29-09-2025
Biến tần 3 pha: Nguyên lý, ứng dụng và ưu nhược điểm
Biến tần 3 pha được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp cho mục đích biến đổi dòng điện đầu vào, từ đó kiểm soát hoạt động của động cơ tải. Trong bài viết dưới đây, BTB Electric cùng bạn tìm hiểu toàn bộ đặc điểm của biến tần ba pha.
Biến tần 3 pha là gì?
Biến tần ba pha là biến tần chuyển đổi nguồn DC thành AC ba pha (380V, 440V) thông qua cấu trúc chuyển mạch bán dẫn công suất. Tín hiệu cổng được áp dụng theo các góc 60 độ hoặc 120 độ để điều khiển các công tắc, tạo ra tín hiệu AC 3 pha cân bằng và đồng bộ. Biến tần 3 pha có nhiều ứng dụng như hệ thống năng lượng mặt trời (PV) và môi trường công nghiệp, nơi sử dụng nguồn điện ba pha.
Nguyên lý hoạt động trên biến tần ba pha
Biến tần ba pha hoạt động theo 3 giai đoạn chuyển đổi, điều chế rộng xung và lọc đầu ra cho dòng điện.
- Chuyển đổi đầu vào: Dòng điện DC từ nguồn (ví dụ các tấm pin quang điện) đưa vào biến tần 3 pha qua mạch chuyển đổi điện tử công suất (mạch chuyển đổi IGBT hoặc MOSFET). Một số dòng đầu vào là 3 pha AC cần trải qua quá trình chỉnh lưu và lọc để chuyển thành dòng DC. Quá trình này giúp duy trì ổn định hệ số công suất cosphi của biến tần, tối thiểu 0.96 mà không phụ thuộc tải.
- Điều chế độ rộng xung (PWM): Biến tần sử dụng Điều chế độ rộng xung (PWM) - tạo loạt xung điện áp mô phỏng dạng sóng sin của nguồn AC, từ đó tạo ra đầu ra AC với điện áp và tần số mong muốn.
- Lọc đầu ra: Các xung điện áp sau khi qua điều chế sẽ được lọc qua mạch thụ động (thường là mạch điện cảm và điện dung). Giai đoạn này tinh chỉnh lại sóng sin đầu ra thành dòng AC 3 pha lý tưởng cho các thiết bị tải.
Các loại biến tần 3 pha phổ biến
Dựa trên phân loại theo tính năng, biến tần 3 pha có các loại: Biến tần nguồn điện áp, biến tần nguồn hiện tại, biến tần đa cấp xếp tầng, biến tần đa cấp lai và biến tần điều chế độ rộng xung.
Biến tần nguồn điện áp
Biến tần nguồn điện áp (VSI) chuyên biến đổi điện áp nguồn điện, phù hợp với hệ thống mà nguồn DC có trở kháng không đáng kể hoặc thấp. Loại biến tần này thường được dùng cho các hệ thống Biến tần tần số (VFD) để điều khiển tốc độ của động cơ 3 pha. Các dòng biến tần VSI chỉ được sử dụng cho hoạt động buck và yêu cầu công suất cao. Các nguồn điện DC cấp cho biến tần này có dạng các cụm pin năng lượng mặt trời hay bộ lưu điện.
Biến tần nguồn dòng điện
Biến tần nguồn dòng điện chuyên biến đổi tần số nguồn điện DC sang AC và dòng điện nguồn không đổi. Loại biến tần 3 pha này còn được gọi là biến tần cấp dòng điện, chỉ dùng để tăng cường dòng điện đầu vào cho 1 động cơ. Biến tần nguồn dòng điện được ứng dụng trong khởi động động cơ đồng bộ, bộ hiệu chỉnh hệ số công suất, điều khiển tốc độ động cơ tải AC, máy sưởi cảm ứng, máy plasma, bộ UPS, bộ bù Var trễ,...
