Phân biệt biến tần tải nặng và tải nhẹ và Cách chọn điện trở xả phù hợp

Heavy-duty and light-duty inverters differ in their load and torque requirements: heavy-duty inverters are used for equipment that requires high torque and continuous operation such as conveyors and crushers, while light-duty inverters are suitable for loads that require low torque such as fans and water pumps. To optimize efficiency and protect equipment, it is necessary to select appropriate discharge resistors, which help dissipate excess energy during braking and prevent overheating.

1. What is inverter?

 Figure 1: Siemens SINAMICS V20 Inverter and INVT Inverter

2. Inverter Classification

This diversity reflects the flexibility and customizability of the inverter, which helps optimize performance and efficiency in different fields. Therefore, inverters can be divided into two main types: heavy duty and light duty.
There are many different types of inverters on the market today, including AC, DC, 1-phase 220V, 3-phase 220V, 3-phase 380V, 3-phase 660V, and medium voltage inverters. In addition to general-purpose inverters, there are also specialized inverters designed to meet the specific needs of each application. Examples include inverters for pumps and fans, hoists and cranes, elevators, HVAC systems, and many other options.

 Figure 2: Fuji FRN0325G2S-4G mega inverter and Hitachi WJ200N-022SFC inverter

2.1. Same heavy and light load inverter

Both heavy duty and light duty inverters have the ability to flexibly adjust the AC current from one frequency to another.

2.2. Difference between heavy and light load inverter

3. Nguyên lí hoạt động của biến tần

Đầu tiên, biến tần nhận nguồn đầu vào từ nguồn cung cấp điện, có thể là nguồn 1 pha hoặc 3 pha, nhưng đều có mức điện áp và tần số cố định (ví dụ: 3 pha 380V với tần số 50Hz). Để thực hiện quá trình biến đổi, nguồn điện này trải qua giai đoạn chỉnh lưu và lọc, chuyển đổi thành nguồn 1 chiều bằng phẳng, nhờ bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Tụ điện không chỉ lưu trữ mà còn cung cấp điện năng cho biến tần.

Tiếp theo, điện áp 1 chiều trong tụ điện được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua bộ biến đổi IGBT, hoạt động như một công tắc bật và tắt nhanh chóng, tạo ra dạng sóng đầu ra của biến tần bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Tần số tín hiệu đầu ra phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển và các tham số lập trình sẵn trong biến tần, cho phép người vận hành cài đặt chế độ hoạt động hoặc điều khiển trực tiếp.

Trong quá trình vận hành, biến tần tự động phát hiện và cảnh báo các sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, hoặc mất pha. Nếu phát hiện lỗi nhẹ, biến tần sẽ thông báo cảnh báo và tiếp tục hoạt động. Tuy nhiên, trong trường hợp gặp lỗi nghiêm trọng, biến tần có thể tự động ngừng cấp điện cho động cơ để ngăn chặn nguy cơ hư hại cho hệ thống.

4. Vai trò của biến tần

Biến tần đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số đầu vào, mang lại độ chính xác và linh hoạt cao trong kiểm soát tốc độ máy móc và dây chuyền sản xuất. Khả năng cài đặt sẵn của biến tần khi máy chạy đến hết hành trình giúp quá trình đảo chiều hoặc điều khiển trực tiếp trở nên dễ dàng và linh hoạt. Bên cạnh đó, biến tần được trang bị các thiết bị điện tử giám sát, cảnh báo và tự động dừng cấp điện khi gặp sự cố như quá tải, quá áp, sụt áp, hoặc mất pha, tạo ra một hệ thống an toàn trong quá trình vận hành. Hơn nữa, biến tần còn giúp giảm dòng khởi động so với các phương pháp khởi động trực tiếp hoặc khởi động sao-tam giác, ngăn ngừa tình trạng sụt áp và khó khăn khi khởi động.
Các module truyền thông tích hợp vào biến tần cho phép dễ dàng điều khiển và giám sát từ trung tâm, nâng cao hiệu quả quản lý hệ thống. Đồng thời, việc khởi động động cơ từ tốc độ thấp thông qua biến tần giúp giảm thiểu cú sốc khởi động đột ngột, giảm rủi ro hư hại cho phần cơ khí và ổ trục, từ đó tăng tuổi thọ động cơ.
Việc sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với vận hành động cơ trực tiếp. Nguyên lý làm việc của biến tần, chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện, không chỉ giúp giảm chi phí lắp đặt tụ bù mà còn hạn chế hao hụt điện năng trên đường dây, mang lại hiệu suất cao. Hơn nữa, biến tần giúp động cơ không bị quá tải và không hoạt động ở công suất tối đa trong thời gian dài, từ đó tăng tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì. Bên cạnh đó, việc sử dụng biến tần cũng giúp giảm độ ồn và độ rung của động cơ, cải thiện môi trường làm việc và giảm tác động tiêu cực đến sức khỏe của người lao động.

