Ngày nay biến tần và khởi động mềm đều là những thiết bị tối ưu cho khởi động động cơ một cách nhẹ nhàng và tiết kiệm điện năng . Hãy cùng Cơ Điện Hải Âu xem xét các ưu nhược điểm của biến tần và khởi động mềm để có được lựa chọn phù hợp nhất với điều kiện của động cơ .
Khởi động động cơ chọn biến tần hay khởi động mềm Đặc điểm chung của khởi động mềm và biến tần là dùng điều khiển động cơ ( chủ yếu là tốc độ ) một cách mềm mại và tiết kiệm điện năng nhất từ đó làm tăng tuổi thọ động cơ và các cơ cấu cơ khí , giảm tổn thất điện năng và không ảnh hưởng chất lượng của lưới điện điều mà các phương pháp khởi động truyền thống như khởi động trực tiếp hay khởi động sao/tam giác không thể có được .
Tuy nhiên , tùy theo yêu cầu thực tế mà ta lựa chọn phương pháp khởi động động cơ dùng biến tần hoặc khởi động mềm . Sau đây , Techway xin nêu ra các ưu nhược điểm của 2 phương pháp trên :
Ưu nhược điểm của biến tần Ưu điểm – Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. – Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản , làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau . – Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng . – Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau . – Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc ( dệt, băng tải …). – Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ : quá dòng , quá áp , mất pha , đảo pha … – Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm .
Nhược điểm – Đòi hỏi người lắp đặt và vận hành thiết bị phải có kiến thức nhất định. – Chi phí đầu tư ban đầu cao.
Ưu nhược điểm của khởi động mềm Ưu điểm Khởi động và dừng động cơ nhẹ nhàng, có điều khiển. Có các chức năng bảo vệ động cơ quá tải, ngược pha, mất pha … Giá thành thấp (Thấp hơn so với biến tần)
Nhược điểm Không điều chỉnh được tốc độ hoạt động
Như vậy, cả biến tần và khởi động mềm đều có thể thực hiện việc khởi động / dừng động cơ tốt như nhau . Chọn khởi động mềm hay biến tần tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu thực tế của động cơ cũng như chi phí đầu tư . Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng là biến tần có khả năng thay đổi tốc độ làm việc của động cơ nhưng khởi động mềm thì không thể .
Khởi động mềm tiết kiệm điện năng về mặt công nghệ , có thể dễ dàng tích hợp vào khởi động mềm chức năng dịch lui pha của sóng điện áp để tiết kiệm điện năng khi động cơ làm việc ở chế độ nhẹ tải .
Tuy nhiên , trên thực tế động cơ có thể tiêu tốn nhiều điện năng hơn khi sử dụng chức năng này . Chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm nếu có thì thực chất là nhằm vào việc cải thiện hiệu suất của động cơ . Một số mẫu biến tần tham khảo: Biến tần Fuji, Biến tần LS
Sử dụng bộ đo tốc độ ( Encoder ) gắn trên trục động cơ và sự phát xung của encoder được sử dụng như 1 cảm biến để cung cấp tín hiệu hồi tiếp, tín hiệu này tương ứng với tốc độ động cơ phản hồi về biến tần. Khi đó bộ xử lý bên trong biến tần sẽ so sánh với tín hiệu yêu cầu ( Tốc độ đặt của người sử dụng ) để đưa ra Quyết định điều khiển ( tăng tốc hay giảm tốc hoặc giữ nguyên tốc độ ).
Độ phân giải Encoder càng cao thì khả năng điều khiển càng chính xác, Trong biến tần cho phép nhận encoder có độ phân giải lên đến 20,000 xung/ vòng. Do vậy, tốc độ sẽ được điều khiển và ổn định một cách chính xác và tương đương đến 99% tốc độ mong muốn.
Hiện nay có một số ứng dụng biến tần phải sử dụng thêm card tín hiệu hồi tiêp encoder. Vậy nguyên lý và chức năng của card encoder này là gì ? Mời các bạn cùng tìm hiểu bài viết sau đây.
Cấu tạo card encoder dùng trong biến tần
Card encoder về cấu tạo gồm những IC số có khả năng đọc xung tốc độ cao để nhận tín hiệu từ encoder gắn trên motor qua đó giúp cho biến tần có thể hồi tiếp được tốc độ chính xác của động cơ để đưa ra các thuật toán xử lý trong các chế độ điều khiển. Một số chế độ điều khiển mà biến tần bắt buộc phải sử dụng card encoder như V/F close loop, vector vòng kín, torque kín.
