Biến tần 1 pha là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần 1 pha

Ngày nay, với sự phát triển của các loại động cơ điện, để đảm bảo an toàn, bạn cần lựa chọn các loại biến tần một pha phù hợp. Vậy biến tần 1 pha là gì? Biến tần một pha có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Cùng MCTT tìm hiểu qua bài viết này nhé!

Biến tần 1 pha là gì?

Biến tần 1 pha (Single-phase Inverter/VFD) là thiết bị điện tử công suất dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha (AC) đầu vào (thường là 220V/50Hz) thành điện áp xoay chiều với tần số và điện áp có thể điều chỉnh để điều khiển tốc độ và mô-men động cơ điện, thường là động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha.

Thông thường, biến tần 1 pha có đầu vào là 1 pha – 220V nhưng đầu ra là 3 pha – 220V (dạng chuẩn công nghiệp). Điều này cho phép người sử dụng điều khiển động cơ 3 pha tại khu vực không có nguồn điện 3 pha.

Xem thêm: Biến tần 3 pha là gì? Cấu tạo và nguyên lý

Phân loại biến tần 1 pha

Biến tần 1 pha được chia thành hai loại chính:

• Biến tần 1 pha vào – 1 pha ra: Ít phổ biến, thường dùng cho các động cơ 1 pha nhỏ.

• Biến tần 1 pha vào – 3 pha ra: Phổ biến hơn, dùng để điều khiển các động cơ 3 pha công suất nhỏ (thường dưới 3HP) khi chỉ có nguồn điện 1 pha.

Cấu tạo của biến tần 1 pha

Biến tần 1 pha bao gồm 3 khối chức năng chính:

a) Khối chỉnh lưu (Rectifier)

• Thành phần: Cầu diode hoặc chỉnh lưu điều khiển bằng SCR.

• Chức năng: Chuyển đổi AC 1 pha (220V) thành DC tuyến tính (thường có điện áp khoảng 310VDC sau lọc).

• Điện áp DC này có độ gợn sóng thấp hơn nhờ bộ lọc.

b) Khối lọc (DC Bus / Intermediate Circuit)

• Thành phần: Tụ điện phân và cuộn cảm (nếu có).

• Chức năng: Làm mượt điện áp DC đầu ra từ chỉnh lưu và cung cấp năng lượng ổn định cho khối nghịch lưu.

• Năng lượng được tích trữ ở đây và cấp cho phần biến đổi tiếp theo.

c) Khối nghịch lưu (Inverter)

• Thành phần: IGBT hoặc MOSFET, thường là cầu H 3 pha.

• Điều khiển bởi: Bộ vi xử lý trung tâm (DSP/MCU) với phương pháp điều chế xung PWM (Pulse Width Modulation).

• Chức năng: Biến đổi điện áp DC thành AC 3 pha với tần số có thể điều chỉnh từ 0 đến 400Hz (tùy biến tần).

Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở xả (điện trở hãm), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông…

Nguyên lý hoạt động biến tần 1 pha

Nguyên lý hoạt động biến tần khá đơn giản thông qua 2 bước:

Đầu tiên, thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện nguồn điện 1 pha hoặc 3 pha sẽ được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng. Điện đầu vào sẽ ở mức điện áp và tần số cố định 380V 50Hz.

Điện áp 1 chiều ở bước trên sẽ được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Lúc đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT  sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Sơ đồ đấu dây biến tần 1 pha

Nguyên lý điều khiển của biến tần

Biến tần sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) để tạo ra sóng sin giả lập cho dòng điện đầu ra. Các phương pháp điều khiển phổ biến:

a) Điều khiển V/f (tỷ lệ điện áp – tần số)

• Giữ tỷ lệ U/f không đổi.

• Đơn giản, phổ biến trong hệ thống không yêu cầu mô-men chính xác.

b) Điều khiển vector (Vector Control – Field Oriented Control)

• Phân tích dòng điện theo trục d–q.

• Điều khiển chính xác mô-men, phản ứng nhanh.

• Phù hợp cho các ứng dụng tải biến thiên như thang máy, cần trục, CNC,...

c) Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC)

• Không cần cảm biến tốc độ.

• Đáp ứng nhanh, mô-men chính xác cao.

• Thường được sử dụng trong biến tần cao cấp.

Lưu ý kỹ thuật khi chọn biến tần 1 pha

• Công suất phù hợp: Động cơ 3 pha phải có công suất nhỏ hơn hoặc bằng biến tần, tránh quá tải.

• Dòng tải khởi động: Một số biến tần có dòng khởi động thấp giúp giảm sốc cho nguồn.

• Nguồn cấp ổn định: Biến tần 1 pha dễ bị ảnh hưởng bởi sụt áp do nguồn không cân bằng.

• Bảo vệ động cơ: Chọn loại có chức năng bảo vệ mất pha, quá dòng, quá nhiệt, ngắn mạch,...

• Phản hồi (feedback): Ứng dụng cần điều khiển chính xác nên dùng biến tần có hỗ trợ encoder hoặc cảm biến dòng/tốc độ.

Ứng dụng thực tế

Biến tần 1 pha được dùng rộng rãi trong:

• Hệ thống bơm tăng áp: Điều khiển áp suất theo PID.

• Máy ép, máy cắt, máy tiện nhỏ: Điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu.

• Quạt công nghiệp: Thay đổi tốc độ theo nhiệt độ hoặc nhu cầu lưu thông không khí.

• Hệ thống nông nghiệp: Dẫn nước, điều khiển máy trộn, sấy,...

Kết luận

Biến tần 1 pha là giải pháp tối ưu cho các hệ thống điều khiển động cơ trong môi trường chỉ có nguồn 1 pha. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cấu trúc, và thông số kỹ thuật sẽ giúp kỹ sư lựa chọn và khai thác thiết bị một cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí và nâng cao độ bền cho toàn hệ thống.