Các chế độ điều khiển của biến tần

Biến tần là thiết bị quan trọng trong các hệ thống điều khiển động cơ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Một trong những yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn và sử dụng biến tần là hiểu rõ các chế độ điều khiển của nó. Bài viết này sẽ giới thiệu các chế độ điều khiển phổ biến của biến tần, giúp bạn dễ dàng lựa chọn sản phẩm phù hợp cho nhu cầu của mình.

1. Chế độ điều khiển V/f

Chế độ V/f (điện áp/tần số) là phương pháp điều khiển đơn giản nhất, dựa trên việc duy trì tỷ lệ giữa điện áp và tần số cung cấp cho động cơ không đổi V/f = const. Mục tiêu là giữ mô-men xoắn của động cơ ổn định trong suốt quá trình vận hành. Ví dụ, nếu tần số giảm, điện áp cũng giảm tương ứng để tránh hiện tượng bão hòa từ trong động cơ.

Ưu điểm:

• Đơn giản và dễ cài đặt: Phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao.

• Chi phí thấp: Thường được tích hợp trong các biến tần giá rẻ.

• Ứng dụng rộng rãi: Phù hợp với các tải có mô-men xoắn không đổi hoặc thay đổi nhẹ như quạt, bơm.

Nhược điểm:

• Độ chính xác thấp: Không phù hợp với các ứng dụng cần điều khiển tốc độ hoặc mô-men xoắn chính xác.

• Hiệu suất kém ở tốc độ thấp: Mô-men xoắn giảm đáng kể khi tần số thấp, gây khó khăn trong việc khởi động tải nặng.

• Không hỗ trợ điều khiển động: Không thể đáp ứng tốt các ứng dụng yêu cầu thay đổi tốc độ nhanh.

Ứng dụng thực tế:

• Hệ thống quạt thông gió trong tòa nhà.

• Bơm nước trong nông nghiệp hoặc công nghiệp nhẹ.

• Các ứng dụng băng tải đơn giản với tốc độ ổn định.

2. Chế độ điều khiển vector

Chế độ điều khiển vector, hay còn gọi là điều khiển hướng từ thông, chia dòng điện stator của động cơ thành hai thành phần: dòng từ thông (flux) và dòng moment (torque). Biến tần sử dụng các thuật toán phức tạp để điều khiển độc lập hai thành phần này, từ đó kiểm soát chính xác tốc độ và moment xoắn của động cơ.

Có hai loại điều khiển vector:

• Vòng hở (Sensorless Vector Control – SVC): Không cần cảm biến tốc độ, dựa vào mô hình toán học của động cơ.

• Vòng kín (Field-oriented Control – FOC): Sử dụng cảm biến tốc độ (encoder) để tăng độ chính xác.

Ưu điểm:

• Độ chính xác cao: Kiểm soát tốc độ và moment xoắn tốt, kể cả ở tốc độ thấp.

• Hiệu suất vượt trội: Phù hợp với các ứng dụng yêu cầu điều khiển động lực học cao.

• Khả năng đáp ứng nhanh: Thích hợp cho các tải thay đổi nhanh hoặc cần khởi động/dừng đột ngột.

Nhược điểm:

• Phức tạp và chi phí cao: Yêu cầu thuật toán phức tạp và phần cứng mạnh mẽ, đặc biệt với vector có cảm biến.

• Yêu cầu hiệu chỉnh: Cần cài đặt thông số động cơ chính xác để đạt hiệu suất tối ưu.

• Bảo trì phức tạp: Đặc biệt với hệ thống có cảm biến, cần bảo trì cảm biến tốc độ.

Ứng dụng thực tế:

• Máy công cụ CNC: Yêu cầu điều khiển chính xác tốc độ và vị trí.

• Cần trục và thang máy: Cần moment cao ở tốc độ thấp và khả năng đáp ứng nhanh.

• Dây chuyền sản xuất tự động: Ứng dụng trong các hệ thống robot hoặc máy móc phức tạp.

3. Chế độ điều khiển mô-men xoắn (torque control)

Chế độ điều khiển mô-men xoắn (Torque Control) trong biến tần là một phương pháp tập trung vào việc điều khiển trực tiếp mô-men xoắn của động cơ thay vì tốc độ như các chế độ điều khiển khác (ví dụ: V/f hoặc vector tốc độ). Nó được chia thành hai dạng: vòng hở (Open Loop Torque Control) và vòng kín (Closed Loop Torque Control):

• Vòng hở (Open-loop torque control): Điều khiển bằng cách ước tính momen xoắn đầu ra của động cơ dựa trên dòng diện stator và mô hình động cơ mà không sử dụng cảm biến.

• Vòng kín (Close-loop torque control): Điều khiển dựa trên phản hồi trực tiếp từ cảm biến để đo chính xác vị trí và tốc độ rotor.

Ưu điểm:

• Phản ứng cực nhanh: Phù hợp với các ứng dụng yêu cầu thay đổi moment tức thời.

• Hiệu quả cao: Giảm tổn hao năng lượng và cải thiện hiệu suất động cơ.

• Độ chính xác cao: Momen xoắn thực tế gần như bằng giá trị cài đặt, ngay cả khi tải thay đổi đột ngột.

Nhược điểm:

• Độ phức tạp cao: Yêu cầu bộ xử lý mạnh và thuật toán phức tạp.

• Chi phí cao: Do cần phần cứng tiên tiến.

• Nhiễu điện từ: Có thể gây nhiễu trong môi trường nhạy cảm nếu không được thiết kế tốt.

Ứng dụng thực tế:

• Máy cán thép: Yêu cầu kiểm soát moment chính xác trong môi trường khắc nghiệt.

• Hệ thống cẩu trục, các dây chuyền tự động hóa.

• Máy nén công suất lớn: Ứng dụng trong ngành dầu khí hoặc khai khoáng.

Liên hệ: Ms. Giang – 0911 023 405