Đầu tiên muốn biến tần đọc được encoder gắn trên motor thì các bạn phải chọn dòng biến tần có hỗ trợ gắn card encoder. Ví dụ như một số dòng Biến tần Yaskawa có thể gắn được card encoder như: biến tần Yaskawa GA700, A1000. Sau đó các bạn kiểm tra dạng điện áp và ngõ ra của encoder để chọn đúng loại card gắn cho biến tần. Đối với biến tần Yaskawa A1000 dùng encoder 12v và dạng ngõ ra open collector thì ta chọn card PG-B3.
Trên thị trường hiện nay mẫu máy biến tần rất nhiều các hãng tham gia vào sản xuất với đa dạng công nghệ điều khiển khác nhau . Làm sao để lựa chọn được máy biến tần theo đúng mục đích và yêu cầu công việc của bạn ? Để giúp các khách hàng giải đáp những khó khăn trong việc lựa chọn các sản phẩm biến tần phù hợp nhất Cơ điện hải âu xin hướng dẫn cơ bản cho các bạn cách chọn biến tần cho động cơ theo tải thực tế .
Biến tần — inverter hay còn được gọi là bộ biến đổi tần số Variable Frequency Drive, VFD là một thiết bị điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều thông qua việc thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ . Vì thế mà biến tần còn có một tên gọi khác là bộ điều chỉnh tốc độ động cơ Variable Speed Drive, VSD .
Ngoài ra, điện áp cấp cho động cơ của biến tần cũng thay đổi theo tần số nên biến tần đôi khi còn được gọi là bộ biến đổi điện áp tần số Variable Voltage Variable Frequency Drive, VVVFD .
Hướng dẫn chọn biến tần cho động cơ theo tải thực tế
Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng . Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào : Tải nhẹ hay tải nặng , tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn .
– Tải được xác định nặng hay nhẹ chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người vận hành máy móc
– Chế độ vận hành cũng quyết định rất lớn đến việc chọn lựa biến tần .
– Chế độ ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy / dừng hoặc đảo chiều quay liên tục đòi hỏi chế độ này cần chọn loại biến tần có khả năng chịu quá tải cao , đế tản nhiệt lớn .
– Chế độ dài hạn : Thường đặt tốc độ cố định rồi chạy luôn hoặc ít thay đổi trong quá trình vận hành Nếu bạn chọn đúng loại biến tần cần sử dụng thì hệ thống sẽ làm việc ổn định hơn, bền hơn và đặc biệt là tiết kiệm chi phí đầu tư.
– Một bộ biến tần tải nặng có giá cao hơn 30% so với loại biến tần tải nhẹ và tải thường.
Trong thực tế, để giảm tải trọng cho hệ thống và giảm công suất Motor cũng như biến tần người ta thường gắn thêm các bộ truyền động ( còn được gọi là hộp giảm tốc, hộ số ) với tỷ số truyền cao . Khi đó moment tại ngõ ra sẽ tỷ lệ nghịch với tốc độ .
Hiện tại trên thị trường có rất nhiều mẫu máy tùy theo cấu tạo , công nghệ điều khiển , hãng sản xuất mà có giá thành chênh lệch nhau tương đối .
Nếu bạn là doanh nghiệp có khả năng về tài chính thì việc lựa chọn các bộ biến tần có thiết kế về công nghệ điều khiển thông minh là lựa chọn tốt nhất .
Ngược lại trên thị trường hiện nay cũng có các sản phẩm biến tần chuyên dụng và biến tần mini danh cho các cá nhân hoặc doanh nghiệp nhỏ muốn sử dụng tích hợp biến tần với các thiết bị khác trong sản xuất .
Chọn theo thông số kỹ thuật , phương thức điều khiển nhà đầu tư yêu cầu
Nếu hệ thống không yêu cầu gắt gao về độ chính xác , moment tải thì bạn nên chọn những loại máy biến tần rẻ tiền một chút , ít chức năng cao cấp và lấy công suất động cơ là mức thấp trung bình .
