Một số chế độ/chức năng điều khiển cơ bản của biến tần

Biến tần là một thiết bị có khả năng biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh. 

Các chế độ điều khiển trong biến tần 

Để trải nghiệm trọn vẹn những tính năng thông minh, linh hoạt của biến tần, bạn nên hiểu cơ bản về các chế độ điều khiển của biến tần. Bài viết sau đây sẽ cung cấp cho bạn kiến thức tổng quát về chế độ điều khiển V/F; chế độ điều khiển vector vòng hở và vòng kín trên biến tần; chế độ điều khiển Torque vòng hở và kín. 

Chế độ điều khiển V/F 

Chế độ điều khiển V/F là chế độ điều khiển thiết yếu mà hầu như mọi loại biến tần đều tích hợp phương pháp điều khiển này.  Tại chế độ này, biến tần xuất điện áp ngõ ra tỷ lệ thuận với tần số nghĩa là biến tần điều khiển tần số theo dải 0Hz – Fmax và tương ứng điện áp theo dải 0V – Vmax. Dựa theo thực tế, tỉ lệ giữa tần số và điện áp được chia theo 3 dải tốc độ: 
- Từ 0hz đến F khởi động (hz): Điện áp cấp vào thấp cho dòng khởi động thấp dẫn đến động cơ không đủ momen để khởi động, vì vậy việc bù điện áp được thực hiện dẫn đến tỉ lệ V/F không tuyến tính. 
- Từ F khởi động (hz) đến F định mức (hz): Tỷ lệ V/F tuyến tính giúp momen động cơ ổn định. 
- F hoạt động (hz) > F định mức (hz): Điện áp bị giới hạn tại điện áp định mức để tránh sự cố phá vỡ cách điện giữa các dây quấn, vì vậy, momen động cơ bị giảm. 
Đối với động cơ không đồng bộ, tốc độ trên trục động cơ luôn tồn tại hệ số trượt s. Khi động cơ hoạt động không tải, hệ số trượt s rất nhỏ, vì vậy, tốc độ động cơ gần bằng tốc độ của từ trường quay. Khi động cơ hoạt động có tải, hệ số trượt lớn, chế độ V/F có thể sẽ không chính xác, vì thế, độ bù trượt được áp dụng để khắc phục hơn yếu tố trên. 

Ứng dụng của chế độ điều khiển V/F 

Chế độ điều khiển V/F có thể được coi là chế độ điều khiển mặc định trên mọi loại biến tần, vì vậy, nó có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng các ngành công nghiệp khác nhau. Các ứng dụng cơ bản cũng đều có thể cài đặt biến tần điều khiển ở chế độ V/F, có thể kể đến 
- Điều khiển các ứng dụng bơm, quạt,.. 
- Thiết bị nâng hạ 
- Thang máy 
- Hệ thống HVAC 
- Hệ thống khí nén,… 

Chế độ điều khiển vector vòng hở và vòng kín trên biến tần 

Chế độ điều khiển vector vòng hở (Open loop vector control) và vòng kín (Close loop vector control) là một trong những chế độ điều khiển có xác thực cao hơn chế độ điều khiển V/F và thường chỉ có trên những dòng cao cấp của các hãng biến tần.  
Chế độ vòng hở (Sensorless vector control): Đây là phương pháp điều khiển dựa trên dòng điện hồi tiếp từ động cơ, trong đó, biến tần sẽ giả lập một vector từ trường quay và điều khiển các thông số như tần số, điện áp để điều khiển chính xác tốc độ động cơ. 
Chế độ vòng kín (Close loop vector control): Đây là phương pháp điều khiển dựa trên việc xây dựng vector từ trường quay bên trong động cơ. Việc xác định tốc độ quay của từ trường dựa vào tốc độ quay thực của rotor bằng cách sử dụng cảm biến tốc độ quay hay còn gọi là encoder. Dựa vào tín hiệu encoder hồi tiếp, biến tần sẽ điều khiển các thông số tần số, điện áp, tần số sóng mang để điều khiển chính xác tốc độ động cơ. 

Chế độ điều khiển Torque vòng hở và kín 

Ngoài điều khiển tốc độ, một số biến tần còn tích hợp chế độ điều khiển vòng Torque hở hoặc kín. 
Chế độ điều khiển này có ứng dụng hiệu quả cho những máy thu xả cuộn đề nghị đảm bảo lực căng đều trong quá trình hoạt động. Tương tự như chế độ vòng kín và hở thì ở chế độ torque kín và hở thì độ xác thực về lực momen đầu ra của động cơ ở torque kín sẽ tốt hơn so với torque hở. Ở chế độ điều khiển torque đòi hỏi người cài đặt và có tri thức chuyên môn và thông hiểu tốt về manual của biến tần thì mới có thể vận hành được biến tần ở chế độ này. 
Công thức tính Torque do động cơ sinh ra: 
T(Nm) = 9550 x P(kW)/n(rpm) 
Trong đó: P là công suất động cơ, n là tốc độ động cơ 
Biến tần điều khiển động cơ chạy Torque nghĩa là điều khiển momen động cơ phát ra chính xác theo yêu cầu. Để thực hiện điều đó, biến tần cần tính toán lực kéo tải và thời gian tăng/giảm tốc sao cho công suất P không đổi. Vì thế khi lực Torque tỉ lệ nghịch với tốc độ nghĩa là kéo tải nặng chạy tốc độ thấp và tải nhẹ chạy tốc độ cao. 

Chế độ điều khiển Torque trong biến tần

Gồm 2 phương pháp: Torque vòng hở và Torque vòng kín: 
Chế độ Torque vòng hở: biến tần dựa vào dòng điện và điện áp hồi tiếp của động cơ sẽ tự động tính toán nội suy giá trị momen tại đầu trục động cơ. Dựa vào giá trị setpoint moment ban đầu, biến tần sẽ điều chỉnh momen động cơ theo mong muốn. Do tính chất nội suy momen không đạt độ chính xác cao nên chỉ áp dụng cho các ứng dụng không yêu cầu tính chính xác cao. 
Chế độ Torque vòng kín: biến tần sẽ dựa vào dòng điện và điện áp hồi tiếp của động cơ và tốc độ dựa vào tín hiệu encoder từ đó sẽ điều chỉnh chính xác momen động cơ và áp dụng đối với các ứng dụng yêu cầu tính chính xác cao.