Biến tần là một thiết bị tự động hóa được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt đảo chiều dòng điện dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ, sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. biến tần có nhiều loại và chức năng khác nhau, tùy theo ứng dụng và điện áp đầu vào đầu ra.

Biến tần 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. Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ, đảo chiều quay, giảm dòng khởi động, giảm độ rung và tiết kiệm năng lượng.

Nói cách khác:

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. Các biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Tủ điện biến tần di chuyển cầu trục sử dụng biến tần Schneider ATV 320.

Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần 1 pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V, biến tần 3 pha 660V, biến tần trung thế... Bên cạnh các dòng biến tần đa năng, các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC;...

Cấu tạo biến tần.

• Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần chính sau:
• Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.
• Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều khiển, lập trình và bảo vệ.
• Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz. Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT.
• Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống.
• Màn hình - bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và điều khiển từ người vận hành.
• Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),...

Hình ảnh: Sơ đồ mạch điện của biến tần.

Lợi ích của việc sử dụng biến tần.

• Điều khiển tốc độ động cơ: Biến tần giúp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào. Điều này cho phép tăng độ chính xác và linh hoạt trong điều khiển tốc độ của máy móc, dây truyền sản xuất.
• Đảo chiều quay động cơ: có thể cài đặt sẵn khi máy chạy hết hành trình, khi gặp sự cố cần phải đảo chiều hoặc điều khiển trực tiếp.
• Bảo vệ động cơ: biến tần có thiết bị điện tử giám sát và đưa ra cảnh báo hoặc dừng cấp điện cho động cơ khi gặp các sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, mất pha,... tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
• Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
• Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.
• Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.
• Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.
• Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
• Biến tần giúp tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí bảo trì động cơ do động cơ không bị quá tải và không hoạt động ở công suất tối đa trong suốt thời gian dài.
• Giảm độ ồn và độ rung của động cơ, cải thiện môi trường làm việc và giảm ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động.

Vì sao nên lắp đặt biến tần chuyển động nâng hạ, di chuyển cầu trục, di chuyển palang hàn quốc nhật bản trung quốc.

• Lắp đặt biến tần chuyển động nâng hạ, di chuyển cầu trục, di chuyển palang để khởi động mềm các chuyển động, giảm lực động khi khởi động và phanh hãm các cơ cấu nâng hạ, di chuyển từ đó mang lại rất nhiều lợi ích trong việc ứng dụng biến tần cho cầu trục.
• Tăng tuổi thọ động cơ và thiết bị cơ khí như hộp số, tang cáp, phanh nâng hạ, phanh di chuyển.
• Làm giảm tiếng ồn khi cầu trục hoạt động
• Giảm chi phí đầu tư ban đầu kết cấu thép nhà xưởng, kết cấu thép dầm chạy cầu trục...
• Thay đổi tốc độ động cơ sẽ thay đổi tốc độ cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển từ đó điều chỉnh tốc độ nâng hạ hoặc di chuyển thành 2 cấp tốc độ, 3 cấp tốc độ, 4 cấp tốc độ, 5 cấp tốc độ... tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.
• Cầu trục trong nhà máy lắp khuôn thông thường sẽ sử dụng 2 cấp tốc độ chuyển động nâng hạ, di chuyển palang. 
• Cầu trục lắp đặt tubin trong nhà máy thủy điện sử dụng tới 5 cấp tốc độ cho chuyển động nâng hạ, 2 cấp tốc độ cho chuyển động di chuyển palang và cầu trục.

Hướng dẫn lựa chọn biến tần.

Lựa chọn biến tần phù hợp với ứng dụng cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo độ bền, độ ổn định và hiệu suất của hệ thống. Trong nhiều trường hợp chọn sai biến tần khi hoạt động có thể bị lỗi không chạy được, chọn biến tần quá dư công suất gây lãng phí.

Chọn biến tần cần phải căn cứ vào các yếu tố sau:

Điện áp của biến tần:

• Chọn biến tần có điện áp đầu vào phù hợp với điện áp của hệ thống. Ví dụ: hệ thống có nguồn điện 3 pha 380V thì phải chọn biến tần đầu vào 3 pha 380V.
• Chọn biến tần có điện áp đầu ra phù hợp với điện áp của động cơ. 

Thông số của động cơ:

Hình ảnh: Thông số động cơ được ghi trên mác gắn ở thân động cơ

• Khi chọn biến tần cần chú ý 3 thông số trong bảng thông số động cơ là điện áp, công suất và dòng điện.
• Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V, 220/380V, 380/660V. Trong đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V.
• Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần. Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì chọn biến tần vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V. Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ tới vài kW).
• Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần như trên.
• Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.
• Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.