5. Tại sao cần mắc điện trở xả cho biến tần

Trong các ứng dụng như thời gian giảm tốc ngắn, tải có quán tính lớn, hoặc tải đảo chiều liên tục, động cơ có thể trở thành máy phát điện trong quá trình dừng, tạo ra nguồn điện xoay chiều. Lúc này, mạch bảo vệ IGBT kết hợp với diode chống dòng ngược hoạt động như một mạch chỉnh lưu, biến đổi điện áp xoay chiều do động cơ sinh ra thành điện áp DC và đưa ngược về DC bus. Tuy nhiên, quá trình này có thể làm điện áp DC tăng cao hơn mức cho phép, dẫn đến nguy cơ nổ IGBT và tụ điện.

6. Các loại điện trở xả cho biến tần

6.1. Điện trở xả vỏ nhôm

Sản phẩm được chế tạo từ vỏ nhôm nguyên chất, mang lại khả năng chịu đựng tốt dưới các điều kiện môi trường khắc nghiệt và bụi bẩn. Với thiết kế tản nhiệt hiệu quả, sản phẩm này rất phù hợp để sử dụng trong các biến tần, mạch công suất, hệ thống AC Servo, và nhiều ứng dụng khác.

Hình 3: Điện trở xả vỏ nhôm

6.2. Điện trở xả vỏ sứ

Phần ống được làm bằng sứ và phủ lớp vật liệu chống cháy, giúp tăng khả năng chịu nhiệt độ cao. Thiết kế này thường được áp dụng cho các tải yêu cầu dừng nhanh hoặc khởi động nhanh, chẳng hạn như cẩu trục, máy cắt ly tâm, và các tải có dòng điện thay đổi liên tục.

Hình 4: Điện trở xả vỏ sứ

7. Cách lựa chọn điện trở xả cho biến tần

7.1. Cách lựa chọn điện trở xả theo công suất điện trở xả (W)

Nguyên tắc lựa chọn điện trở xả là dựa vào lượng điện mà biến tần xả ra: khi biến tần xả nhiều điện, nên chọn công suất lớn, và ngược lại, nếu biến tần xả ít điện, có thể chọn công suất nhỏ để đảm bảo tính kinh tế. Ví dụ, trong trường hợp tải nâng hạ cầu trục, khi động cơ vận hành như một máy phát điện trong quá trình hạ tải và thời gian hạ tải kéo dài, cần chọn điện trở xả có công suất lớn, thường là khoảng 1/2 hoặc 2/3 công suất của động cơ.

Hình 5: Cách lựa chọn điện trở xả theo công suất điện trở xả (W)

7.2. Biến Cách lựa chọn điện trở xả theo giá trị điện trở (Ohm)

Giá trị điện trở xả cần được điều chỉnh theo thiết kế dòng hãm của từng thương hiệu và loại biến tần. Vì vậy, khi chọn giá trị điện trở, cần đảm bảo chọn loại có giá trị lớn hơn hoặc bằng giá trị tối thiểu (MIN) do nhà sản xuất biến tần quy định. Hiện nay, hầu hết các hãng sản xuất biến tần đều sử dụng nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM), do đó có thể chọn giá trị điện trở xả gấp 1,5-2 lần giá trị MIN của biến tần.

