Bộ chuyển đổi tần số điện có tác dụng gì?

Dòng điện mạng lưới Việt Nam sử dụng tần số 50 Hz, còn nhiều nước trên thế giới sử dụng tần số 60 Hz. Điều này gây khó khăn cho việc sử dụng thiết bị điện nhập khẩu, cần đến bộ chuyển đổi tần số điện.

Sự khác nhau giữa tần số 50Hz và 60Hz.

Tần số là khái niệm để chỉ số lần lặp lại của 1 hiện tượng trên một đơn vị thời gian. Như vậy để tính tần số, ta đếm số lần xuất hiện của hiện này trong 1 thời gian nhất định. Kết quả thu được đem chia cho khoảng thời gian đo. Hz là đơn vị để đo tần số thường dùng.

Tần số 50 Hz tức là hiện tượng lặp lại sau mỗi 1/50 giây. Tương tự thì tần số 60Hz nghĩa là cứ 1/60s thì hiện tượng sẽ trở về trạng thái trước đó. Khi tần số càng lớn, số lần lặp lại của hiện tượng càng nhiều, đòi hỏi thiết bị dùng càng phải đảm bảo tốt về mặt kỹ thuật và chất lượng.

Hầu hết các thiết bị điện sử dụng tại Việt Nam hiện nay trên hướng dẫn đều ghi rõ tần số sử dụng phù hợp là 50 hoặc 60Hz. Có những thiết bị ghi từ 50Hz-60Hz. Vậy sự khác nhau giữa 2 chuẩn tần số này là gì?

Tần số 50Hz, 60 Hz hay mỗi một dải tần riêng đều có những ưu và nhược điểm, theo quan điểm của từng quốc gia mà người ta lựa chọn và áp dụng. Đánh giá chung thì tần số từ 50Hz-60Hz là phù hợp bởi nó vừa phải với tốc độ quay của máy phát và số đôi cực.

Nếu tần số tăng nhiều hơn khoảng này thì sẽ gây tăng tổn hao bậc cao và trong vật liệu tư, còn giảm tần số nhiều thì gây rung các thiết bị chiếu sáng như đèn huỳnh quang. Vì thế tần số chỉ nên nằm trong khoảng từ 50 – 60 hz. Đây là lí do mà dải tần này được sử dụng cho hầu khắp các quốc gia hiện nay.

Việc chọn tần số 50Hz và 60 Hz mà không phải các tần số 51, 52… chỉ để làm tròn số. Tuy nhiên, có hai sự khác nhau chính giữa tần số 50 Hz và 60 Hz đó là vấn đề bảo vệ và khả năng truyền tải điện đến thiết bị.

Về vấn đề bảo vệ, tần số 60Hz thì rơle bảo vệ và các thiết bị đóng cắt yêu cầu thời gian nhanh hơn là thiết bị 50Hz, Cụ thể như máy cắt hiện nay, điện 50Hz có thể cắt 1.5 cycle trong 30ms, còn điện 60Hz thì chỉ 25ms. Về khả năng truyền tải, cùng trong 1s thì giá trị dòng điện hiệu dụng ở mạng 60Hz lớn hơn so với dòng điện ở 50Hz. Do vậy nếu hai máy giống nhau về mọi thông số, nhưng tần số làm việc khác nhau thì tại 60Hz động cơ có mômen đầu trục lớn hơn.

Dùng điện 60Hz cho thiết bị 50Hz có sao không?

Nếu thiết bị sử dụng có ghi là phù hợp với dòng điện 50Hz nghĩa là tại dòng điện này, máy sẽ chạy ổn định, hiệu suất cao nhất. Còn hầu hết các thiết bị 50Hz đều có thể chạy được với dòng 60Hz, tuy nhiên nó sẽ gây ra nhiều vấn đề về an toàn, cháy nổ, đặc biệt khiến thiết bị nhanh hỏng.

Vì thế nếu cần gấp tạm thời, bạn có thể dùng thiết bị 50Hz cho dòng điện 60Hz và ngược lại. Tuy nhiên¸ về lâu dài thì nên sử dụng bộ chuyển đổi tần số điện. Đặc biệt là những thiết bị điện tử nhạy với dòng điện, yêu cầu khắt khe về nguồn điện đầu vào.

