Nắm vững cách điều khiển biến tần là chìa khóa để tối ưu hiệu suất hệ thống tự động. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết các phương pháp điều khiển biến tần phổ biến, kèm sơ đồ đấu nối và hướng dẫn cài đặt thông số. Từ điều khiển cơ bản đến kỹ thuật nâng cao, bạn sẽ tìm thấy giải pháp phù hợp cho mọi ứng dụng. Cùng khám phá ngay!
1. Tìm hiểu về biến tần
1.1. Định nghĩa
Biến tần (Inverter) còn được gọi là bộ biến đổi tần số (Variable Frequency Drive – VFD), đây là một thiết bị điện tử dùng để điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều (AC motor) bằng cách thay đổi tần số của dòng điện cung cấp cho động cơ.
Nói cách khác, biến tần cho phép chúng ta điều chỉnh tốc độ động cơ một cách vô cấp, từ tốc độ rất thấp đến tốc độ định mức của động cơ, thay vì chỉ chạy ở một tốc độ cố định như khi sử dụng nguồn điện lưới trực tiếp. Điều này mang lại nhiều lợi ích về tiết kiệm năng lượng, bảo vệ động cơ, và nâng cao hiệu suất hệ thống.
1.2. Nguyên lý hoạt động cơ bản
Biến tần hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC), sau đó biến đổi lại thành điện áp xoay chiều ba pha với tần số có thể điều chỉnh. Quá trình này được thực hiện qua 3 giai đoạn chính:
- Chỉnh lưu: Biến tần sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diode để chuyển đổi điện áp xoay chiều đầu vào từ nguồn điện lưới thành điện áp một chiều.
- Lọc: Điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu được lọc bằng tụ điện để tạo thành điện áp một chiều ổn định, làm nguồn cung cấp cho khối nghịch lưu.
- Nghịch lưu: Khối nghịch lưu sử dụng các công tắc bán dẫn (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) để tạo ra điện áp xoay chiều ba pha từ nguồn điện một chiều. Tần số của điện áp xoay chiều đầu ra được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số đóng cắt của các IGBT. Bằng cách điều chỉnh tần số này, ta có thể điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều được kết nối với biến tần.
1.3. Phân loại biến tần
Biến tần được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí, giúp người dùng lựa chọn loại phù hợp nhất với ứng dụng cụ thể. Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:
- Theo điện áp: Biến tần hạ thế (dưới 1000V) phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, trong khi biến tần trung thế (trên 1000V) được dùng cho các ứng dụng công suất lớn như dầu khí và năng lượng.
- Theo công suất: Phân loại từ công suất nhỏ (vài trăm Watt đến vài kW) cho ứng dụng dân dụng, đến công suất lớn (vài chục đến hàng trăm kW) cho công nghiệp nặng.
- Theo ứng dụng: Các loại biến tần chuyên dụng được thiết kế riêng cho từng ứng dụng cụ thể như bơm, quạt, băng tải, thang máy, máy nén khí, hệ thống HVAC và nhiều ứng dụng khác, nhằm tối ưu hiệu suất và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật riêng.
- Theo nguyên lý điều khiển: Ba nguyên lý điều khiển chính là: V/f (đơn giản, điều chỉnh điện áp và tần số đồng thời), Vector (điều khiển moment và tốc độ chính xác) và DTC (điều khiển moment nhanh chóng và chính xác).
2. Tại sao cần điều khiển biến tần?
Việc điều khiển biến tần mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng, bao gồm:
- Điều chỉnh tốc độ linh hoạt: Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách vô cấp, đáp ứng chính xác yêu cầu thay đổi tốc độ của tải trong nhiều ứng dụng khác nhau như bơm, quạt, băng tải, máy nén khí… Ví dụ, trong hệ thống HVAC, biến tần giúp điều chỉnh tốc độ quạt gió để duy trì nhiệt độ mong muốn.
- Tiết kiệm năng lượng: Trong nhiều ứng dụng, động cơ không cần hoạt động ở tốc độ tối đa liên tục. Biến tần cho phép động cơ hoạt động ở tốc độ cần thiết, giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng có tải thay đổi như bơm và quạt.
- Bảo vệ động cơ: Biến tần giúp giảm dòng khởi động của động cơ, tránh hiện tượng quá tải, quá nhiệt, kéo dài tuổi thọ động cơ.
- Cải thiện hiệu suất hệ thống: Việc điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
- Giảm ồn và rung: Biến tần giúp động cơ hoạt động êm ái hơn, giảm thiểu tiếng ồn và rung động, tạo môi trường làm việc thoải mái hơn.
- Tăng tuổi thọ hệ thống cơ khí: Việc khởi động và dừng động cơ một cách mềm mại nhờ biến tần giúp giảm tải cho các bộ phận cơ khí, kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
3. Các phương pháp điều khiển biến tần đơn giản, hiệu quả
3.1. Phương pháp 1: Điều khiển qua bàn phím
Đây là phương pháp điều khiển biến tần cơ bản và đơn giản nhất, sử dụng bàn phím tích hợp sẵn trên biến tần. Người dùng có thể trực tiếp thao tác trên bàn phím để điều khiển các chức năng của biến tần như:
- Khởi động/Dừng: Bằng các phím RUN/STOP.
