Wiki về Biến tần: Biến tần là gì ? Nguyên lý làm việc, Phân loại & Ứng dụng

Biến tần là một trong những mạch điện tử được sử dụng thường xuyên nhất trong hầu hết các ứng dụng. Đó là một mạch chuyển đổi nguồn điện một chiều cố định thành nguồn điện xoay chiều xoay chiều để cấp cho tải điện xoay chiều. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thương mại, hàng không, dân dụng và công nghiệp. Nó có thể được coi là xương sống cho hầu hết các ứng dụng. Nó thường được sử dụng như một đơn vị giao tiếp giữa nguồn cung cấp DC và tải. Trong nhiều trường hợp, nó cũng hoạt động như một đơn vị giao tiếp giữa nguồn cung cấp AC và tải. Ví dụ, trong điều khiển tốc độ của động cơ cảm ứng, nguồn cung cấp là AC, nhưng nguồn AC được chuyển đổi thành DC bằng mạch chỉnh lưu và một lần nữa DC được chuyển đổi thành AC bằng biến tần và được cấp cho động cơ cảm ứng. Nó giúp cải thiện chất lượng điện năng bằng cách khắc phục nội dung sóng hài./ An inverter is one of the most frequently used electronic circuits in most of the applications. It’s a circuit that converts fixed DC supply to alternating AC supply to feed AC loads. Widely used in commercial, aviation, residential and industrial applications. It could be regarded as the backbone for most of the applications. It is frequently used as an interfacing unit between DC supply and load. In many cases, it acts as an interfacing unit between AC supply and load also. For example, in the speed control of induction motor, the supply is AC, but AC supply is converted to DC by a rectifier circuit and again DC is converted to AC by inverter and fed to the induction motor. It helps to improve power quality by overcoming the harmonic content.
 

Biến tần là gi/ What is an Inverter?

Biến tần (Bộ nghịch lưu) là một mạch điện tử biến đổi nguồn điện một chiều cố định thành nguồn điện xoay chiều thay đổi. Biến tần được sử dụng để chạy tải AC thông qua pin hoặc điều khiển tải AC thông qua chuyển đổi AC-DC. Biến tần cũng có sẵn như biến tần một pha và biến tần ba pha. Tất nhiên, trong biến tần ba pha cần nhiều hoạt động chuyển mạch hơn. Hãy xem sơ đồ mạch và nguyên lý làm việc của biến tần một pha và ba pha./ The inverter is an electronic circuit that converts fixed DC supply to variable AC supply. The inverter is used to run the AC loads through a battery or control AC loads via AC-DC conversion. Inverters are also available as single-phase inverter and three-phase inverters. Of course, in three-phase inverter more switching operations are required. Let see the circuit diagram and working principle of single-phase and three-phase inverters.

Có bao nhiêu loại biến tần?

Biến tần 1 pha/ Single Phase Inverter

Bộ nghịch lưu một pha hay còn được gọi là bộ nghịch lưu nửa cầu, biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều một pha. Với mục đích này, hai thiết bị chuyển mạch được sử dụng để chuyển đổi DC sang AC. Điốt, tụ điện giúp mạch hoạt động trơn tru./ A single-phase inverter or also called as half-bridge inverters, converters DC supply to single-phase AC supply. For this purpose, two switching devices are used to convert DC to AC. Diodes, capacitors help the circuit to operate smoothly.
 

Nguyên lý hoạt động của biến tần một pha/ Single-phase Inverter Working Principle

Như tên của nó, biến tần bán cầu, đầu ra thay đổi từ + Vs / 2 đến -Vs / 2. Như trong mạch, hai thiết bị chuyển mạch được kết nối trong một nhánh chung hay còn được gọi là chân. Việc chuyển đổi này có thể là SCR, MOSFET hoặc IGBT. Nói chung, chúng tôi sử dụng MOSFET phổ biến hơn cho các ứng dụng tần số cao. Một ưu điểm nữa với MOSFET là nó có tổn thất chuyển mạch thấp nhưng tổn hao dẫn truyền cao./ As the name implies, half-bridge inverter, the output varies from +Vs/2 to -Vs/2. As shown in the circuit, two switching devices are connected in one common branch or also called a leg. This switching may be SCR, MOSFET, or IGBT. Generally, we use MOSFET more commonly for high-frequency applications. One more advantage with MOSFET is it has low switching losses but high conduction losses.