Hình 6: Biến Cách lựa chọn điện trở xả theo giá trị điện trở (Ohm)

7.3. Cách đấu nối vào biến tần

- Ngõ vào điện áp biến tần vào R-S-T
- Ngõ ra động cơ vào U-V-W
- Điện áp bus DC vào P và N1, P1-N được lắp vào thanh DC bus của biến tần
- Tùy theo ký hiệu các loại biến tần (Ví dụ biến tần LS H100 P1-N lắp vào điện trở xả, LS-G100 B1-N )

Hình 7: Cách đấu nối vào biến tần

7.4. Vấn đề trong thực tế khi chọn điện trở xả

- Trong thực tế, khi chọn điện trở xả, có một số vấn đề cần lưu ý:
+ Giới hạn sản xuất: Nhà sản xuất thường chỉ cung cấp các loại điện trở xả thông dụng, không thể sản xuất tất cả các giá trị theo yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.
- Vậy cách giải quyết là gì ?
Để giải quyết vấn đề này, bạn có thể:
+ Kết hợp điện trở: Sử dụng nhiều điện trở xả nối song song hoặc nối tiếp để đạt được giá trị mong muốn. Điều này cho phép tùy chỉnh giá trị điện trở xả một cách linh hoạt hơn.
+ Tìm kiếm nhà cung cấp khác: Tìm các nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp chuyên cung cấp các loại điện trở xả đa dạng hơn, bao gồm các giá trị cụ thể mà bạn cần.
+ Đặt hàng riêng: Nếu giá trị cần thiết rất đặc biệt, bạn có thể xem xét việc đặt hàng điện trở xả theo yêu cầu từ nhà sản xuất, mặc dù điều này có thể tốn thời gian và chi phí cao hơn.
Bằng cách áp dụng các giải pháp này, bạn có thể khắc phục những hạn chế trong việc chọn lựa điện trở xả phù hợp cho hệ thống của mình.

7.5. Ghép nối điện trở

- Với trường hợp lắp nhiều điện trở xả song song
+ Công suất tổng = Tổng công suất các điện trở (Ptổng = P1+P2+…+Pn)
+ Điện trở tổng = Giá trị 1 điện trở / Tổng số điện trở (R tổng = R/n)

Hình 8: Lắp nhiều điện trở xả song song

- Với trường hợp lắp nối tiếp nhiều điện trở
+ Công suất tổng = Tổng công suất các điện trở (P tổng = P1+P2+…+Pn)
+ Điện trở tổng = Tổng số điện trở (R tổng = R1+R2+…+Rn).

 Hình 8: Lắp nối tiếp nhiều điện trở

7.6. Điện trở xả tương đối

- Quy tắc chọn giá trị điện trở tương đối (R):

Đối với các ứng dụng không yêu cầu dừng quá nhanh, nên chọn giá trị điện trở xả gần với giá trị mà nhà sản xuất quy định để đảm bảo tuổi thọ của biến tần và điện trở xả. Ngược lại, trong các ứng dụng cần dừng nhanh, có thể chọn điện trở xả gần với giá trị tối thiểu cho phép. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ làm giảm tuổi thọ của biến tần và điện trở xả so với việc lắp đặt đúng tiêu chuẩn.
- Quy tắc chọn giá trị công suất tương đối (W)
Giá trị công suất chính là đặc trưng cho khả năng chịu đựng của điện trở xả. Vì vậy, hãy chọn điện trở xả có công thức lớn hơn hoặc bằng giá trị công suất mà nhà sản xuất quy định.
Cần lưu ý, việc ghép nối điện trở xả tương đối có một nhược điểm là làm tăng chi phí và tăng không gian lắp đặt.

8. Video phân biệt biến tần tải nặng, tải nhẹ và làm sao chọn điện trở xả phù hợp? 

Lời kết

Trong trường hợp bạn có nhu cầu tìm hiểu, cần tư vấn kỹ thuật liên hệ ngay với Amazen thông qua:
Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
Email: amazen@amazen.com.vn
Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng mang lại cho quý khách hàng trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
Amazen cam kết mọi sản phẩm biến tần mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận CO/CQ và VAT đi kèm.