Các Phương Pháp Điều Khiển Biến Tần Phổ Biến Nhất Hiện Nay

09/07/2024 bởi hieu

Hiện nay, có khá nhiều phương pháp điều khiển biến tần khác nhau. Tùy thuộc vào hệ thống và nhu cầu sử dụng thực tế. Bài viết dưới đây, Nam Phương Việt sẽ giới thiệu đến bạn 8 cách điều khiển biến tần thông dụng nhất hiện nay. Cùng theo dõi nhé!

Cách điều khiển biến tần bằng PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là phương pháp sử dụng bộ điều khiển logic lập trình để điều khiển hoạt động của biến tần. PLC sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến, công tắc hoặc hệ thống điều khiển cao hơn, sau đó xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu điều khiển phù hợp đến biến tần. Sau đó biến tần dựa trên tín hiệu nhận được từ PLC để điều chỉnh tốc độ, mô-men xoắn và các thông số khác của động cơ.

Điều khiển biến tần bằng PLC mang lại nhiều ưu điểm như:

  • Thực hiện được nhiều chức năng điều khiển khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp thông qua các chương trình lập trình.
  • Khả năng xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác của PLC giúp đảm bảo cho hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
  • Dễ dàng kết nối với các giao thức truyền thông khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các hệ thống.
  • Hệ thống điều khiển bằng PLC có thể dễ dàng mở rộng bằng cách thêm các module I/O hoặc PLC mới, đáp ứng nhu cầu thay đổi của hệ thống.
  • Tiết kiệm chi phí lắp đặt, vận hành và bảo trì so với các phuong pháp điều khiển truyền thống.

Bên cạnh đó thì phương pháp này cũng có 1 số nhược điểm nhỏ như:

  • Cần người vận hành có kiến thức chuyên môn về lập trình và ngôn ngữ lập trình PLC.
  • Một số hệ thống điều khiển bằng PLC có thể phức tạp hơn so với các hệ thống điều khiển truyền thống, đòi hỏi trình độ chuyên môn cao hơn để vận hành và bảo trì.

Cách điều khiển biến tần bằng PLC

Cách điều khiển biến tần bằng Encoder

Phương pháp điều khiển biến tần bằng Encoder, hay còn gọi là điều khiển vector hoặc điều khiển vòng kín, là một kỹ thuật dùng để điều khiển động cơ điện xoay chiều (AC) với sự hỗ trợ của một cảm biến vị trí (Encoder).

Encoder sẽ cung cấp thông tin phản hồi về vị trí và tốc độ của động cơ dưới dạng các tín hiệu, từ đó điều chỉnh các tham số của biến tần để điều khiển chính xác tốc độ và mô-men của động cơ.

Ưu điểm của cách điều khiển biến tần bằng Encoder:

  • Phản hồi từ Encoder cho phép điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ với độ chính xác cao.
  • Điều khiển vector cải thiện hiệu suất của động cơ, đặc biệt ở các tải biến động hoặc khi yêu cầu mô-men lớn.
  • Phản hồi từ Encoder giúp hệ thống điều khiển đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi trong tải hoặc yêu cầu vận hành.
  • Phương pháp này cho phép điều khiển mô-men của động cơ một cách chính xác, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu mô-men cao.

Bên cạnh những ưu điểm vừa đề cập, phuong pháp này cũng có một số nhược điểm như:

  • Sử dụng Encoder và các thiết bị liên quan làm tăng chi phí hệ thống so với các phương pháp điều khiển khác.
  • Hệ thống điều khiển với Encoder phức tạp hơn, yêu cầu cài đặt và bảo dưỡng kỹ lưỡng.
  • Hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào độ tin cậy của Encoder. Nếu Encoder bị hỏng hoặc gặp sự cố, hệ thống điều khiển có thể bị ảnh hưởng.
  • Phương pháp này đòi hỏi kiến thức và kỹ năng kỹ thuật cao để thiết kế, cài đặt và vận hành hệ thống.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng Encoder thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác và hiệu suất cao như trong các hệ thống băng tải, máy CNC, thang máy, và các máy móc tự động hóa trong ngành sản xuất.

Cách điều khiển biến tần bằng Encoder

Phương pháp điều khiển biến tần bằng biến trở

Phương pháp điều khiển biến tần bằng biến trở, còn gọi là điều khiển biến tần bằng tín hiệu analog, là một phương pháp điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra của biến tần dựa trên sự thay đổi giá trị điện trở. Biến trở này điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện đầu vào của biến tần, từ đó kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.