Như hình vẽ trong mạch, chúng ta có hai thiết bị chuyển mạch S1 và S2. Để có được một chu kỳ của Điện áp xoay chiều, mỗi thiết bị được kích hoạt tại một thời điểm. Người kia đang tắt cùng một lúc. Ví dụ, để có được chu kỳ dương của Nguồn cung cấp xoay chiều, thiết bị S1 được bật, trong khi thiết bị S2 được giữ ở trạng thái tắt. Tương tự để có được chu kỳ âm của nguồn điện xoay chiều, thiết bị S2 được bật trong khi thiết bị S1 bị tắt. Sóng đầu ra được hiển thị như bên dưới./ As shown in the circuit, we have two switching devices S1 and S2. To obtain one cycle of Alternating voltage, each device is triggered at one time. The other being off at the same moment. For example, to obtain the positive cycle of Alternating supply, device S1 is turned on, while S2 is kept off. Similarly to obtain a negative cycle of alternating supply, device S2 is turned on while S1 is kept off. The output wave is shown as below.

Như thể hiện trong hình đầu ra, khi S1 đang dẫn từ 0 đến T / 2 thì đầu ra + Vs / 2 thu được. Tương tự, khi S2 đang dẫn từ T / 2 đến T, đầu ra -Vs / 2 thu được. Do đó đầu ra thay đổi giữa + Vs / 2 đến -Vs / 2, được coi là điện áp xoay chiều. T là tổng khoảng thời gian xảy ra hiện tượng dẫn điện của hai thiết bị. Có thể lưu ý rằng dạng sóng điện áp đầu ra là dạng sóng vuông bậc. Trong bộ biến tần, chúng ta không bao giờ thu được dạng sóng hình sin. Dạng sóng vuông bậc xen kẽ giữa hai giá trị được coi là hiệu điện thế xoay chiều. Tương tự đối với biến tần ba pha cũng vậy./ As shown in the output figure, when S1 is conducting from 0 to T/2 the output +Vs/2 is obtained. Similarly, when S2 is conducting from T/2 to T, the output -Vs/2 is obtained. Hence the output alternates between +Vs/2 to -Vs/2, which is regarded as alternating voltage. T is the total time period of the conduction of two devices. It can be noted that the output voltage waveform is a stepped square waveform. In inverters, we never obtain a sinusoidal waveform. The stepped square waveform alternates between two values, which is considered as alternating voltage. The same is for three-phase inverter also.
 

Biến tần 3 pha/ Three Phase Inverter

Như trong sơ đồ mạch, nó là một bộ nghịch lưu 3 pha hay còn gọi là bộ nghịch lưu cầu toàn phần. Trong tất cả các mạch, chúng tôi yêu cầu sáu thiết bị chuyển mạch. Từ nguồn điện một chiều, ta thu được điện áp xoay chiều ba pha ở phía tải./ As shown in the circuit diagram, it is a three-phase inverter, also called a full-bridge inverter. In all for the circuit, we require six switching devices. From a DC supply, we obtain a three-phase alternating voltage on the load side.


 

Nguyên lý hoạt động của biến tần 3 pha/ Three-phase Inverter Working Principle

Đầu tiên, các thiết bị cần được đánh số để hoạt động chính xác. Lưu ý rằng, chúng tôi có sáu thiết bị, hai thiết bị trên một chân. Mạch này còn được gọi là hoạt động ba chân. Có một logic đằng sau việc đánh số các thiết bị. Các thiết bị được đánh số theo trình tự kích hoạt. Điều này có nghĩa là như thể hiện trong mạch, công tắc S2 được kích hoạt sau S1 và tương tự đối với các thiết bị còn lại. Đầu ra yêu cầu là điện áp ba pha, có nghĩa là ba pha, mỗi pha cách nhau 120 độ là bắt buộc. Đối với mỗi thứ tự pha, một cặp thiết bị chuyển mạch được vận hành. Điều này có nghĩa là để có được pha R, S1-S2 được bật. Để có được pha Y, S3-S4 được bật và để có được pha B, S5-S6 được bật. Dạng sóng đầu ra được hiển thị bên dưới./ Firstly, the devices need to be numbered for the correct operation. Note that, we have six devices, two devices on one leg. This circuit is also called as three leg operation. There is a logic behind the numbering of the devices. The devices are numbered as per the sequence of triggering. This means that as shown in the circuit, the switch S2 is triggered after S1, and similarly for the rest of the devices. The output required is three-phase voltage, which means that three-phase sequences, separated by 120 degrees each are required. For each phase sequence, one pair of switching devices are operated. This means that to obtain the R phase, S1-S2 is turned on. To obtain Y phase S3-S4 are turned on and to obtain B phase S5-S6 are turned on. The output waveform is shown below.