Loại tải của ứng dụng:

• Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung bình và tải nặng.
• Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ. Ví dụ biến tần LS là dòng IP5A, H100, biến tần Fuji là dòng eHVAC.
• Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực,... chọn dòng biến tần tải trung bình. Ví dụ biến tần Fuji là dòng Mini, Ace; biến tần INVT là dòng GD20.
• Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy cán, máy nghiền,... chọn dòng biến tần tải nặng. Ví dụ biến tần Fuji là dòng Mega, biến tần Mitsubishi là dòng A800.
• Khi chọn biến tần cùng loại tải với ứng dụng thì chọn công suất biến tần tối thiểu bằng công suất động cơ.
• Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn. Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất. Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải thấp hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.

Đặc điểm vận hành:

• Chế độ vận hành cũng quyết định rất quan trọng tới việc lựa chọn biến tần.
• Chế độ vận hành ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy, dừng, đảo chiều quay liên tục đòi hỏi biến tần có khả năng chịu quá tải cao, có thể phải lắp thêm điện trở xả để bảo vệ biến tần không bị cháy.
• Chế độ vận hành dài hạn: động cơ thường đạt tốc độ ổn định trong thời gian tương đối dài sau khi khởi động như quạt, bơm, băng tải,... 
• Trong điều kiện vận hành khắc nghiệt đòi hỏi phải chọn biến tần có khả năng chịu được quá tải cao, môi trường nhiệt độ cao hơn như các dòng Mega, VG của Fuji, A800 của Mitsubishi.

Module được tính hợp sẵn:

• Một số tính năng có thể được tính hợp sẵn trong một số loại biến tần, hoặc phải lắp thêm module ngoài như:
• Màn hình - Bàn phím (bảng điều khiển)
• Module truyền thông
• Điện trở xả được tích hợp sẵn, hoặc bộ điều khiển cho điện trở thắng (Breaking Unit)
• Bộ lọc EMC

Biến tần đa năng hay biến tần chuyên dụng:

• Biến tần đa năng là loại biến tần cơ bản có thể dùng được cho nhiều ứng dụng như các dòng biến tần IG5A của LS, Mini của Fuji, Mitsubishi, INVT. 
• Ngoài biến tần đa năng, một số hãng chế tạo các dòng biến tần chuyên dụng chỉ dùng cho 1 loại ứng dụng như quạt, cầu trục, thang máy,... Loại biến tần này có đặc điểm là tối ưu về hiệu suất và giá thành so với sử dụng biến tần đa năng.
• Ví dụ khi chọn biến tần cho thang máy ta sử dụng biến tần Lift của Fuji được thiết kế riêng cho thang máy, biến tần Lift được tích hợp đầy đủ các module mở rộng cho ứng dụng thang máy và đảm bảo hiệu suất tốt nhất.

Chọn hãng sản xuất:

• Yếu tố này liên quan đến chi phí đầu tư. Trên thị trường có nhiều hãng sản xuất biến tần. Hầu như các hãng đều có đủ loại biến tần đáp ứng được các yêu cầu sử dụng thực tế trong công nghiệp. Khác nhau ở yếu tố chất lượng (như độ ổn định, độ bền, hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt) do công nghệ sản xuất và khác nhau ở xuất xứ, thương hiệu làm cho giá thành cũng chênh lệch đáng kể.
• Phân khúc biến tần giá thấp có thể kể đến như: INVT, Delta, Frecon
• Phân khúc biến tần giá trung bình, giá cao: LS, Fuji, Schneider, Yaskawa Mitsubishi, ABB, Siemens...

Hãng biến tần KATO thường cung cấp lắp đặt trong chuyển động cầu trục.

Hình ảnh lắp đặt biến tần cho chuyển động di chuyển palang hàn quốc và tủ điện di chuyển cầu trục sử dụng động cơ phanh côn.

Hình ảnh lắp đặt biến tần LS IG5A chuyển động di chuyển palang hàn quốc.

Hình ảnh lắp đặt tủ điện biến tần YASKAWA chuyển động nâng hạ và biến tần Schneider chuyển động di chuyển palang.

Lắp đặt biến tần nâng hạ di chuyển palang xuất sứ hàn quốc, nhật bản, đức, Bulgaria, châu âu, trung quốc cần chú ý điều gì?

Thông số đầu tiên cần quan tâm đến là công suất động cơ nâng hạ và công suất động cơ di chuyển palang. thông số tiếp theo rất quan trọng đó là cơ cấu phanh của các động cơ. Đối với động cơ phanh côn cần sử dụng loại biến tần phù hợp để mở phanh trước khi roto quay. đối với động cơ dùng phanh đĩa điện từ việc lựa chọn biến tần đơn giản hơn.

Lắp biến tần cho chuyển động nâng hạ cần lựa chọn loại biến tần tải nặng. Ví dụ biến tần Yaskawa A1000, Schneider ATV320, Fuji Lift...

Lắp biến tần cho chuyển động di chuyển cầu trục lựa chọn biến tần tải trung. Ví dụ biến tần Yaskawa V1000, LS IG5A, Schneider ATV310, Fuji multi...

Lắp biến tần cho chuyển động di chuyển palang lựa chọn biến tần tải trung. Ví dụ biến tần Yaskawa V1000, LS IG5A, Schneider ATV310, Fuji multi...