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

Biến tần là một thiết bị điện tử không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển động cơ hiện đại. Nó được thiết kế để thay đổi tần số và điện áp của dòng điện xoay chiều đầu vào, từ đó điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách linh hoạt và hiệu quả. Nhờ khả năng điều khiển vô cấp này, biến tần không chỉ giúp nâng cao hiệu suất làm việc mà còn tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Cùng Cáp điện VN tìm hiểu chi tiết biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần.

Nội dung chính của bài viết

Biến tần là gì?

Biến tần, hay còn gọi là inverter, là thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều ba pha bằng cách thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều cung cấp cho động cơ. Thay vì động cơ chạy với tần số cố định từ lưới điện (thường là 50 hoặc 60 Hz), biến tần cho phép điều chỉnh tần số này theo nhu cầu, từ đó điều khiển linh hoạt tốc độ quay của động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến hộp số cơ khí.

Cấu tạo của biến tần

Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các bộ phận chính sau:

Bộ chỉnh lưu (Rectifier):

Bộ phận này nhận điện áp xoay chiều (AC) từ nguồn điện lưới và chuyển đổi nó thành điện áp một chiều (DC). Thông thường, bộ chỉnh lưu sử dụng diode hoặc thyristor để thực hiện việc chỉnh lưu. Điện áp một chiều này sau đó được ổn định nhờ bộ lọc tụ điện.

Bộ lọc (Filter):

Dùng để làm phẳng và ổn định điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu, giúp nguồn DC ổn định hơn và giảm nhiễu.

Bộ nghịch lưu (Inverter):

Bộ phận này chuyển đổi điện áp một chiều (DC) thành điện áp xoay chiều (AC) với tần số và điện áp có thể điều chỉnh được. Bộ nghịch lưu thường sử dụng các linh kiện bán dẫn như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) để tạo ra tín hiệu điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Mạch điều khiển (Control Circuit):

Đây là bộ phận trung tâm điều khiển biến tần, có nhiệm vụ nhận tín hiệu đầu vào, xử lý, và điều khiển các bộ phận khác hoạt động theo lập trình nhằm thay đổi tần số, điện áp đầu ra phù hợp từng điều kiện vận hành mong muốn.

Các bộ phận bổ trợ:

Bao gồm các cảm biến, bộ điện kháng xoay chiều (cuộn kháng AC), cuộn kháng một chiều (cuộn kháng DC), điện trở xả, màn hình hiển thị, bàn phím điều khiển, và module truyền thông… để nâng cao hiệu quả, độ bền và khả năng vận hành linh hoạt của biến tần.

Tóm lại, biến tần vận hành bằng cách chuyển đổi điện áp AC sang DC, sau đó nghịch lưu chuyển đổi lại thành AC với tần số và điện áp điều chỉnh được. Điều này cho phép điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách chính xác, tăng hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ thiết bị trong hệ thống tự động hóa.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

Nguyên lý hoạt động của biến tần (inverter) gồm các bước chính sau:

Chỉnh lưu: Nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha đầu vào được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Tụ điện giúp làm phẳng và ổn định điện áp một chiều.
Nghịch lưu: Điện áp một chiều này được biến đổi ngược lại thành điện áp xoay chiều 3 pha bằng cách sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất hiệu suất cao như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). IGBT được điều khiển bật/tắt nhanh theo trình tự để tạo ra các xung điện áp có biên độ và tần số có thể điều chỉnh.
Điều chế độ rộng xung PWM: Phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) được dùng để điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra sao cho dạng sóng điện áp gần giống dạng sóng sin, phù hợp với mục đích điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.
Điều khiển và bảo vệ: Bộ điều khiển vi xử lý giám sát và điều chỉnh tần số, điện áp đầu ra theo yêu cầu của tải, đồng thời tích hợp các chức năng bảo vệ quá tải, quá áp, quá dòng để tăng độ tin cậy và an toàn.

