VFD là gì? Những điều cần biết về VFD khi ứng dụng trong công nghiệp

154 lượt xem
Chia sẻ:
VFD là gì? Tổng quan về VFD trong công nghiệp

Công nghệ VFD tiên tiến đã và đang dẫn dắt cuộc “cách mạng” trong ngành công nghiệp, giúp nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Tuy nhiên, nhiều người vẫn còn xa lạ với khái niệm này. Hãy cùng Luci tìm hiểu VFD là gì, nguyên lý hoạt động và những lợi ích mà nó mang lại cho ngành công nghiệp ngay nhé!

VFD là gì?

VFD (Variable Frequency Drive) là một loại bộ điều khiển động cơ truyền động và điều khiển động cơ điện; kiểm soát tốc độ và momen xoắn của động cơ, thực hiện yêu cầu của ứng dụng bằng cách thay đổi tần số và nguồn điện áp. Trong đó, tần số được liên kết trực tiếp với RPM của động cơ, tần số càng cao thì số RPM càng lớn.

VFD thường được gọi là biến tần, bộ điều chỉnh dòng xoay chiều (AC drive), bộ điều tốc, bộ điều chỉnh tần số, bộ điều chỉnh tốc độ (VSD – Variable Speed Drive), bộ biến đổi tần số,….

Công nghệ biến tần VFD thường được ứng dụng trong điều khiển băng tải, hệ thống quạt và bơm, hệ thống thang máy, trong các máy móc công nghiệp,… 

VFD (variable frequency drive)
VFD (variable frequency drive)

Cấu tạo biến tần VFD

Biến tần VFD được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng điều chỉnh tốc độ và khả năng khởi động / dừng mềm. Cấu tạo của biến tần bao gồm:

  • Chỉnh lưu: chuyển đổi nguồn AC được cấp từ nguồn điện thành nguồn DC, có thể là một chiều hoặc hai chiều. Chỉnh lưu sử dụng điốt (Diode), SCR, transistor hoặc các thiết bị chuyển mạch điện tử khác. Khi sử dụng điốt, nguồn DC đầu ra sẽ không điều khiển được trong khi sử dụng SCR, nguồn ra DC thay đổi khi điều khiển cổng. Cần ít nhất sáu điốt để có thể chuyển đổi ba pha, nên bộ chỉnh lưu được còn được gọi là bộ chuyển đổi sáu xung.
  • DC Bus: Nguồn DC từ chỉnh lưu được đưa vào liên kết DC (gọi là DC Bus), bao gồm tụ điện, cuộn cảm ứng làm phẳng các gợn sóng và tích trữ DC. DC Bus có vai trò chính là nhận, lưu trữ, cung cấp nguồn DC.
  • Nghịch lưu: Gồm các thiết bị chuyển mạch điện tử như IGBT, transistor, thyristor,… Nghịch lưu nhận nguồn DC từ DC Bus để chuyển đổi thành AC rồi đưa đến động cơ. Sử dụng các kỹ thuật như điều chế độ rộng xung để thay đổi tần số đầu ra, từ đó điều khiển tốc độ của động cơ. 
  • Mạch điều khiển: gồm một bộ vi xử lý, thực hiện các chức năng khác nhau như điều khiển, cấu hình cài đặt, thiết hợp giao thức truyền thông giao tiếp. Mạch điều khiển nhận tín hiệu từ động cơ tham chiếu tốc độ hiện tại, từ đó điều chỉnh tỷ lệ điện áp trên tần số để điều khiển tốc độ của động cơ. 
Cấu tạo của biến tần VFD
Cấu tạo của biến tần VFD

Nguyên lý hoạt động của VFD

Ở giai đoạn đầu tiên, biến tần AC của VFD đóng vai trò là bộ chuyển đổi (chỉnh lưu), bao gồm 6 điốt, tương tự như van một chiều trong hệ thống ống nước. Các điốt cho phép dòng dòng điện chạy theo một chiều hướng, được hiển thị như hình mũi tên trong biểu tượng điốt. Ví dụ, khi điện áp pha A dương hơn điện điện áp pha B hoặc C, điốt đó sẽ mở và cho phép dòng điện chạy qua. Khi pha B tích cực dương hơn pha A, điốt pha B sẽ mở, pha A sẽ đóng. Tương tự, 3 điốt ở phía cực âm của Bus cũng hoạt động theo nguyên lý như vậy. Mỗi khi đi ốt mở – đóng, ta sẽ nhận được sáu “xung” hiện tại, gọi là “six-pulse VFD”, là cấu hình tiêu chuẩn của các biến tần hiện tại. 

Giả sử biến tần hoạt động trên hệ thống điện 480V, định mức 480V là “rms” (tức root mean squared). Các cực đại trên hệ thống 480V là 679, bus VFD có điện áp một chiều với gợn sóng xoay chiều, điện áp chạy trong khoảng 580V đến 680V. 