– Trong trường hợp công việc yêu cầu phải có một số tính năng cao cấp chẳng hạn tốc độ , moment tải không đổi thì bạn phải căn cứ vào tải đáp ứng để lựa chọn . Có những trường hợp phải chọn công suất của biến tần vượt 1,5 lần công suất động cơ và động cơ này cũng phải là loại đặc biệt ( Vector motor ).
Đặc biệt vì yêu cầu sức căng và tính đồng bộ về tốc độ của động cơ trong những dây chuyền loại này nên một số động cơ luôn làm việc ở chế độ ngắn hạn , liên tục .
– Nếu kỹ thuật điều khiển yêu cầu cao cấp chẳng hạn từ PLC , HMI xuống máy biến tần thì phải nghĩ đến các option board điều khiển chúng và phải sử dụng truyền thông RS485 — Giao thức này có tốc độ truyền cực kỳ cao và khoảng cách lên đến 1km chiều dài .
Điều lưu ý nữa là khi lựa chọn nên thống nhất một hệ điều khiển , một chuẩn giao thức , nếu có quá nhiều chuẩn và giao thức sẽ phức tạp và gây ra nhiều lỗi không kiểm soát trong quá trình kết nối .
Tóm lại khi chọn biến tần ta cần lưu ý tới những điểm sau :
– Dựa vào khả năng tài chính . Nếu số tiền không thành vấn đề ta nên tần của các hãng có thương hiệu như : Biến tần Mitsubishi, biến tần Schneider, biến tần ABB…để đảm bảo tốt nhất các yêu cầu về bảo hành , chế độ chăm sóc hỗ trợ khách hàng tốt.
– Chọn đúng theo thông số kỹ thuật mà khách hàng yêu cầu .
– Chọn đúng theo phương thức , kỹ thuật điều khiển để đáp ứng các yêu cầu hệ thống đặt ra.
– Đáp ứng được sự thuận tiện nhất cho người lập trình khi lập trình điều khiển .
– Về công suất biến tần nên chọn cao hơn công suất động cơ để phòng phòng trường hợp quá tải và phải luôn nghĩ đến các bộ lọc cho biến tần cũng như chế độ Regenerator để chọn điện trở xả cho phù hợp .
Bài viết sẽ hướng dẫn bạn cách cài đặt biến tần hiệu quả, sử dụng biến tần một cách ổn định. Biến tần có cả tải nặng, nhẹ và loại biến tần 1 pha 3 phanên bài viết sẽ tổng quan không hoàn toàn đúng với một số loại biến tần.
Đầu tiên, bạn phải biết rõ biến tần là thiết bị có thể làm thay đổi tần số điện áp lưới để thây đổi tốc độ động cơ, bạn có thể tìm hiểu bài viết Biến tần là gì? Nguyên lý hoạt động của biến tần để hiểu rõ hơn.
Nguyên lý thay đổi tốc độ động cơ bằng thay đổi tần số
Công thức: n=60f/p. Trong đó f là tần số, P là số cặp cực của motor (thông thường là P=2). Qua công thức có thể thấy tần số và tốc độ ảnh hưởng lẫn nhau, khi tần số thay đổi tốc độ cũng thay đổi theo.
Biến tần có thể thay đổi từ 1Hz đến 50Hz, có khi lên đến 60Hz hoặc 400Hz đối với động cơ CNC tốc độ cao. Chính vì vậy nhờ có biến tần mà ta có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn bình thường so với chạy tần số 50Hz. Tham khảo thêm: Biến tần Mitsubishi
Lưu ý quan trọng khi lắp đặt biến tần
– Không được cấp nguồn AC trước khi đấu dây tới biến tần.
– Mặc dù nguồn đã ngắt ra khỏi biến tần, nhưng điện tích vẫn còn tích lũy trong tụ DC-link có thể gây nguy hiểm cho người vận hành trước khi đèn led Power tắt. Vì vậy, tuyệt đối không được chạm tay trực tiếp các linh kiện hay board mạch bên trong biến tần trước khi đèn led Power tắt.
– Các linh kiện MOS trên mạch in rất nhạy đặc biệt với từ trường. Vì vậy, không được chạm tay trực tiếp vào các linh kiện hay mạch điện trước khi sử dụng thiết bị đo đạc. Không được tự ý đấu dây hay lắp lại các linh kiện bên trong biến tần.