Như được hiển thị trong mạch, chúng tôi thu được một dạng sóng vuông bậc. Một điều quan trọng cần lưu ý là, nên có một khoảng thời gian trễ giữa việc kích hoạt thiết bị này và thiết bị khác. Ví dụ, khi chúng ta thu được pha R, chúng ta kích hoạt S1 và S2. S1, S2 không bắn đồng thời. Có độ trễ 60 độ. Tuy nhiên, mỗi thiết bị có thể là một diode hoặc MOSFET dẫn 120 độ. Một lần nữa, thời gian dẫn truyền và thời điểm kích hoạt cũng thay đổi tùy theo phương thức dẫn truyền. Chúng ta có hai chế độ, một chế độ 180 độ là chế độ dẫn truyền và chế độ dẫn truyền 120 độ. Sự khác biệt cơ bản là ở 120 độ dẫn, độ trễ cố ý là 60 độ được đưa ra cho mỗi thiết bị để tránh ngắn mạch của hai thiết bị./ As shown in the circuit, we obtain a stepped square waveform. One important thing to be noted is, there should be a time delay between the firing of one device and the other. For example, when we obtain the R phase we trigger S1 and S2. S1, S2 are not fired at the same time. There is a delay of 60 degrees. However, each device may be a diode or MOSFET conducts for 120 degrees. Again the time of conduction and instant of triggering varies on the mode of conduction also. We have two modes, 180-degree one is a mode of conduction and 120-degree mode of conduction. The fundamental difference is in 120 degrees of conduction, a deliberated delay of 60 degrees is given for each device to avoid short circuit of two devices.
 

Những ứng dụng của Biến tần/ Applications

Các ứng dụng của biến tần bao gồm công nghiệp, dân dụng, ... Nó là một trong những thiết bị được sử dụng thường xuyên nhất. Một vài ứng dụng đã được mô tả ngắn gọn/ The applications of inverters include the industry, residential, etc. It is one of the most frequently used devices. A few applications have been described in brief

Bộ lưu điện (UPS)/ Uninterruptable Power Supply (UPS)
Đây là những mạch thường được sử dụng trong hệ thống máy tính. Để tránh ngắt kết nối đột ngột nguồn cung cấp cho hệ thống máy tính, các máy tính được cấp nguồn qua UPS./ These are commonly used circuits in computer systems. To avoid abrupt disconnection of supply to computer systems, computers are given supply via UPS.

Điều khiển tốc độ động cơ điện/ Electric Motor Speed Control
Trong ứng dụng này, nguồn AC được chuyển đổi thành DC bằng bộ chỉnh lưu, và một lần nữa DC được chuyển đổi thành AC bằng biến tần. Điều này giúp thu được AC thay đổi từ một DC cố định. Ở phía tải, chúng ta có thể có được AC thay đổi để điều khiển tốc độ của động cơ (Điều khiển điện áp phần ứng)/ In this application, the AC supply is converted to DC by a rectifier, and again DC is converted to AC by inverter. This helps to obtain variable AC from a fixed DC. At the load side, we can obtain varying AC to control the speed of the motor ( Armature voltage control)

Máy nén lạnh/ Refrigeration Compressors
Trong đó, nó được sử dụng để điều khiển tốc độ truyền động của động cơ máy nén để làm lạnh biến thiên./ In this, it used to control the speed of compressor motor drive for variable refrigeration.

Hệ thống DC điện áp cao (HVDC)/ High Voltage DC Systems (HVDC)
Trong hệ thống này để truyền tải điện năng trong khoảng cách xa, nguồn điện xoay chiều là một bộ chuyển đổi sang DC, được truyền tải và một lần nữa DC được chuyển đổi trở lại thành AC với sự trợ giúp của bộ biến tần. Việc chuyển đổi này là cần thiết để khắc phục các vấn đề ổn định trong truyền dẫn AC./ In this for transmitting power for long distances the AC power is a converter to DC, transmitted, and again DC is converted back to AC with the help of inverters. This conversion is necessary to overcome stability problems in AC transmission.

Tế bào quang điện mặt trời (PV Array)/ Solar Photovoltaic Cells (PV Array)
Một trong những công nghệ gần đây nhất về chuyển đổi năng lượng tái tạo. Ở đây năng lượng ánh sáng mặt trời được sử dụng để sản xuất năng lượng điện bằng cách sử dụng pin mặt trời. Các tế bào năng lượng mặt trời tạo ra DC, một lần nữa được chuyển đổi thành AC bằng cách sử dụng biến tần./ One of the most recent technologies in view of renewable energy conversion. Here the sunlight energy is used to produce electric energy by using solar cells. Solar cells produce DC which is again converted to AC using inverters.