Nhờ nguyên lý này, biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ thiết bị trong quá trình vận hành

Hướng dẫn phân loại biến tần

Biến tần được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như nguyên lý điều khiển, công suất, nguồn điện đầu vào và chức năng sử dụng. Dưới đây là các phân loại phổ biến:

Phân loại theo nguyên lý điều khiển

Biến tần điều khiển V/F: Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tỷ lệ điện áp và tần số. Phù hợp cho các ứng dụng đơn giản như quạt, bơm nước. Ưu điểm là giá thành thấp, dễ sử dụng; nhược điểm là độ chính xác không cao.
Biến tần điều khiển vector (Vector Control): Sử dụng thuật toán phức tạp để điều khiển chính xác tốc độ và mô-men xoắn. Thường dùng trong máy CNC, thang máy. Ưu điểm là hiệu suất cao, điều khiển linh hoạt; nhược điểm là giá thành cao hơn.
Biến tần điều khiển mô-men xoắn (Torque Control): Điều khiển mô-men xoắn nhanh và chính xác, phù hợp với ứng dụng yêu cầu phản ứng tức thời như cần cẩu, máy ép.

Phân loại theo công suất

Biến tần công suất nhỏ: Dưới 10 kW, dùng trong dân dụng như máy bơm, quạt.
Biến tần công suất trung bình: Từ 10 kW đến 100 kW, dùng trong công nghiệp vừa.
Biến tần công suất lớn: Trên 100 kW, dùng trong công nghiệp nặng như khai thác mỏ, nhà máy lớn.

Phân loại theo nguồn điện đầu vào

Biến tần 1 pha: Điện áp vào 1 pha (220V), dùng cho công suất nhỏ, dễ lắp đặt.
Biến tần 3 pha: Điện áp vào 3 pha (380V), dùng cho công suất lớn trong công nghiệp.

Phân loại theo chức năng và ứng dụng

Biến tần thông dụng: Có các chức năng cơ bản như điều khiển tốc độ, mô-men, hướng quay.
Biến tần chuyên dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng đặc biệt như điều khiển động cơ servo, động cơ bước, biến tần phòng nổ, hay biến tần dùng trong các lĩnh vực như dệt may, thang máy, năng lượng mặt trời.

Ngoài ra còn có cách phân loại theo công nghệ chuyển mạch (chuyển mạch dòng hoặc cưỡng bức), theo số pha đầu ra (1 pha hoặc 3 pha), và theo số lượng mức điện áp đầu ra (biến tần hai cấp, nhiều cấp).

Hướng dẫn lựa chọn các loại biến tần

Dưới đây là hướng dẫn lựa chọn các loại biến tần phù hợp với nhu cầu sử dụng:

Xác định công suất động cơ

Công suất biến tần cần bằng hoặc nhỉnh hơn công suất động cơ để tránh quá tải và đảm bảo hoạt động ổn định. Ví dụ động cơ 5.5 kW nên chọn biến tần từ 5.5 kW đến 7.5 kW để dự phòng.
Tránh chọn biến tần quá nhỏ gây hư hỏng, hoặc quá lớn gây lãng phí chi phí đầu tư.

Xác định nguồn điện đầu vào

Biến tần 1 pha 220V phù hợp cho động cơ công suất nhỏ dưới 3.7 kW.
Biến tần 3 pha 380V (hoặc điện áp khác tùy vùng) dùng cho công suất lớn hơn trong công nghiệp.

Phân loại tải sử dụng

Tải nhẹ (quạt, bơm): chọn biến tần tải nhẹ để tiết kiệm chi phí.
Tải trung bình (máy công cụ, băng tải): chọn biến tần tải trung bình.
Tải nặng (máy nén, cẩu trục, máy ép): chọn biến tần tải nặng có khả năng chịu tải cao và tản nhiệt tốt.

Xem xét chế độ vận hành

Vận hành liên tục: cần biến tần có độ bền cao, khả năng chịu tải ổn định.
Vận hành ngắt quãng, thay đổi tốc độ lớn: chọn biến tần có khả năng chịu quá tải và tốc độ đáp ứng nhanh.

Tính năng điều khiển cần thiết

Đối với các ứng dụng cơ bản, chọn biến tần có chức năng điều khiển V/F đơn giản.
Ứng dụng yêu cầu độ chính xác, mô-men xoắn cao, điều khiển phức tạp thì chọn biến tần điều khiển vector hoặc torque control.
Nếu cần điều khiển từ xa hoặc đồng bộ nhiều động cơ thì chọn biến tần có hỗ trợ truyền thông phù hợp.

Các yếu tố bổ sung

Môi trường làm việc (ẩm ướt, bụi, nhiệt độ cao, dễ cháy nổ) cần chọn biến tần có tiêu chuẩn bảo vệ phù hợp.
Thương hiệu uy tín, chế độ bảo hành và dịch vụ kỹ thuật cũng rất quan trọng.

