiểm tra kiến thức tổng hợp về cấu tạo, nguyên lý mạch biến đổi và giải thuật điều khiển.

Hướng dẫn tự học (Self-study Guidelines)

Người học cần tự nghiên cứu tài liệu kỹ thuật của các hãng chế tạo thiết bị (Siemens, AEG) để nắm vững bảng mã lỗi và sơ đồ chân điều khiển. Đồng thời, sử dụng phần mềm Matlab & Simulink (theo tài liệu tham khảo của Nguyễn Phùng Quang) để mô phỏng dạng sóng nghịch lưu và thuật toán $V/f$ trước khi thực hành trên phần cứng.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Tài liệu bài giảng mang tính cập nhật công nghệ và bám sát thực tiễn công nghiệp thông qua các nội dung kỹ thuật trọng yếu:

1. Chuẩn hóa thiết bị thực tế của các hãng công nghiệp hàng đầu: Thay vì chỉ trình bày sơ đồ nguyên lý trừu tượng, bài giảng đưa trực tiếp tài liệu hướng dẫn vận hành của các thiết bị phổ biến trong công nghiệp vào nội dung giảng dạy, bao gồm:
   • Biến tần Siemens Micromaster 420 và SINAMICS V20.
   • Thiết bị khởi động mềm Siemens SIRIUS 3RW30 / 3RW40.
   • Hệ thống nguồn liên tục công nghiệp AEG Protect 5.31.
2. Tích hợp giải pháp mạng và điều khiển số: Giáo trình mở rộng từ điều khiển phần cứng đơn lẻ sang việc kết nối truyền thông giữa biến tần với bộ lập trình điều khiển (PLC) và hệ thống giám sát SCADA, dựa trên tài liệu tham khảo chuyên ngành của Lê Ngọc Bích và Phạm Quang Huy.
3. Phân tích chi tiết các kỹ thuật điều khiển hiện đại: Làm rõ sự phát triển từ phương pháp điều khiển vô hướng kinh điển ($V/f$ tuyến tính và phi tuyến có bù sụt áp vùng $0 \to F_c$) đến các cấu trúc điều khiển vector hiện đại (FOC - Field Oriented Control) và điều khiển trực tiếp mômen (DTC - Direct Torque Control).
4. Giải quyết triệt để các vấn đề vận hành cơ - điện: Trình bày chi tiết các giải pháp thực tế như mạch hãm tái sinh ($V_7 + R_{br}$), phương pháp chống dòng đâm xuyên giữa các nhánh van IGBT và cơ chế khởi động mềm nhằm loại bỏ hiện tượng giật cơ khí, bảo vệ kết cấu cơ giới của hệ truyền động.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Tài liệu được biên soạn nhằm phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong đào tạo học thuật và ứng dụng kỹ thuật:

• Sinh viên đại học chính quy: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Đo lường và Tin học Công nghiệp, Kỹ thuật Điện - Điện tử tại Trường Đại học Điện lực cũng như các trường đại học khối kỹ thuật.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
  • Cơ sở Lý thuyết Mạch điện và Toán kỹ thuật.
  • Điện tử công suất cơ bản (kiến thức về van Diode, Thyristor, Transistor theo giáo trình của Trần Xuân Minh - Đỗ Trung Hải).
  • Lý thuyết Điều khiển tự động và Máy điện xoay chiều 3 pha.
  • Kỹ thuật vi xử lý hoặc Lập trình điều khiển logic (PLC).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính thức, khung phân bổ bài giảng cho học phần 2 tín chỉ (30 tiết) hoặc tài liệu định hướng nội dung thực hành/tiểu luận.
• Kỹ sư vận hành và người tự học: Kỹ sư bảo trì, kỹ sư tích hợp hệ thống trong các nhà máy công nghiệp cần tài liệu chuẩn để tra cứu nguyên lý điều khiển, cấu hình tham số biến tần SINAMICS V20 và xử lý sự cố thiết bị khởi động mềm, UPS.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Bài giảng phù hợp với sinh viên đại học ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, ngành Điện - Điện tử từ năm thứ 3 trở đi, giảng viên giảng dạy chuyên ngành truyền động điện và kỹ sư tự động hóa cần tài liệu tra cứu kỹ thuật.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức về Điện tử công suất (nguyên lý khóa bán dẫn), Máy điện (đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha), Lý thuyết mạch điện và cơ sở Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu khác?

Tài liệu tập trung cấu trúc theo 3 khối thiết bị hoàn chỉnh trong công nghiệp (Biến tần, Khởi động mềm, UPS), gắn liền lý thuyết giải tích mạch với các dòng thiết bị thương mại cụ thể của Siemens (SINAMICS V20, SIRIUS 3RW) và AEG (Protect 5.31), thay vì chỉ phân tích lý thuyết thuần túy.

