Biến tần là thiết bị quan trọng trong hệ thống tự động hóa, cho phép điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện. Các chế độ điều khiển của biến tần rất đa dạng, mỗi chế độ phù hợp với những ứng dụng và yêu cầu khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá chi tiết các chế độ điều khiển của biến tần và cách thực hiện chúng một cách dễ dàng.
Vì sao cần nắm rõ các chế độ điều khiển của biến tần?
Nắm rõ các chế độ điều khiển của biến tần là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả hoạt động của hệ thống. Mỗi chế độ điều khiển, như điều khiển tốc độ cố định, điều khiển theo tần số hay điều khiển vector, đều có những ưu điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với từng loại động cơ và yêu cầu cụ thể trong quá trình vận hành.
Việc hiểu rõ các chế độ điều khiển của biến tần giúp người sử dụng tối ưu hóa quy trình sản xuất, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí vận hành. Ngoài ra, khi nắm vững các chế độ điều khiển của biến tần, người vận hành có thể dễ dàng phát hiện và khắc phục sự cố, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn. Tóm lại, việc nắm rõ các chế độ điều khiển của biến tần không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn góp phần vào sự bền vững của hệ thống tự động hóa.
Các chế độ điều khiển của biến tần
Các chế độ điều khiển của biến tần có rất nhiều thế nhưng sau đây sẽ là 3 chế độ được sử dụng phổ biến và thông dụng nhất hiện nay:
Chế độ điều khiển V/F
Chế độ điều khiển V/F (Voltage/Frequency) là một trong các chế độ điều khiển cơ bản và được sử dụng phổ biến nhất trong các loại biến tần hiện nay. Nguyên tắc hoạt động của chế độ này dựa trên mối liên hệ giữa mô – men xoắn trên trục động cơ không đồng bộ và tỷ lệ giữa tần số và điện áp cung cấp. Mục tiêu chính của chế độ V/F là duy trì tỷ lệ V/F ở mức hằng số, từ đó giúp động cơ hoạt động một cách hiệu quả.
Trong các chế độ điều khiển của biến tần V/F, biến tần điều chỉnh tần số trong khoảng từ 0 Hz đến Fmax, tương ứng với điện áp từ 0V đến Vmax. Thực tế, tỷ lệ giữa tần số và điện áp được phân chia thành ba dải tốc độ:
- Từ 0Hz đến F khởi động: Ở giai đoạn này, điện áp cung cấp khá thấp dẫn đến dòng khởi động cũng thấp, khiến động cơ không đủ sức để khởi động. Để khắc phục tình trạng này, việc bù điện áp sẽ được thực hiện, dẫn đến tỷ lệ V/F không còn giữ được tính tuyến tính.
- Từ F khởi động đến F định mức: Trong giai đoạn này, tỷ lệ V/F được duy trì ở mức tuyến tính, tạo điều kiện cho momen động cơ ổn định và hoạt động hiệu quả hơn.
- Khi F hoạt động lớn hơn F định mức: Khi tần số hoạt động vượt quá F định mức, điện áp sẽ bị giới hạn ở mức điện áp định mức để tránh sự cố phá vỡ cách điện giữa các cuộn dây. Hệ quả là momen động cơ sẽ bị giảm.
Đối với động cơ không đồng bộ, tốc độ trên trục luôn đi kèm với hệ số trượt s. Khi động cơ hoạt động không tải, hệ số trượt này rất nhỏ, khiến tốc độ động cơ gần như bằng tốc độ của từ trường quay.
Ngược lại, khi động cơ phải tải, hệ số trượt tăng lên, dẫn đến sự không chính xác trong chế độ V/F. Để khắc phục vấn đề này, người ta áp dụng độ bù trượt, giúp điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu suất của động cơ trong các tình huống tải khác nhau.
Chế độ điều khiển vector vòng hở và vòng kín
Chế độ điều khiển vector, bao gồm hai loại chính là vòng hở (open loop vector control) và vòng kín (closed loop vector control), được biết đến với độ chính xác cao hơn so với chế độ V/F truyền thống:
- Chế độ vòng hở (sensorless vector control): Phương pháp này không sử dụng cảm biến mà dựa vào dòng điện hồi tiếp từ động cơ để điều chỉnh. Biến tần sẽ tạo ra một vector từ trường quay giả lập, từ đó điều chỉnh tần số và điện áp cung cấp cho động cơ, giúp kiểm soát tốc độ một cách chính xác mà không cần sự can thiệp của các thiết bị cảm biến.
- Chế độ vòng kín: Khác với chế độ vòng hở, chế độ này sử dụng tín hiệu từ encoder để xác định tốc độ thực tế của động cơ. Vector từ trường quay được xây dựng bên trong động cơ, và biến tần sẽ điều chỉnh các thông số như tần số, điện áp, cũng như tần số sóng mang dựa trên tín hiệu hồi tiếp từ encoder. Phương pháp này mang lại sự chính xác cao trong việc kiểm soát tốc độ động cơ, nhờ vào khả năng phản hồi liên tục từ hệ thống.
Chế độ điều khiển Torque vòng hở và vòng kín
Chế độ điều khiển Torque cho phép điều chỉnh chính xác momen mà động cơ tạo ra theo yêu cầu cụ thể. Công thức tính Torque do động cơ sinh ra được xác định như sau:
T(Nm) = 9550 x P(kW)/n(rpm)
Trong đó, P là công suất của động cơ và n là tốc độ quay. Để đạt được điều khiển momen chính xác, biến tần cần tính toán lực kéo tải và thời gian tăng/giảm tốc một cách hợp lý, đảm bảo rằng công suất P được giữ ổn định. Điều này có nghĩa là, trong trường hợp lực Torque tỷ lệ nghịch với tốc độ, động cơ có thể kéo tải nặng ở tốc độ thấp và tải nhẹ ở tốc độ cao.
Chế độ điều khiển Torque được chia thành hai phương pháp chính:
- Chế độ Torque vòng hở: Trong chế độ này, biến tần sử dụng dòng điện và điện áp hồi tiếp từ động cơ để tự động tính toán giá trị momen tại trục động cơ. Dựa trên giá trị setpoint ban đầu, biến tần sẽ điều chỉnh momen theo yêu cầu. Tuy nhiên, do phương pháp nội suy không đạt được độ chính xác cao, chế độ này thường được áp dụng cho các ứng dụng không yêu cầu chính xác đặc biệt.
- Chế độ Torque vòng kín: Ở chế độ này, biến tần tận dụng dòng điện và điện áp hồi tiếp cùng với tốc độ từ tín hiệu encoder để điều chỉnh momen động cơ một cách chính xác. Phương pháp này thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, đảm bảo rằng momen được kiểm soát chính xác theo nhu cầu thực tế của tải.
Kết luận
Việc hiểu rõ các chế độ điều khiển của biến tần cũng như cách điều khiển biến tần giúp người sử dụng tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Các chế độ như điều khiển tốc độ cố định, điều khiển theo tần số và điều khiển vector đều có những ứng dụng riêng biệt. Nhờ đó, người dùng có thể lựa chọn chế độ phù hợp nhất cho từng yêu cầu cụ thể trong quá trình vận hành.
bb