– Sử dụng chân nối đất của biến tần để nối đất. Phương pháp nối đất phải tuân thủ theo quy định của mỗi quốc gia nơi biến tần được lắp đặt.
– Không được lắp đặt biến tần ở nơi có ánh sáng chiếu trực tiếp, nhiệt độ cao và dễ cháy.
+ CAUTION
– Không được nối các chân U/T1, V/T2, W/T3 của biến tần trực tiếp tới nguồn cấp.
– Chỉ những người có chuyên môn về thiết bị mới được phép lắp đặt, đấu dây và bảo trì thiết bị.
– Mặc dù động cơ đã dừng, nhưng điện tích vẫn tích lũy trên mạch điện có thể gây nguy hiểm cho người vận hành
– Nếu biến tần không được sử dụng từ 3 tháng trở lên thì nhiệt độ bảo quản không được cao hơn 30°C. Khuyến cáo là không nên cho biến tần ngừng vận hành hoặc lưu kho nhiều hơn 1 năm vì có thể gây ra điện phân của tụ điện. Tham khảo thêm: Biến tần Siemens
Hướng dẫn cách Kiểm tra thông số Biến tần trước khi lắp đặt và cấp nguồn:
1. Kiểm tra từng bộ phận, thành phần của thiết bị để đảm bảo là thiết bị không bị hư hỏng khi vận chuyển.
2. Đảm bảo là mã số seri in trên bao đóng gói phải trùng với mã số seri in trên thiết bị
3. Đảm bảo là điện áp cung cấp nằm trong khoảng cho phép được chỉ định in trên thiết bị.
4. Lắp đặt thiết bị theo sách hướng dẫn sử dụng.
5. Trước khi cấp nguồn, phải đảm bảo là tất cả các thiết bị bao gồm: nguồn cấp, động cơ, board điều khiển và bàn phím phải được kết nối chính xác.
6. Khi đấu dây biến tần, phải đảm bảo đấu dây đúng các chân ngõ vào “R/L1, S/L2, T/L3” và các chân ngõ ra ”U/T1, V/T2, W/T3” để tránh gây hư hỏng cho biến tần.
7. Sau khi cấp nguồn, có thể lựa chọn ngôn ngữ và cài đặt nhóm thông số bằng bàn phím (KPC-CC01).
8. Sau khi cấp nguồn, phải cho biến tần chạy thử với tốc độ thấp sau đó tăng dần từ từ để đạt được tốc độ mong muốn. Điều này rất quan trọng vì nếu tăng tần số lên Max ngay từ ban đầu, Biến tần có nguy cơ bị hư hỏng nếu Động cơ gặp sự cố hoặc hệ thống được thiết kế quá sát hoặc trên tải.
Các thông số cơ bản khi cài đặt biến tần
A. Cài thông số chọn cách RUN/STOP.
Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1).
Tài liệu biến tần thường là tiếng Anh nên tìm thông số có cụm từ thường là (Main run source selection), (Operation Method) hoặc (Drive Mode — Run/Stop Method) tùy mỗi loại biến tần có cách ghi khác nhau nói chung ai hiểu tiếng anh thì rất dễ.
Trong đó có các lựa chọn như sau:
0: Keypad : Run/Stop trên bàn phím. 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài. 2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485. Tham khảo thêm: Biến tần Yaskawa
B. Thời gian tăng tốc ( Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1).
Thời gian tăng tốc là thời gian khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ nói chung là lúc chạy tốc độ tối đa. thường mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration, đó là Fee Run, là lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do.
C. Chọn lựa cách thức thay đổi tần số.
Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command). Bao gồm các lựa chọn sau:
0: Keypad: Thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím. 1: Potentiometer on keypad: Thay đổi tần số bằng núm vặn. 2: External AVI analog signal Input: Thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0–10VDC. 3: External ACI analog signal input: Thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4–20mA. 4: Communication setting frequency: Thay đổi tần số bằng RS485. 5: PID output frequency: Thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.
D. Cài giới hạn tần số.
Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency), Là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz, giả sử khi số này cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 Vòng/Phút. có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1–60Hz) đối với động cơ thường.
Nói chung chỉ với bốn thông số này là bạn có thể sử dụng được biến tần rồi, còn có rất nhiều thông số để cài đặt, khi đã biết đến đây các thông số khác trong quá trình sử dụng vận hành, chiến đấu với các ứng dụng thực tế, mò từ từ sẻ hiểu thêm về các thông số còn lại.