Điện áp sau khi được chỉnh lưu một chiều sẽ được bộ nghịch lưu biến đổi thành một loại 3 pha đối xứng xoay chiều qua thiết bị phát xoay chiều được tích tích hợp. Dòng điện tiếp tục đi qua bộ biến đổi IGBT đã được trang bị cổng cách điện, các công tắc có khả năng on/off nhanh, từ đó tạo ra dạng sóng và đầu ra nguồn nguồn điện xoay chiều 3 pha để đưa vào sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của VFD (Variable Frequency Drive)
Nguyên lý hoạt động của VFD (Variable Frequency Drive)

Ưu điểm của công nghệ biến tần VFD

Tiết kiệm năng lượng

Khi ứng dụng không cần chạy với tốc độ tối đa, bạn có thể điều khiển động cơ bằng VFD để giảm thiểu chi phí năng lượng. VFD điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu tải cùng khả năng điều chỉnh tốc độ giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm tải và tránh hoạt động quá mức, góp phần quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng.

Việc tối ưu hóa hệ thống động cơ bằng VFD có thể giảm tiêu thụ năng lượng tới 70%. Điều này giúp doanh nghiệp nâng cao chất lượng sản phẩm và làm giảm chi phí sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư các VFD.

Sử dụng biến tần trong tủ điện điều khiển máy bơm nước giúp tiết kiệm năng lượng
Sử dụng biến tần trong tủ điện điều khiển máy bơm nước giúp tiết kiệm năng lượng

Điều khiển động cơ mềm và tăng hiệu quả hoạt động của động cơ

VFD cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt và chính xác trong dải rộng, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ứng dụng. Nhờ vậy, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế để giảm lỗi, làm tăng mức sản xuất và doanh thu. 

Biến tần điều khiển động cơ mềm và tăng hiệu quả hoạt động của động cơ
Biến tần điều khiển động cơ mềm và tăng hiệu quả hoạt động của động cơ

Tăng tuổi thọ của động cơ

VFD tối ưu hóa việc kiểm soát tần số và điện áp của động cơ, giúp giảm thiểu các ứng suất cơ học và điện áp lên động cơ do khởi động đột ngột, quá tải hoặc hoạt động ở tốc độ không phù hợp. Nhờ vậy, động cơ hoạt động ổn định, bền bỉ hơn, ít hư hỏng và kéo dài tuổi thọ sử dụng.

Phân loại biến tần VFD

Theo kích thước của VFD

Dựa trên công suất của VFD (KW hoặc HP), phân kích thị trường VFD được chia thành 5 phạm vi kích thước. Nếu như nghiên cứu thị trường toàn cầu về VFD gồm các VFD: siêu nhỏ, nhỏ, tầm trung; thì nghiên cứu thị trường VFD công suất cao gồm VFD tầm trung, lớn, siêu lớn. 

 

Kích thướcKWHP
Siêu nhỏ<5<6
Nhỏ5 – 406 – 50 
Trung bình41 – 20051 – 250 
Lớn201 – 600251 – 750 
Siêu lớn>600>750

 

Theo chế độ làm việc

  • Chế độ điều khiển động cơ truyền thống (Volts / Hertz): chế độ này ngăn sự bão hòa từ trường của động cơ bằng cách duy trì tỷ lệ V/Hz không đổi. Tuy nhiên, nếu tốc độ thấp và điện áp thấp cung cấp ít dòng điện từ hóa ít, dẫn đến mất mô-men xoắn. Chế độ này cũng không đúng với sự thay đổi tốc độ trượt giữa rôto và stato với tần số và tải. Vì thế, cần cung cấp bánh răng và dây đai để đáp ứng các yêu cầu về mô-men xoắn tốc độ thấp.
Chế độ điều khiển V/Hz của VFD
Chế độ điều khiển V/Hz của VFD
  • Chế độ điều khiển vector từ thông vòng kín và điều khiển vector không cảm biến vòng hở: khắc phục những hạn chế của chế độ điều khiển V/Hz. Cảm biến dòng điện được tích hợp sẵn, cung cấp thông tin để điều khiển, 
Chế độ điều khiển từ thông vòng kín và điều khiển vector không cảm biến vòng hở
Chế độ điều khiển từ thông vòng kín và điều khiển vector không cảm biến vòng hở

Trong cả hai trường hợp trên, VFD đều yêu cầu điều chỉnh các hiệu ứng như độ trễ của thời gian tải có quán tính cao, các VFD tự động điều chỉnh có thể giải quyết điều này mà không cần can thiệp thủ công.

Theo điện áp ngõ vào

Đây là đặc điểm dễ dàng phân biệt nhất của VFD bởi công suất được cung cấp thay đổi đáng kể theo điện áp. Vì thế, phân loại VFD theo điện áp ngõ vào thì biến tần sẽ có các loại như: 

  • Từ 115V đến 240V
  • Từ 380V đến 400V
  • Từ 460V đến 480V
  • Từ 560V đến 690V

Theo cấu hình VFD

Khi phân loại theo cấu hình, VFD được chia thành hai loại: biến tần AC và biến tần DC. 