4. Làm sao để tự học hiệu quả với tài liệu này?

Người học nên kết hợp phân tích sơ đồ nguyên lý trong giáo trình với việc cài đặt mô phỏng thuật toán PWM và luật điều khiển trên phần mềm Matlab & Simulink; đồng thời đọc song song tài liệu hướng dẫn sử dụng (manual) của nhà sản xuất Siemens để đối chiếu danh mục tham số thực tế.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Danh mục tài liệu tham khảo đồng hành bao gồm:

• Điện tử công suất (Trần Xuân Minh - Đỗ Trung Hải).
• Hướng dẫn vận hành biến tần SINAMICS V20, Khởi động mềm SIRIUS 3RW30/3RW40 (Siemens).
• AEG, UPS Protect 5.31 (AEG).
• Mạng truyền thông công nghiệp SCADA (Lê Ngọc Bích - Phạm Quang Huy).
• Matlab & Simulink (Nguyễn Phùng Quang).
• Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha.

---

Kết luận (150 từ)

Bài giảng "Thiết bị điện tử công suất và hệ thống" của tác giả Đàm Xuân Đông (Trường Đại học Điện lực) là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, chuẩn hóa hệ thống kiến thức về các thiết bị biến đổi bán dẫn công suất trong công nghiệp. Giáo trình cung cấp đầy đủ từ cơ sở giải tích truyền động điện, phân loại cấu trúc biến tần trực tiếp/gián tiếp, phân tích kỹ thuật điều chế PWM đến các giải thuật điều khiển $V/f$, FOC và DTC.

Lộ trình học tập khuyến nghị cho người học là: Tiếp cận lý thuyết điều tốc và mạch lực van $\to$ Nghiên cứu giải thuật điều khiển và mô phỏng trên Matlab $\to$ Khảo sát tài liệu thiết bị thực tế Siemens/AEG $\to$ Thực hành cài đặt tham số, tích hợp mạng truyền thông công nghiệp và rèn luyện kỹ năng xử lý sự cố. Toàn bộ nội dung gắn liền với các giáo trình tham khảo chuyên ngành giúp người học xây dựng nền tảng vững chắc trong lĩnh vực Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 BIẾN TẦN 1.1 Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm về biến tần 1.2 Cấu tạo biến tần 1.3 Nguyên lý hoạt động biến tần 1.4 Phân loại thiết bị biến tần 1.5 Các luật điều khiển trên biến tần 1.6 Biến tần Micromaster 420 - Siemens 1.2 Lựa chọn biến tần.3 Cài đặt thông số, vận hành hệ thống dùng biến tần SINAMICS V20 của SIEMENS.4 Truyền thông biến tần với các bộ lập trình điều khiển 1.5 Lỗi khi vận hành và phương pháp khắc phục GV : Đàm Xuân Đông Bộ môn đo lường - Khoa Điều khiển và Tự động hóa - EPU 1.1 Giới thiệu chung 1.1 Tổng quan về biến tần Bắt nguồn từ nhu cầu điều khiển tốc độ quay của động cơ 3 pha không đồng bộ, người ta đã phân tích từ công thức tính số số vòng qua của động cơ N = [60f x (1-s)]/P Từ có cho ta thấy muốn điều khiển tốc độ động cơ thì sẽ có 3 cách: + Thay đổi tần số điện (f) + Số điện cực (p) + Hệ số trượt (s) Nếu thay đối số điện cực (P) thì chỉ có thể thay đổi được vài cấp tốc độ động cơ và mỗi lần tốc độ động cơ thay đổi sẽ dẫn đến hiện tượng giật động cơ Nếu thay đổi hệ số trượt (s) thì cần phải có mạch điều chỉnh hệ số trượt (tương đối phức tạp) Chính vì vậy việc điều khiển tần số (f) là cách đơn giản nhất để điều khiển tốc độ của động cơ 3 pha không đồng bộ. GV : Đàm Xuân Đông Bộ môn đo lường - Khoa Điều khiển và Tự động hóa - EPU Như vậy: Biến tần là một bộ thiết bị điện tử dùng để điều khiển tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi tần số f1( thường là tần số lưới điện 50 Hz) sang một tần số f2 có thể điều chỉnh được. Nói một cách đơn giản, biến tần chính là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. ➢ Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn so với chạy tần số 50Hz( 60Hz).

Ví dụ: Biến tần thay đổi tần số của dòng điện 3 pha 380V từ 1Hz đến 50Hz, hay tới 60Hz, thậm chí lên tới 400Hz và có thể điều chỉnh được. Theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên. Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz. GV : Đàm Xuân Đông Bộ môn đo lường - Khoa Điều khiển và Tự động hóa - EPU Do đó cần phải sử dụng biến tần với một số mục đích sau: + Có thể thay đổi tần số lưới điện từ đó thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất (Trong khi lưới điện đang sử dụng có tần số f = 50/60 Hz) + Không cần phải dùng các mạch khởi động hình sao hay tam giác + Dễ dàng khởi động các tải công suất lớn + Việc khởi động sẽ có tốc độ ban đầu la chậm và tăng dân lên mức nhanh giúp đảm bảo không làm giật động cơ hay hư hỏng các bộ phận cơ khí, kết cấu máy móc + Tiết kiệm điện năng + Bảo vệ hệ thống khi gặp những trường hợp: quá tải, quá dòng, quá áp GV : Đàm Xuân Đông Bộ môn đo lường - Khoa Điều khiển và Tự động hóa - EPU 1.2 Cấu tạo biến tần Hình 1.