Các ứng dụng thường được sử dụng khác là sưởi ấm cảm ứng, lưới điện, lưu trữ năng lượng, v.v./ Other commonly used applications are induction heating, power grid, storage of energy, etc.
 

Biến tần được tạo ra thế nào/ How to Make an Inverter?

Biến tần một pha có thể dễ dàng được chế tạo ngay cả ở nhà. Điều này yêu cầu pin, MOSFETS, tải AC và dây kết nối. Như thể hiện trong hình đối với bộ nghịch lưu một pha, nó có thể dễ dàng kết nối để có được nguồn điện xoay chiều thay đổi được./ A single-phase inverter can be easily built even at home also. This requires a battery, to MOSFETS, an AC load, and connecting wires. As shown in the figure for single-phase inverter, it can be easily connected to obtain a variable AC supply.
 

Những câu hỏi thường gặp về Biến tần FAQs

1). Sự khác biệt giữa UPS và Biến tần là gì/ What is the difference between UPS and inverter?
Bộ lưu điện hoặc nguồn điện liên tục về cơ bản được sử dụng để lưu trữ năng lượng bằng cách sử dụng pin. Nhưng bộ biến tần được sử dụng để chuyển đổi nguồn DC thành AC để điều khiển hoặc cung cấp tải AC. Sự kết hợp của bộ lưu điện và bộ biến tần tạo thành bộ lưu điện thương mại được bán trên thị trường./ UPS or uninterruptable power supply is basically used to store energy by using batteries. But inverters are used to convert DC supply to AC for control or supplying AC loads. A combination of UPS and inverters forms the commercial UPS sold in the market.

2). Cái nào nguy hiểm, AC, hay DC/ Which is dangerous, AC, or DC?
Theo quan điểm về độ lớn, DC nguy hiểm hơn AC. AC thay đổi độ lớn của nó, nhưng DC là một giá trị cố định./ Keeping in view of magnitude, DC is more dangerous than AC. AC alternates its magnitude, but DC is a fixed value.

3). Biến tần 3000 W sẽ chạy gì/ What will a 3000 W inverter run?
Với biến tần 3000 W, nhiều ứng dụng tại nhà như hai quạt, ba đèn ống, TV, hệ thống máy tính, ... có thể dễ dàng chạy trong 3-4 giờ. Tuy nhiên cần tránh những vật nặng như điều hòa, tủ lạnh,…./ With a 3000 W inverter many applications at home such as two fans, three tube lights, TV, computer system, etc. can be easily run for 3-4 hours. However heavy loads such as Air conditioner, fridge, etc needs to be avoided.

4). Biến tần rút ra bao nhiêu ampe/ How many amperes does an inverter draw?
Trả lời. Việc tính toán rất đơn giản. Công suất được cho là sản phẩm của điện áp và dòng điện. Vì vậy, một biến tần 300 W, 15V có thể tạo ra tới 20 A. Tuy nhiên, hãy lưu ý những tổn thất, các giá trị sẽ nhỏ hơn./ Ans. The calculation is simple. Power is given as the product of voltage and current. So a 300 W, 15V inverter can draw up to 20 A. However keeping the losses in mind, the values are less.

5). Công nghệ biến tần kép là gì/ What is dual inverter technology?
AC biến tần kép là một công nghệ tiên tiến có máy nén quay đôi có thể mang lại hiệu suất hiệu quả hơn với ít tiếng ồn hơn. Việc cung cấp máy nén quay đôi giúp cải thiện cân bằng rôto và mômen nén./ A Dual inverter AC is an advanced technology which houses twin rotary compressor which can give a more efficient performance with less noise. The provision of twin rotary compressors improves rotor balancing and compression torques.

Chúng ta đã xem sơ đồ mạch điện, nguyên lý làm việc của biến tần một pha và ba pha cùng với các dạng sóng. Chúng tôi cũng đã thấy các ứng dụng và tính năng của biến tần. Một tiến bộ gần đây trong việc điều khiển tải xoay chiều sử dụng bộ biến tần là điều chế độ rộng xung của dạng sóng vuông bước đầu ra. Điều này cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ hiệu quả và chính xác cho động cơ cảm ứng. Người ta có thể nghĩ về thực tế rằng sự khác biệt cơ bản giữa điều chế độ rộng xung hình sin và điều chế độ rộng xung vectơ không gian là gì?/ We have seen the circuit diagram, working principle of single-phase and three-phase inverters along with waveforms. We have also seen the applications and features of inverters. One recent advancement in the control of AC loads using inverters is pulse width modulation of the output stepped square waveform. This provides efficient and precise control of speed for induction motors. One may think over the fact that what is the fundamental difference between sinusoidal pulse width modulation and space vector pulse width modulation?