Bộ biến tần không chỉ đơn giản là “đảo ngược” bộ chỉnh lưu. Nó chuyển mạch nguồn DC qua các linh kiện bán dẫn, điều khiển thời điểm đóng cắt và thường lọc kết quả để tạo ra dạng sóng AC phù hợp với động cơ, giao diện nối lưới, UPS hoặc tải độc lập.

Kiến trúc bắt đầu từ một bus DC. Điện áp, điện dung, trở kháng nguồn và độ gợn cho phép của bus quyết định lượng năng lượng có sẵn trong quá trình tải thay đổi.

Nguồn DC và tải AC đặt ra những yêu cầu khác nhau; tầng chuyển mạch phải đáp ứng cả hai.

Các khóa chuyển mạch tạo ra cực tính và điện áp trung bình

Mạch cầu H sử dụng bốn khóa chuyển mạch được điều khiển để đặt điện áp DC dương hoặc âm lên tải. Việc đồng thời bật sai cặp khóa sẽ tạo ra đường dẫn dẫn đến hiện tượng thông mạch xuyên, gây hư hỏng, vì vậy mạch kích cổng sẽ chèn thời gian chết và áp dụng các liên động.

Điều chế độ rộng xung thay đổi điện áp trung bình bằng cách điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ của khóa chuyển mạch. Trong bộ biến tần ba pha, các nhánh cầu phối hợp với nhau để tổng hợp điện áp pha, trong đó tần số cơ bản và biên độ có thể được điều khiển cho động cơ.

Dạng sóng là một phổ tần

Tải không trực tiếp nhận được một sóng sin hoàn hảo về mặt toán học từ cầu. Tải nhận các xung chuyển mạch chứa thành phần cơ bản mong muốn cùng các sóng hài. Điện cảm của động cơ sẽ lọc một phần dạng sóng; các tải khác có thể cần bộ lọc LC hoặc bộ lọc sóng sin.

Các trạng thái chuyển mạch luân phiên làm đảo chiều dòng điện, trong khi PWM điều khiển dạng sóng đầu ra hiệu dụng.

Các giới hạn ứng dụng xuất hiện bên ngoài bộ biến tần

Các sườn điện áp nhanh có thể gây áp lực lên lớp cách điện của động cơ, tạo ra dòng điện qua ổ bi và gây quá điện áp do sóng phản xạ trên các cáp dài. Bộ lọc, loại cáp, phương án nối đất và tần số chuyển mạch phải được lựa chọn phù hợp với động cơ và hệ thống lắp đặt.

Tải tái sinh có thể làm tăng điện áp bus DC. Hệ thống có thể cần điện trở hãm, bộ chỉnh lưu tích cực hoặc đường dẫn tích trữ năng lượng. Bảo vệ đầu vào, mạch nạp trước, cầu chì DC, cảm biến nhiệt và cách ly sự cố cũng quan trọng không kém.

Các tùy chọn truyền động công nghiệp được sắp xếp trong truyền động và điều khiển chuyển động, trong khi phần cứng chuyển đổi hỗ trợ có thể được xem qua bộ nguồn.

Hiệu suất là một vùng vận hành

Tổn hao dẫn điện, tổn hao chuyển mạch, mạch từ và khả năng làm mát quyết định hiệu suất cũng như công suất khả dụng. Tần số chuyển mạch cao hơn có thể cải thiện chất lượng dạng sóng nhưng đồng thời làm tăng nhiệt. Có thể cần giảm công suất định mức khi vận hành ở độ cao lớn, nhiệt độ môi trường cao, trong điều kiện vỏ tủ bất lợi hoặc khi động cơ chạy chậm và được làm mát kém.

Quan điểm của tác giả: câu hỏi hữu ích không phải là bộ biến tần có tạo ra AC hay không, mà là liệu toàn bộ hệ thống nguồn–bộ chuyển đổi–cáp–tải có duy trì được sự kiểm soát về điện và nhiệt trong quá trình khởi động, tái sinh, xảy ra sự cố và vận hành liên tục hay không.