Điện trở thắng cho biến tần
Bản thân motor trong quá trình hoạt động khi kéo các tải có monent bị thay đổi liên tục hoặc dừng gấp (Deceleration time ngắn) , ví dụ như các máy kéo màng, máy xay, thang máy, cần cẩu, trong những trường hợp này motor sẽ tạo ra một năng lượng điện hồi tiếp trở về biến tần (inverter DC bus), lúc này làm điện áp tăng cao, biến tần sẽ báo lỗi, khi có điện trở xả thì biến tần sẽ chuyển năng lượng này vào điện trở và chuyển thành nhiệt năng.
Thông thường các biến tần nhỏ 22KW trở xuống thì chỉ cần đưa điện trở vào là được, đối với biến tần lớn hơn thì cần bộ trợ xả có tên là Bracking Unit, vì nó lớn quá nên không tích hợp trong biến tần thôi.
Công suất và Ohm của điện trở sẻ lựa chọn theo bảng tra của nhà cung cấp chứ không phải chọn bừa là được. Sau đây là một ví dụ về bảng tra của một hãng biến tần.
Cách đấu dây biến tần với động cơ và tín hiệu điều khiển
Nguồn cấp từ MCCB vào R/L1 — S/L2 — T/L3 đấu với nguồn 3 pha và L1 — L3 đối với nguồn 1 pha .
U/T1 — V/T2 — W/T3 sẽ được đấu với Motor 3 pha
FLA — relay 1 thường mở , FLB relay 1 thường đóng của FLC
RY — relay 2 của RC
S1 — S2 — S3 dùng để điều chỉnh tốc độ của động cơ tương ứng với tần số cài trong phần cài đặt của biến tần
RES reset biến tần
R chạy thuận ( cài đặt tuỳ ý )
F chạy ngược ( cài đặt tuỳ ý )
PP — VIA — CC là vị trí lắp đạt biến trở để điều chỉnh tốc độ bằng tay qua biến trở
CC — VIB biến tần điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng tín hiệu 0–10V
CC — VIC biến tần điều chỉnh tốc độ motor bằng tín hiệu 4–20mA
SW1 khu vực điều chỉnh biến tần phát ra nguồn hay không phát nguồn để điều khiển tốc độ
Hướng dẫn cách sử dụng các chân ngõ vào/ra chính của Biến tần
Khi cần lắp đặt bộ lọc tại các chân ngõ ra U/T1, V/T2, W/T3 của biến tần. Sử dụng bộ lọc tự cảm. Không được sử dụng tụ bù pha hoặc L-C (Cuộn cảm- Điện dung) hoặc R-C (Điện trỡ- Tụ điện), trừ phi có sự cho phép của hãng. – Không được kết nối tụ bù pha hoặc thiết bị thu tại chân ngõ ra của biến tần. – Sử dụng motor cách ly tốt, phù hợp với sự vận hành của biến tần. Các chân linh kiện biến tần được kết nối tới bộ lọc DC, điện trở thắng bên ngoài, điện trở thắng bên ngoài và mạch DC.
– Các chân linh kiện này được sử dụng để kết nối đến bộ lọc DC để cải thiện công suất. Đối với trường hợp cài đặt mặc định, nó được kết nối ngắn mạch. Chú ý là trước khi kết nối tới bộ lọc DC thì phải loại bỏ ngắn mạch. – Kết nối với điện trở thắng và bộ hãm thắng trong ứng dụng tần số giảm theo độ dốc, thời gian giảm tốc ngắn, momen hãm quá thấp hoặc yêu cầu tăng momen hãm. – Điện trở thắng bên ngoài nên kết nối tới chân (B1, B2) của biến tần. – Đối với những model không tích hợp điện trở thắng, phải kết nối với điện trở thắng bên ngoài và bộ hãm thắng bên ngoài (hoặc cả hai tùy chọn) để tăng momen hãm. – Khi các chân +1, +2 và — không được sử dụng, thì phải để các chân này hở. – Không được kết nối [+1, -], [+2, -], [+1/DC+, -/DC-] hoặc điện trở thắng trực tiếp để ngăn chặn biến tần dễ bị hư hỏng. Tham khảo thêm: Biến tần LS,