Tóm lại, lựa chọn biến tần cần dựa trên công suất, nguồn điện, tải, chế độ vận hành và tính năng điều khiển phù hợp để đảm bảo hiệu quả vận hành, an toàn và tiết kiệm chi phí

Lợi ích và ứng dụng của biến tần

Các lợi ích chính của biến tần trong công nghiệp và sản xuất bao gồm:

Bảo vệ động cơ

Biến tần giúp khởi động và dừng động cơ một cách êm ái, giảm dòng khởi động đột ngột và bảo vệ động cơ khỏi các hiện tượng quá dòng, quá áp. Nhờ đó, giảm hao mòn cơ khí và kéo dài tuổi thọ động cơ.

Giảm hao mòn cơ khí

Quá trình khởi động từ từ và điều chỉnh tốc độ linh hoạt giúp giảm sốc cơ học, hạn chế hư hỏng ổ trục và các bộ phận cơ khí khác.

Tiết kiệm điện năng

Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu thực tế, tránh lãng phí điện năng khi động cơ chạy không tải hoặc tải thấp. Tiết kiệm điện năng có thể đạt từ 20% đến 60%, tùy ứng dụng.

Tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

Biến tần giúp điều khiển chính xác tốc độ quay động cơ, nâng cao độ đồng đều trong sản xuất, giảm tỉ lệ lỗi và tăng hiệu suất làm việc.

Cải tiến công nghệ và tối ưu hóa quá trình sản xuất

Biến tần hỗ trợ các yêu cầu điều khiển phức tạp, đồng bộ tốc độ, điều chỉnh lưu lượng, áp suất trong các hệ thống tự động hóa hiện đại, phù hợp nhiều ngành như dệt may, bao bì, giấy, công nghiệp chế biến.

Giảm chi phí bảo trì và sửa chữa

Hoạt động ổn định và êm ái giúp thiết bị ít bị hỏng hóc, giảm nhu cầu bảo trì, sửa chữa, đồng thời biến tần thường có chức năng giám sát và cảnh báo lỗi sớm.

Thân thiện với môi trường

Nhờ tiết kiệm điện năng và giảm các tổn thất năng lượng, biến tần góp phần giảm phát thải CO2 và hỗ trợ chiến lược phát triển bền vững.

Tóm lại, biến tần không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn gia tăng độ bền, độ ổn định vận hành và nâng cao năng suất trong sản xuất công nghiệp.

Các thương hiệu biến tần nổi tiếng nhất

Dưới đây là danh sách chi tiết 10 thương hiệu biến tần uy tín nhất năm 2025, trong đó có Fuji và một số hãng nổi bật khác, cùng thông tin về các sản phẩm tiêu biểu:

Fuji Electric

Nhật Bản
Thương hiệu lâu đời với công nghệ điều khiển vector hiện đại, tiết kiệm năng lượng và độ bền cao. Phù hợp nhiều ứng dụng công nghiệp.

– Frenic-MEGA: Dòng cao cấp, công suất 0.4-710 kW, vận hành tải nặng.

– Frenic-ACE: Đa năng, bán chạy nhất.

– Frenic-LIFT: Dòng chuyên thang máy.

– Frenic-HVAC: Cho hệ thống điều hòa, bơm quạt.

– Frenic-ECO: Tiết kiệm điện cho quạt, bơm.

Sungrow

Trung Quốc

Hàng đầu thế giới về biến tần năng lượng mặt trời, công nghệ tối ưu hiệu suất lên đến 99%.
Các dòng biến tần năng lượng mặt trời đa dạng, phù hợp dân dụng lẫn công nghiệp.

Huawei

Trung Quốc
Công nghệ AI tích hợp, hiệu suất cao, bảo hành dài từ 10 – 20 năm, nhiều mẫu biến tần cho nguồn năng lượng tái tạo.
Biến tần năng lượng mặt trời và hệ thống quản lý năng lượng thông minh.

Siemens

Đức
Biến tần trung thế uy tín với độ tin cậy cao, thiết kế tối ưu cho vận hành liên tục và tải nặng.
SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 và các dòng biến tần trung thế khác.

ABB

Thụy Sĩ
Đa dạng dòng sản phẩm trung thế, kiểm soát mô-men chính xác, tích hợp nhiều giao thức công nghiệp.
Biến tần trung thế tiết kiệm diện tích, tích hợp hệ thống SCADA.