- Điều chỉnh tốc độ: Bằng các phím lên/xuống hoặc núm xoay.
- Cài đặt thông số: Truy cập vào menu cài đặt để thay đổi các thông số hoạt động của biến tần.
Bảng thông số kỹ thuật:
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Chức năng |
| F0-01 | 2 | Chế độ chạy V/F | |
| F0-02 | 0 | F0-02= 0 chức năng biến tần chạy/dừng thông qua bàn phím
F0-02= 1 chức năng biến tần chạy/dừng thông qua terminal |
|
| F0-10 | 50 | Hz | Tần số Max |
| F0-13 | 50 | Hz | Tần số ngưỡng trên |
| F0-14 | 0 | Hz | Tần số ngưỡng dưới |
| F0-03 | 0 | P00.03= 0 không nhớ tần số khi tắt điện
P00.03= 1 nhớ tần số khi tắt điện |
|
| F0-17 | Giây | Thời gian tăng tốc | |
| F0-18 | Giây | Thời gian giảm tốc | |
| F4-00 | 1 | Chức năng DI1 chạy thuận nếu F0-02= 1 | |
| P4-01 | 2 | Chức năng DI2 chạy nghịch nếu F0-02= 1 | |
| F1-01 | kW | Công suất định mức động cơ | |
| F1-02 | V | Điện áp định mức động cơ | |
| F1-03 | A | Dòng điện định mức động cơ | |
| F1-04 | Hz | Tần số định mức động cơ | |
| F1-05 | Rpm | Tốc độ định mức động cơ |
Phương pháp này có ưu và nhược điểm như sau:
- Ưu điểm: Đơn giản, dễ sử dụng, không cần thiết bị điều khiển bên ngoài.
- Nhược điểm: Chỉ phù hợp với ứng dụng đơn giản, không hỗ trợ điều khiển từ xa hoặc các chức năng phức tạp.
3.2. Phương pháp 2: Điều khiển qua nút bấm ngoài
Phương pháp này sử dụng các nút bấm ngoài được kết nối với các đầu vào số (digital input) của biến tần để điều khiển các chức năng cơ bản như chạy/dừng, tăng/giảm tần số, chạy thuận/nghịch. Phương pháp này linh hoạt hơn so với điều khiển qua bàn phím, cho phép điều khiển biến tần từ xa.
Bảng thông số:
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Chức năng |
| F0-01 | 2 | Chế độ chạy V/F | |
| F0-02 | 0 | F00.02= 1 chức năng biến tần chạy/dừng thông qua terminal | |
| F0-10 | 50 | Hz | Tần số Max |
| F0-13 | 50 | Hz | Tần số ngưỡng trên |
| F0-14 | 0 | Hz | Tần số ngưỡng dưới |
| F0-03 | 0 | P00.03= 0 không nhớ tần số khi tắt điện P00.03 = 1 nhớ tần số khi tắt điện |
|
| F0-17 | Giây | Thời gian tăng tốc | |
| F0-18 | Giây | Thời gian giảm tốc | |
| F4-00 | 1 | Chức năng DI1 chạy thuận | |
| F4-01 | 2 | Chức năng DI2 chạy nghịch | |
| F4-02 | 6 | Chức năng DI3 là nút ấn tăng tần số | |
| F4-03 | 7 | Chức năng DI4 là nút ấn giảm tần số | |
| F1-01 | kW | Công suất định mức động cơ | |
| F1-02 | V | Điện áp định mức động cơ | |
| F1-03 | A | Dòng điện định mức động cơ | |
| F1-04 | Hz | Tần số định mức động cơ | |
| F1-05 | Rpm | Tốc độ định mức động cơ |
Phương pháp này có ưu và nhược điểm như sau:
- Ưu điểm: Linh hoạt hơn điều khiển qua bàn phím, cho phép điều khiển từ xa.
- Nhược điểm: Cần thêm các nút bấm ngoài và dây dẫn, phức tạp hơn một chút so với điều khiển qua bàn phím.
3.3. Phương pháp 3: Điều khiển qua chiết áp (biến trở)
Phương pháp này sử dụng biến trở (chiết áp) để điều chỉnh điện áp analog đầu vào của biến tần, từ đó điều khiển tốc độ động cơ. Đây là một phương pháp điều khiển đơn giản và tiết kiệm chi phí, thường được sử dụng trong các ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác cao.