Biến tần đa cấp xếp tầng
Biến tần đa cấp xếp tầng 3 pha được sử dụng để hỗ trợ hệ thống điện, tạo nhiều mức điện áp đầu ra, hình thành dạng sóng bậc thang. Dòng biến tần này xuất hiện trong các hệ thống năng lượng tái tạo và truyền tải điện áp cao, yêu cầu dòng điện đầu ra AC ổn định.
Biến tần đa cấp lai
Biến tần đa cấp lai ba pha được ứng dụng trong hệ thống điện công nghiệp có nhu cầu điện áp trung bình và công suất cao, mang đặc điểm của cả biến tần nguồn dòng điện và nguồn điện áp. Các hệ thống ưu tiên dùng loại biến tần này gồm trạm sạc xe điện, nhà máy sản xuất hiện đại, kho vận thông minh,..
Biến tần điều chế độ rộng xung
Biến tần điều chế độ rộng xung (PWM) sở hữu kỹ thuật điều chế độ rộng xung để kiểm soát chính xác tần số và điện áp đầu ra. Cách biến tần này hoạt động: bật và tắt nhanh các Transistor lưỡng cực cổng cách điện (IGBT), tạo ra sóng điện áp hình sin gần như lý tưởng với độ méo hài rất thấp. Nguồn điện đầu ra AC xoay chiều có chất lượng cao, rất giống dạng sóng sin thuần túy, phù hợp trong các ứng dụng yêu cầu dòng điện sạch và ổn định. Hiện nay, biến tần PWM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo, cấp điện cho bộ truyền động động cơ,...
So sánh biến tần 3 pha và 1 pha
Biến tần 3 pha và biến tần 1 pha được sử dụng linh hoạt trong các ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp và cả thương mại, xây dựng. Bên cạnh yêu cầu điện áp đầu vào - đầu ra khác nhau, 2 loại biến tần này có nhiều điểm so sánh đáng chú ý khác:
| Yếu tố so sánh | Biến tần 3 pha | Biến tần 1 pha |
| Công suất hệ thống | Cao hơn | Thấp hơn |
| Truyền tải điện trên quãng đường dài | Tốt hơn | Kém hơn |
| Hiệu suất chuyển đổi | Cao hơn | Thấp hơn |
| Dòng điện đầu ra | Ổn định hơn, chất lượng tốt hơn | Chất lượng kém hơn |
| Tổn thất năng lượng | Thấp hơn | Cao hơn |
| Ảnh hưởng xấu lên hệ thống | Có thể sinh nhiễu điện từ | Hạn chế hơn |
| Giảm méo sóng hài | Hiệu quả hơn | Có thể có |
| Rủi ro quá áp | Ít bị ảnh hưởng | Bị ảnh hưởng nhiều hơn |
| Giá thành | Đắt hơn do cấu trúc phức tạp và công suất cao | Rẻ hơn |
| Yêu cầu khi lắp đặt | Phức tạp hơn, liên quan tới cân bằng pha và phân bổ tải | Đơn giản, ít rủi ro hơn |
Ứng dụng của biến tần ba pha
Biến tần ba pha được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực truyền động tần số thay đổi:
- Trong truyền tải điện áp cao HVDC
- Cung cấp năng lượng cho máy móc hạng nặng như máy nghiền, băng tải,..
- Hỗ trợ bơm nước tưới tiêu và các hoạt động canh tác khác.
- Sử dụng trong xe điện để chuyển đổi nguồn điện một chiều từ ắc quy thành điện xoay chiều ba pha dẫn động động cơ điện.
- Điều khiển và cung cấp năng lượng cho động cơ điện, máy bơm, quạt, băng tải và thiết bị sản xuất công nghiệp.
Biến tần 3 pha luôn xuất hiện trong lĩnh vực điện tử công suất, chuyển đổi điện áp một chiều thành 3 pha xoay chiều. Ngày nay, biến tần ba pha được dùng trong truyền tải điện áp cao từ nhà máy điện NLTT, đa dạng hệ thống công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp và cả thương mại. Tìm hiểu thêm các thông tin khác về biến tần tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-tu-dien/