  • Biến tần AC: Được sử dụng phổ biến, có tác dụng điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều AC một cách linh hoạt. Biến tần AC hoạt động bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp của dòng điện đầu ra. 
Biến tần AC
Biến tần AC
  • Biến tần DC: Là hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC, cung cấp điện áp để động cơ hoạt động ở tốc độ mong muốn. Trong đó, điện áp 1 chiều được thay đổi đổi để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều công nghiệp tạo ra bởi máy phát phát điện 1 chiều. 
Biến tần DC
Biến tần DC

Theo công nghệ thiết bị

Bao gồm:

  • Phần cứng (phần cứng VFD và phần cứng ngoại vi): tức các VFD dưới dạng thiết bị độc lập, có các tính năng được lập trình trước và cả các tùy chọn có thể lập trình. Một số nhà cung cấp không bán VFD được lập trình sẵn mà chỉ làm phần cứng. Phần cứng và phụ kiện ngoại vi có giá trị nhỏ hơn giá trị của VFD, gồm thành phần hệ thống điều khiển, hệ thống cáp và các hạng mục, vỏ. Không bao gồm các mặt hàng được bán riêng (thiết bị đóng cắt, PAC, PLC, động cơ và các thành phần cơ khí).
  • Phần mềm và dịch vụ (gồm các hỗ trợ dự án và MRO / phụ tùng và các dịch vụ khác).

Các hãng sản xuất biến tần VFD phổ biến

Các hãng sản xuất biến tần VFD phổ biến trên thị trường Việt Nam có thể kể đến như:

  • Trung Quốc: Kinco, Sinovo, Enc, Zoncn, INVT, Sungrow, Inovance,..
  • Hàn Quốc: LS
  • Mỹ: Emerson, Parker, Allen Bradley, Sew-Eurodrive
  • Đức: Rexroth, Lenze, Siemens
  • Nhật Bản: Yaskawa, Fuji, Hitachi, Toshiba, Nidec, Mitsubishi, Omron, Panasonic
  • Thụy Sĩ: ABB
Biến tần VFD sử dụng trong hệ thống thang máy do hãng Mitsubishi sản xuất
Biến tần VFD sử dụng trong hệ thống thang máy do hãng Mitsubishi sản xuất

Luci – Giải pháp IoT tổng thể ứng dụng hiệu quả công nghệ VFD

Hy vọng bài viết có thể giúp bạn trả lời được câu hỏi “VFD là gì?” và có được những thông tin bổ ích liên quan đến biến tần VFD. Công nghệ VFD đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và trở thành xu hướng tất yếu. 

Luci là một trong những đơn vị tiên phong trong việc cung cấp giải pháp quản lý đô thị thông minh. Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển công nghệ, Luci đã mang đến cho thị trường những giải pháp hiệu quả, giúp các đô thị tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả vận hành và bảo vệ môi trường.

Luci là đơn vị tiên phong trong việc cung cấp giải pháp IoT tổng thể
Luci là đơn vị tiên phong trong việc cung cấp giải pháp IoT tổng thể

Các giải pháp của Luci bao gồm:

Giải pháp quản lý đô thị thông minh (Luci RMS): Tích hợp và quản lý các hệ thống đô thị khác nhau, giúp các cơ quan quản lý đô thị đưa ra các quyết định chính xác, kịp thời.

Giải pháp quản lý tòa nhà thông minh (Luci iBMS): Tự động hóa các hoạt động quản lý tòa nhà, giúp tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả vận hành.

Giải pháp đèn đường thông minh (Luci Lighting): Giám sát và điều khiển hệ thống đèn đường tự động, giúp tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường.

Trung tâm điều hành thông minh (Luci IOC): Tập trung dữ liệu từ các hệ thống đô thị thông minh, giúp các cơ quan quản lý đô thị theo dõi, giám sát và điều hành đô thị từ xa.

Giải pháp quản lý tài sản thông minh (Luci AM): Quản lý các tài sản công của đô thị, giúp các cơ quan quản lý đô thị nắm được tình trạng của các tài sản, đưa ra các kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng hiệu quả.

Nếu bạn quan tâm và muốn biết thêm về các giải pháp đô thị thông minh Luci, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi theo các địa chỉ sau:

Trụ sở Hà Nội: Tầng 2, toà New Skyline, Đường Nguyễn Khuyến, Phường Văn Quán, Quận Hà Đông, Tp. Hà Nội.

Văn phòng Hồ Chí Minh: Tầng 8, Tòa nhà Pearl Plaza, Số 561A Điện Biên Phủ, P.25, Q.Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh.

Hotline: 0902239589

Website: www.luci.vn.

Email: info@luci.vn.

Theo dõi
Thông báo của
guest
0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận
Mục lục