Giới thiệu
Trong học phần này, chúng ta sẽ xem công nghệ đằng sau Biến tần
và Động cơ.
Chúng ta sẽ cố gắng trả lời câu hỏi về Biến tần là gì và
cách thức hoạt động của một bộ Biến tần. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu một chút về động cơ
Xoay chiều. Sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại Truyền động điện
Xoay chiều khác nhau được cung cấp.
Biến tần là gì?
bien tan là một thiết bị được dùng để điều khiển tốc độ quay
của động cơ dòng điện xoay chiều bằng cách điều khiển tần số
của điện năng cung cấp cho động cơ.
Nếu không có Biến tần, tất cả các động cơ Xoay chiều sẽ chỉ tăng tốc (Gia tốc là sự thay đổi tốc độ trong một khoảng thời gian) lên tốc độ tối đa khi được cấp điện. Sẽ không có điều khiển tốc độ và các ứng dụng sẽ bị giới hạn.
Bằng cách sử dụng Biến tần để điều chỉnh tốc độ, các động cơ này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, mà động cơ một tốc độ sẽ không đáp ứng được.
Tốc độ động cơ thường được đo bằng Số vòng trên phút hoặc RPM.
Động cơ Xoay chiều là gì?
Động cơ xoay chiều 3 pha là một thiết bị rất cơ bản
Nó bao gồm hai bộ phận chính:
- cuộn dây cố định (còn gọi là stato)
- bộ phận xoay (còn gọi là rô-to)
Stato có các cuộn dây bên trong giúp tạo ra từ trường biến thiên. Rô-to
cũng có từ trường được hút hoặc đẩy bởi các từ trường của stato.
Cũng giống như nam châm, các cực trái dấu thì hút nhau và các cực cùng dấu thì đẩy nhau. Bằng cách sử dụng các nguyên lý này, chúng ta có thể vận dụng từ trường bên trong động cơ để khiến rô-to quay. Rô-to được gắn vào trục nhô ra ngoài vỏ động cơ. Trục này quay với tốc độ do Biến tần xác định.
Động cơ Không đồng bộ
Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng
lực, lực này cố gắng di chuyển vật dẫn qua từ trường. Tốc độ của động cơ tùy thuộc vào tải.
Trong động cơ cảm ứng Xoay chiều, từ trường được đặt vào bộ phận cố định (stato). Các vật dẫn chịu tác động của lực điện từ được đặt trong rô-to.
Stato (thường) bao gồm 3 cuộn dây (pha) lệch nhau 120 độ điện. Khi được cấp dòng điện 3 pha, chúng tạo ra một dòng điện trong vật dẫn của rô-to. Sự tương tác của từ trường tạo ra bởi stato và vật dẫn mang dòng điện trong rô-to khiến rô-to bị ‘kéo’ xung quanh từ trường của stato.
Động cơ Đồng bộ
Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng
Tương tự với động cơ Một chiều không chổi than, rô-to của động cơ Xoay chiều đồng bộ bằng nam châm vĩnh cửu gồm có các nam châm vĩnh cửu.
Stato có các cuộn dây 3 pha được phân bố theo hình sin trái ngược với sự phân bố cực lồi (cực điện từ lồi ra của cuộn kích từ ) thường thấy trong động cơ Một chiều không chổi than.
Stato khi được cấp dòng điện xoay chiều 3 pha sẽ tạo ra một dòng xoay đồng bộ khiến rô-to xoay đồng bộ với stato. Tốc độ do tần số xác định.
Do sự kích từ cuộn dây theo hình sin, nên mô-men xoắn (lực quay hoặc xoắn dẫn đến hiện tượng xoay – trong Biến tần hoặc động cơ, mô-men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện) do động cơ này tạo ra phẳng hơn nhiều so với động cơ một chiều không chổi than.
Các loại Biến tần
Trên thị trường ngày nay, có 3 loại Biến tần cơ bản:
- Truyền động Vôn/Hz (Mạch Hở)
- Truyền động Véc-tơ không cảm biến (Mạch Hở)
- Truyền động Véc-tơ có phản hồi (Mạch Kín)
Hai loại đầu tiên được gọi là Mạch Hở do chúng
cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh
rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn.
Điều này Chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển
vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.
Loại cuối cùng là thiết bị Mạch Kín có nghĩa là nó có
khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi
giám sát tốc độ và/hoặc vị trí của động cơ. Ví dụ:
nếu tín hiệu phản hồi cho thấy rằng tốc độ quá thấp hoặc quá cao, Biến tần có thể điều chỉnh đầu ra của nó để khắc phục lỗi.
Truyền động V/Hz
Truyền động Vôn trên Hertz.
Đây là các bộ truyền động phổ biến sử dụng “bảng tìm kiếm” để xuất ra điện áp cụ thể phụ thuộc vào tần số đầu ra.
Điều này có nghĩa là sẽ có điện áp và tần số định trước trên toàn bộ phạm vi tín hiệu tốc độ.
Điện áp và tần số biến thiên cùng nhau, thông thường từ
0 vôn và 0 Hertz, đến điện áp và tần số
tối đa. Việc tăng tốc độ từ không đến tối đa
thường rất tuyến tính.
