1. Inverter là gì?

Inverter hay bộ biến tần là một thiết bị điện tử có tác dụng chuyển đổi dòng điện một chiều DC sang dòng điện xoay chiều AC. Trong thực tế, nguồn điện đầu ra từ pin năng lượng mặt trời, ắc quy hay các nguồn lưu trữ đều là dòng một chiều DC. Trong khi đó, hầu hết các thiết bị gia dụng như tivi, máy tính, quạt, đèn lại hoạt động ở chế độ dòng xoay chiều AC. Do đó, bộ biến tần inverter trở thành một thiết bị điện tử thiết yếu để đảm bảo sự tương thích giữa các nguồn phát điện và thiết bị tiêu dùng.

Ví dụ: Trong hệ thống điện mặt trời, inverter là một thiết bị chuyển đổi nguồn riêng biệt có chức năng chuyển điện DC thành điện AC. Còn đối với các thiết bị điện thông thường như điều hòa inverter, công nghệ inverter sẽ được tích hợp trong bo mạch của thiết bị để giảm tiêu hao năng lượng và giúp tiết kiệm điện năng.

2. Cấu tạo của biến tần

Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên ba pha có thể điều khiển. Một số bộ phận chính trong biến tần có thể kể đến như:

• Bộ chỉnh lưu: Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.
• Tuyến dẫn một chiều: Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung. Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.
• IGBT: Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện.
• Bộ kháng điện xoay chiều: Bộ điện kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.
• Bộ điện kháng một chiều: Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.
• Điện trở hãm: Lượng điện thừa tạo ra cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

3. Phân biệt các loại inverter

Trên thị trường hiện có 3 loại inverter được phân loại dựa trên chất lượng và dạng sóng của dòng xoay chiều AC được tạo ra bao gồm: inverter sóng vuông (square wave), inverter giả sin (modified sine wave) và inverter sin chuẩn (true sine wave). Trong đó mỗi loại inverter được cụ thể như sau:

• Inverter sóng vuông (square wave): đây là dạng kích điện cho ra sóng vuông như hình 1 dưới đây. Đây là dạng kích điện rẻ và dễ làm nhất. Dạng này dùng được cho hầu hết các thiết bị điện tần số 50  60Hz nhưng nếu sử dụng lâu sẽ làm hỏng các thiết bị. Loại kích điện này là các loại kích điện đang bán trên thị trường giá rẻ nhập từ Trung Quốc.

Hình 1. Sóng dạng vuông

• Inverter giả sin (modified sine wave): đây cũng là một dạng sóng vuông nhưng được điều chỉnh cho giống dạng sóng sin. Loại inverter này có thể dùng cho tất cả thiết bị điện xoay chiều và hiện nay cũng có nhiều dạng đang bán trên thị trường. Loại này rẻ hơn sin chuẩn nhưng khi hoạt động gây ồn và không đáng tin cậy, đặc biệt khi bạn dùng các thiết bị đắt tiền.

Hình 2. Sóng dạng giả sin

• Inverter sin chuẩn (true sine wave): đây là dạng inverter cho ra sóng sin dạng chuẩn như sin thật. Hầu như không có khác biệt giữa điện lưới và nguồn điện ra của bộ đổi điện inverter này, nguồn điện ra này còn gọi là điện sạch. Nếu cần nối lưới, chắc chắn phải dùng dạng này. Tuy có nhược điểm là tiêu hao không tải cao nhưng do sóng sin chuẩn như điện lưới, thiết bị điện được bảo vệ tốt nhất, không bị hỏng hóc như dùng loại sóng vuông hay giả sin. Bộ đổi điện sin chuẩn khi hoạt động không gây tiếng ồn, không gây méo hài, là hàng cao cấp nên có giá đắt hơn.

Hình 3. Sóng dạng sin chuẩn

‍4. Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần inverter

Về cơ bản, công nghệ Inverter hoạt động dựa trên việc kiểm soát từng tần số dao động tùy theo thiết kế của bo mạch bên trong thiết bị.

Đối với thiết bị sử dụng công nghệ inverter, công nghệ này sẽ thực hiện chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành dòng điện một chiều. Sau đó, điện áp 1 chiều sẽ được biến đổi lại thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Đối với thiết bị inverter dùng trong năng lượng mặt trời, công nghệ này sẽ thực hiện biến đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều. Sau đó hòa vào lưới điện hiện có để cung cấp cho các phụ tải.

5. Ưu điểm và hạn chế của bộ chuyển đổi DC sang AC

Công nghệ inverter được ưa chuộng rộng rãi trên thị trường hiện nay bởi nó mang đến những lợi ích như:

• Tiết kiệm điện
• Thân thiện với môi trường
• Hoạt động êm ái và không gây tiếng ồn
• Bền, tuổi thọ cao
• Giảm đáng kể chi phí vận hành
• Giảm nguy cơ nhiễu điện từ các thiết bị khác

Tuy nhiên, công nghệ này cũng có một nhược điểm đó là giá thành của chúng cao hơn so với những thiết bị không sử dụng công nghệ inverter, đồng thời chi phí sửa chữa cũng khá lớn.

6. Ứng dụng bộ inverter

Công nghệ inverter được dùng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, trong đó phổ biến nhất là trong các thiết bị điện tử, điện lạnh như điều hòa, máy giặt, tủ lạnh… và trong các hệ thống năng lượng mặt trời, hệ thống điện năng lượng tái tạo…

• Đối với các thiết bị điện tử điện lạnh, công nghệ inverter có nhiệm vụ kiểm soát công suất và tiết kiệm năng lượng cho thiết bị trong quá trình sử dụng.
• Còn đối với ứng dụng điện năng lượng mặt trời, inverter là thiết bị chuyển đổi điện 1 chiều thành điện xoay chiều để phù hợp với hệ thống điện lưới cũng như các thiết bị điện thông thường.

Đối với hệ thống điện mặt trời, Inverter có vai trò tối ưu hóa lượng điện năng sinh ra từ các tấm pin mặt trời. Hỗ trợ giám sát quá trình vận hành, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn đối với con người. Tùy vào mục đích sử dụng mà các hộ gia đình có thể lựa chọn loại inverter (inverter độc lập, inverter hybrid, inverter hòa lưới) phù hợp với hệ thống điện mặt trời của mình.

‍