Còn nếu thiết bị điện ghi là 50 – 60Hz thì bạn dùng dòng 50Hz hay 60Hz đều được. Hiện nay, do mạng lưới Việt Nam dùng tần số 50Hz nên các thiết bị điện sản xuất cho thị trường Việt cũng đều chạy ở tần số này. Chỉ những thiết bị điện xách tay, nhập khẩu thì cần xem xét kĩ thông số máy.

Bộ biến tần chuyển đổi tần số dòng điện như thế nào?

Bộ chuyển đổi tần số, gọi tắt là bộ biến tần (frequency converter) có thể là thiết bị một pha hoặc 3 pha, có khả năng biến đổi tần số dòng điện từ 50Hz sang 60Hz và ngược lại, hoặc từ 50/60Hz sang tần số khác cho một số yêu cầu đặc biệt. Bộ biến tần có thể có nhiều chức năng khác như biến đổi điện áp nhưng chức năng chính vẫn là biến đổi tần số.

Bộ biến tần thường được sử dụng với ngành nào?

Ngành đóng tàu

Cung cấp dòng điện phù hợp cho tàu khi cập bến bằng nguồn điện lưới địa phương. Nhất là các tàu đi quốc tế, do các nước sử dụng tần số 60Hz hoặc 50Hz khác nhau. Ngoài ra cũng cung cấp dòng điện để testing các thiết bị điện khi đóng tàu cho các nước dùng dòng 60Hz trước khi bàn giao cho chủ đầu tư.

Thiết bị nhập khẩu

Khi nhập khẩu thiết bị từ các nước Nhật (60Hz/200V), Mỹ (208V/60Hz), Hàn Quốc (60Hz),… thì thiết bị sẽ được thiết kế hoạt động ở điều kiện dòng điện này. Mà điện tiêu chuẩn ở Việt Nam là 380VAC/50Hz nên muốn sử dụng sẽ cần đến bộ biến đổi tần số.

Bộ nguồn mặt đất cho sân bay

Khi ở các sân bay, máy bay không thể sử dụng nguồn điện mạng lưới địa phương là 50Hz hay 60Hz mà cần nguồn 400Hz đặc biệt. Do đó, bộ nguồn mặt đất cần bộ chuyển đổi tần số để cấp nguồn cho các tải và hệ thống dẫn hướng. Điện áp máy bay tại 400Hz thường là 200V/208V/115V.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần nhìn chung khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 hay 3 pha sẽ được chỉnh lưu rồi lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Thông thường, công đoạn này sẽ được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Vì thế, hệ số công suất cosphi của bộ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải, đạt giá trị ít nhất 0.96.

Điện áp một chiều được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Quá trình này được thực hiện bởi hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly), với phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Do tiến bộ của công nghệ vi xử lý và bán dẫn lực hiện nay mà tần số chuyển mạch xung có thể lên đến dải tần số siêu âm. Điều này giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và tổn thất trên lõi động cơ.

–  Đầu ra là hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha có thể biến đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp, tuỳ theo điều khiển. Theo lý thuyết, có 1 quy luật nhất định giữa tần số và điện áp tuỳ theo chế độ điều khiển. Với tải có mô men không đổi, tỉ số này là không đổi. Tuy vậy ở tải bơm và quạt, quy luật này là hàm bậc 4, nghĩa là điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này nghĩa là mô men là hàm bậc hai của tốc độ, phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt.

–  Bộ biến tần đạt hiệu suất chuyển đổi nguồn rất cao bởi nó sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất, chế tạo với công nghệ hiện đại. Vì vậy, năng lượng tiêu thụ thường xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu.
–  Ngoài ra, bộ biến tần hiện đại được tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác nhau, phù hợp với hầu hết các loại phụ tải. Biến tần thường có tích hợp bộ PID, thích hợp với nhiều loại chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp sử dụng cho điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Biến tần hiện nay có rất nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào thì có 2 loại cơ bản là biến tần cho động cơ 3 pha và biến tần cho động cơ 1 pha. Trong đó, loại biến tần cho động cơ 3 pha phổ biến, rộng rãi hơn.

Trên đây là một số thông tin về bộ chuyển đổi tần số điện. Nếu còn thắc mắc gì về cách vận hành, sử dụng hay chọn mua bộ biến tần, hãy liên hệ với Thành Công để được hỗ trợ nhé.

Tham khảo thêm thông tin chi tiết bộ chuyển đổi tần số: BỘ CHUYỂN ĐỔI TẦN SỐ SERVO-MATIK