Mitsubishi Electric

Nhật Bản
Thương hiệu biến tần lâu đời, nổi bật với công nghệ điều khiển vector không cảm biến, tiết kiệm điện, độ bền cao, khả năng chịu môi trường khắc nghiệt, đa dạng giao thức kết nối tự động hóa.

– FR-E700: Dòng phổ thông cho băng tải, thang máy, quạt.

– FR-D700: Dòng nhỏ gọn, giá tốt, dùng trong HVAC, băng tải, quạt.

– FR-A800: Dòng cao cấp với khả năng điều khiển chính xác cho ngành công nghiệp phức tạp.

– FR-F800: Dòng tiết kiệm điện cho HVAC, bơm, quạt.Chi tiết biến tần Fuji Electric:

Schneider Electric

Pháp
Thiết kế module linh hoạt, công nghệ giảm sóng hài và nền tảng quản lý EcoStruxure thông minh.
Biến tần đa mục tiêu cho công nghiệp và hệ thống tòa nhà.

Ginlong (Solis)

Trung Quốc
Biến tần năng lượng mặt trời phổ biến, phù hợp lắp đặt dễ dàng, giá hợp lý.
Biến tần inverter cho dân dụng và thương mại nhỏ.

Growatt

Trung Quốc
Biến tần năng lượng mặt trời giá tốt, dễ tích hợp lưu trữ, ưa chuộng bởi người dùng gia đình và doanh nghiệp nhỏ.
Dòng biến tần gia đình và công nghiệp nhỏ.

GoodWe

Trung Quốc
Chuyên biến tần năng lượng tái tạo, tích hợp lưu trữ thông minh, kiểm soát qua ứng dụng. Biến tần cho hệ thống điện mặt trời và lưu trữ pin phổ biến.

Enphase

Mỹ
Biến tần microinverter chất lượng cao, dễ bảo trì, giám sát từng tấm pin riêng biệt.
Biến tần microinverter cho hệ thống năng lượng mặt trời gia đình và thương mại nhỏ.

Một số mã sản phẩm biến tần phổ biến hiện nay

Dưới đây là một số loại biến tần HOT, bán chạy và được đánh giá cao trên thị trường năm 2025:

Biến tần Danfoss FC202 (VLT® AQUA Drive)

Chuyên dùng cho ngành nước, bơm và xử lý nước thải
Dải công suất rộng từ 0.37 kW đến 1.4 MW
Tính năng điều khiển bơm thông minh, tiết kiệm điện tối đa
Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông và cấp bảo vệ cao

Biến tần Danfoss FC101

Biến tần tiết kiệm điện cho các ứng dụng HVAC và cơ bản
Thiết kế đơn giản, chi phí hợp lý

Biến tần Danfoss FC302 (VLT® AutomationDrive)

Đa năng, hiệu suất cao, phù hợp nhiều loại động cơ
Điều khiển chính xác, tích hợp tính năng an toàn và mở rộng linh hoạt
Dùng trong các ngành công nghiệp yêu cầu điều khiển phức tạp

Biến tần Luxpower 5kW SNA 5000 WPV (2025)

Biến tần hybrid inverter chuyên cho hệ thống năng lượng mặt trời
Hỗ trợ cả chế độ hòa lưới và không hòa lưới, khả năng mở rộng cao
Chuẩn IP65, chống nước và bụi, bảo hành 3 năm

Các hãng biến tần phổ biến tại Việt Nam

Biến tần KOC, Samkoon, Mitsubishi, INVT, Delta và Fuji
Các thương hiệu này có các dòng sản phẩm đa dạng, đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau

Những biến tần này không chỉ nổi bật về hiệu suất tiết kiệm điện mà còn được ưa chuộng nhờ độ tin cậy, tính năng thông minh và khả năng tích hợp vào các hệ thống tự động hóa hiện đại.

Vậy là Cáp điện VN đã phân tích chi tiết về biến tần là gì và ứng dụng của biến tần. Biến tần là thiết bị quan trọng với nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng, giúp thay đổi và kiểm soát tốc độ động cơ một cách chính xác và tiết kiệm điện năng. Nguyên lý hoạt động thông qua chỉnh lưu, lọc và nghịch lưu điện áp cho phép biến tần linh hoạt điều chỉnh tần số dòng điện, đáp ứng các yêu cầu khác nhau của hệ thống. Việc sử dụng biến tần không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ thiết bị, nâng cao độ ổn định và an toàn trong vận hành. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần là nền tảng thiết yếu để tối ưu hóa ứng dụng của thiết bị trong thực tế.