Bảng thông số:
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Chức năng |
| F0-01 | 2 | Chế độ chạy V/F | |
| F0-02 | 0 | F00.02= 1 chức năng biến tần chạy/dừng thông qua terminal | |
| F0-10 | 50 | Hz | Tần số Max |
| F0-13 | 50 | Hz | Tần số ngưỡng trên |
| F0-14 | 0 | Hz | Tần số ngưỡng dưới |
| F0-03 | 2 | Cài đặt biến tần thay đổi tần số bằng biến trở ngoài | |
| F0-17 | Giây | Thời gian tăng tốc | |
| F0-18 | Giây | Thời gian giảm tốc | |
| F4-00 | 1 | Chức năng DI1 chạy thuận | |
| F4-01 | 2 | Chức năng DI2 chạy nghịch | |
| F1-01 | kW | Công suất định mức động cơ | |
| F1-02 | V | Điện áp định mức động cơ | |
| F1-03 | A | Dòng điện định mức động cơ | |
| F1-04 | Hz | Tần số định mức động cơ | |
| F1-05 | Rpm | Tốc độ định mức động cơ |
Phương pháp này có ưu và nhược điểm như sau:
- Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp.
- Nhược điểm: Độ chính xác không cao, khó điều khiển từ xa, không phù hợp với ứng dụng cần độ chính xác và ổn định cao.
3.4. Phương pháp 4: Chế độ điều khiển 3 dây
Chế độ điều khiển 3 dây (3-wire control) là một phương pháp điều khiển cho phép điều khiển chạy/dừng và đổi chiều quay của động cơ mà không cần sử dụng tiếp điểm duy trì. Phương pháp này thường được ứng dụng trong các hệ thống cần đổi chiều quay động cơ thường xuyên, ví dụ như cổng tự động, cửa cuốn.
Bảng thông số:
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Chức năng |
| F0-01 | 2 | Chế độ chạy V/F | |
| F0-02 | 1 | Lệnh chạy theo tín hiệu bên ngoài | |
| F0-10 | 50 | Hz | Tần số Max |
| F0-13 | 50 | Hz | Tần số ngưỡng trên |
| F0-14 | 0 | Hz | Tần số ngưỡng dưới |
| F0-17 | Giây | Thời gian tăng tốc | |
| F0-18 | Giây | Thời gian giảm tốc | |
| F1-01 | kW | Công suất định mức động cơ | |
| F1-02 | V | Điện áp định mức động cơ | |
| F1-03 | A | Dòng điện định mức động cơ | |
| F1-04 | Hz | Tần số định mức động cơ | |
| F1-05 | Rpm | Tốc độ định mức động cơ | |
| F4-11 | 2 | Chế độ 3 dây 1 | |
| F4-01 | 1 | Chạy thuận | |
| F4-02 | 2 | Chạy ngược | |
| F4-03 | 3 | 3 Wire control |
Phương pháp này có ưu và nhược điểm như sau:
- Ưu điểm: Đơn giản hóa mạch điều khiển, không cần tiếp điểm duy trì, dễ dàng đấu nối.
- Nhược điểm: Chỉ điều khiển được chạy/dừng và đổi chiều, không điều khiển được tốc độ. Thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác để điều chỉnh tốc độ.
3.5. Phương pháp 5: Điều khiển qua giao tiếp truyền thông
Đây là phương pháp điều khiển biến tần hiện đại và linh hoạt nhất. Biến tần được kết nối với một thiết bị điều khiển trung tâm (như PLC, HMI) thông qua một giao thức truyền thông (như Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus…). Thiết bị điều khiển trung tâm sẽ gửi các lệnh điều khiển đến biến tần, cho phép điều khiển tất cả các chức năng của biến tần từ xa, bao gồm:
- Khởi động/Dừng.
- Điều chỉnh tốc độ.
- Đổi chiều quay.
- Cài đặt thông số.
- Giám sát trạng thái hoạt động.
Bảng thông số:
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Chức năng |
| F0-01 | 2 | Chế độ chạy V/F | |
| F0-02 | 3 | Điều khiển biến tần qua truyền thông | |
| F0-10 | 50 | Hz | Tần số Max |
| F0-13 | 50 | Hz | Tần số ngưỡng trên |
| F0-14 | 0 | Hz | Tần số ngưỡng dưới |
| F0-03 | 9 | Cài đặt tần số thông quang truyền thông | |
| F0-17 | Giây | Thời gian tăng tốc | |
| F0-18 | Giây | Thời gian giảm tốc | |
| F1-01 | kW | Công suất định mức động cơ | |
| F1-02 | V | Điện áp định mức động cơ | |
| F1-03 | A | Dòng điện định mức động cơ | |
| F1-04 | Hz | Tần số định mức động cơ | |
| F1-05 | Rpm | Tốc độ định mức động cơ | |
| Fd-00 | 5005 | Baud rate 9600 | |
| Fd-01 | 3 | Data format (8,N,1) | |
| Fd-02 | 1 | Address |
Phương pháp này có ưu và nhược điểm như sau:
- Ưu điểm: Linh hoạt, kiểm soát toàn diện, dễ dàng tích hợp vào hệ thống điều khiển tự động, giám sát từ xa.
- Nhược điểm: Cần thiết bị điều khiển trung tâm và kiến thức về lập trình truyền thông.
Xem thêm:
Trên đây là tổng quan về các phương pháp điều khiển biến tần, từ những cách cơ bản nhất đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng, độ phức tạp của hệ thống, và ngân sách đầu tư. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích, giúp bạn tự tin hơn trong việc lựa chọn và ứng dụng biến tần vào hệ thống của mình.
Trang chủ