Ví dụ: một bộ truyền động V/Hz có thể chạy với mức 240 vôn 50Hz ở tốc độ cực đại, nhưng chỉ 120 vôn 25Hz ở tốc độ bằng một nửa.
Phương pháp “bảng tìm kiếm” để điều khiển động cơ trong đó điện áp và tần số biến thiên cùng nhau là phương pháp rất đơn giản để điều khiển tốc độ. Điều chỉnh tốc độ khá tốt (lỗi 1-3%). Không cần có phản hồi nên các bộ truyền động V/Hz có khả năng kết nối cùng lúc nhiều động cơ.
Tuy nhiên, các bộ truyền động V/Hz có một số giới hạn về hiệu suất hoạt động. Các bộ truyền động này có hiệu suất động thấp khi tải mà chúng đang truyền động đột ngột thay đổi. Công suất quá tải giới hạn ở 150%, và chúng có mô-men xoắn khởi động giới hạn.
Bộ truyền động V/Hz là phù hợp nhất cho các ứng dụng phổ cập và mô-men xoắn biến thiên với tải thay đổi chậm và có thể dự đoán được.
Một số ví dụ là bơm ly tâm và quạt, băng chuyền, máy trộn, máy khuấy, máy rửa công nghiệp &
sấy công nghiệp và các tải động hạng nhẹ khác.
Truyền động Véc-tơ không cảm biến
Truyền động Véc-tơ không cảm biến có một bộ xử lý PWM (Điều biến Độ rộng Xung) giám sát đầu ra dòng điện và điện áp tới động cơ,
và điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ hơn.
Mô-men xoắn khởi động cao ở tốc độ thấp (200% ở 0,5Hz) cho phép khởi động
tải có lực quán tính cao (lực cản gia tốc, gia tốc âm thường được gọi là giảm tốc). Thiết kế và thuật toán nâng cao cung cấp
khả năng điều khiển về tốc độ bằng không, cộng với vận hành chính xác cho
chu kỳ hoạt động và mô-men xoắn nhanh mà không cần phản hồi.
Bằng cách sử dụng bộ vi xử lý và xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động có thể nhận biết đặc điểm của động cơ trong khi chạy và tự điều chỉnh với động cơ.
Nhờ công nghệ này, điều chỉnh tốc độ được cải thiện lên còn <1% lỗi.
Có thể sử dụng truyền động véc-tơ không cảm biến với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ tốc độ cao tối đa 1000Hz.
Truyền động Véc-tơ không cảm biến có thiết bị đầu vào tham chiếu tốc độ và mô-men xoắn riêng. Kết hợp điều này với khả năng mô-men khởi động cao sẽ cải thiện điều chỉnh tốc độ, tự điều chỉnh với động cơ và không cần phản hồi của động cơ.
Kết hợp này giúp Truyền động Véc-tơ không cảm biến thích hợp cho tất cả các ứng dụng phổ biến, các ứng dụng có mô-men xoắn biến thiên và có hiệu suất từ trung bình đến cao.
Tuy nhiên, các bộ truyền động này cũng có một số giới hạn chẳng hạn như hiệu suất động thấp khi tải đột ngột thay đổi. Chúng cũng thiếu khả năng giữ động cơ ở tốc độ bằng không và có thể khó khăn trong việc điều khiển mô-men xoắn vượt quá 2 lần tốc độ cơ bản. Kết nối nhiều động cơ sẽ tự động đưa bộ truyền động về chế độ vận hành V/Hz.
Các ứng dụng phổ biến cho Truyền động Véc-tơ không cảm biến là máy đúc ép, tời điện, máy tháo tời và dây chuyền công nghệ.
Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi
Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi.
Bộ truyền động này hiện là loại Biến tần duy nhất có hiệu suất tương tự hoặc tương đương với Truyền động điện Một chiều.
Các bộ truyền động này giám sát đầu ra điện áp và dòng điện, cũng như phản hồi bộ mã hóa từ động cơ đối với điều khiển véc-tơ mạch kín.
Phản hồi này được dùng để điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ nhất.
Vì Truyền động Véc-tơ có thiết bị phản hồi có thể vận hành trong cấu hình mạch kín, nên chúng có thể đạt được
mô-men xoắn và hiệu suất vòng lặp tốc độ cực cao.
Các bộ truyền động này có điều chỉnh tốc độ tuyệt vời tới 0,01%, mô-men xoắn
tối đa ở tốc độ bằng không và phạm vi điều khiển tốc độ cực rộng.
Giới hạn của những bộ truyền động này là chúng yêu cầu thiết bị phản hồi và thẻ tùy chọn phản hồi bộ mã hóa cũng như chỉ dùng cho hoạt động của một động cơ. Có thể cần đến phần cứng tùy chọn bổ sung để tận dụng các tính năng khác của các bộ truyền động này.
Các bộ truyền động này phù hợp nhất cho các ứng dụng hiệu suất cao như trục quay và máy tiện, ứng dụng chuyển đổi, máy đúc ép và các ứng dụng phải dùng truyền động điện một chiều trước đó. Các bộ truyền động điện này đang có xu hướng tăng mạnh trong ngành vận chuyển vật liệu.
Các loại biến tần: thông số, đặc tính kỹ thuật , tài liệu, hướng dẫn cài đặt bien tan