Đây là một cách điều khiển biến tần phổ biến với nhiều ưu điểm như:

  • Dễ dàng cài đặt và sử dụng, không yêu cầu nhiều kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật điện tử hoặc lập trình.
  • Biến trở là thiết bị rẻ tiền và dễ dàng tìm kiếm trên thị trường.
  • Người sử dụng có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ một cách liên tục và mượt mà.
  • Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại biến tần và động cơ khác nhau.

Tuy nhiên điều khiển bằng biến trở cũng có một số nhược điểm nhất định, chẳng hạn như:

  • Độ chính xác thấp hơn so với các phương pháp điều khiển kỹ thuật số hoặc bằng Encoder.
  • Phương pháp này không cung cấp phản hồi về vị trí hay tốc độ của động cơ, do đó không thể tự động điều chỉnh khi có thay đổi tải.
  • Không tối ưu hiệu suất động cơ như các phương pháp điều khiển vector hoặc vòng kín.
  • Biến trở có thể bị mòn hoặc hư hỏng theo thời gian, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển.

Vì vậy, phương pháp điều khiển biến tần bằng biến trở chỉ thường được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao. Ví dụ như các hệ thống quạt thông gió, bơm nước, và các máy móc đơn giản trong công nghiệp.

Cách điều khiển biến tần bằng biến trở

Phương pháp điều khiển biến tần bằng màn hình HMI

HMI (Human Machine Interface) là phương pháp sử dụng màn hình giao diện người – máy để điều khiển và giám sát hoạt động của biến tần. Màn hình HMI cung cấp giao diện trực quan tương tự 1 chiếc máy tính bảng, dễ sử dụng cho người vận hành, giúp họ dễ dàng điều chỉnh các thông số, theo dõi trạng thái hoạt động và khắc phục sự cố của biến tần.

HMI sẽ được kết nối với biến tần thông qua giao thức truyền thông như Modbus, RS485, Profibus, v.v. HMI nhận dữ liệu từ biến tần về các thông số hoạt động như tốc độ, mô-men xoắn, điện áp, dòng điện, v.v. và hiển thị dữ liệu này trên màn hình. Người vận hành có thể điều chỉnh các thông số này bằng cách chạm vào màn hình hoặc sử dụng các nút điều khiển trên HMI. Ngoài ra, HMI cũng ghi lại dữ liệu hoạt động của biến tần và hiển thị dưới dạng biểu đồ, lịch sử để người vận hành dễ dàng theo dõi.

Các ưu điểm của cách điều khiển này là:

  • Dễ vận hành và thao tác
  • Người dùng có thể thay đổi các tham số điều khiển một cách  nhanh chóng và dễ dàng, phù hợp với nhiều loại ứng dụng khác nhau.
  • Khả năng giám sát, thu thập dữ liệu và cung cấp các báo cáo chi tiết về hoạt động của hệ thống, giúp cải thiện việc quản lý và bảo trì.
  • Tích hợp tốt với hệ thống tự động hóa như: SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) và PLC (Programmable Logic Controller), cho phép điều khiển và giám sát toàn diện.
  • HMI có khả năng gửi cảnh báo và thông báo khi có sự cố, giúp người vận hành phản ứng nhanh chóng.

Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm nhất định như:

  • Hệ thống HMI thường đắt tiền hơn so với các phương pháp điều khiển truyền thống do yêu cầu phần cứng và phần mềm chuyên dụng.
  • Việc thiết lập và lập trình HMI yêu cầu kiến thức kỹ thuật cao và thời gian để cấu hình.
  • HMI cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và tránh các sự cố phần cứng hoặc phần mềm.
  • HMI thường phụ thuộc vào nguồn điện liên tục và kết nối mạng ổn định, điều này có thể gây khó khăn trong một số điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng HMI thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp tự động hóa phức tạp, như các dây chuyền sản xuất, nhà máy xử lý nước, hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning), và các ứng dụng yêu cầu giám sát và điều khiển chính xác.

Cách điều khiển biến tần bằng HMI

Cách điều khiển biến tần bằng SSR

Phương pháp điều khiển biến tần bằng SSR (Solid State Relay) là một kỹ thuật sử dụng rơ-le bán dẫn (như thyristor, triac, diode, hoặc transistor) để điều khiển hoạt động của biến tần. Đây là một phương pháp điều khiển không tiếp xúc cơ khí, tận dụng các linh kiện bán dẫn để chuyển mạch và điều khiển dòng điện. SSR có thể được điều khiển bằng tín hiệu điều khiển điện áp thấp và không gây ra tia lửa điện như rơ-le cơ khí.

Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi bật:

  • SSR không có các phần tử cơ khí, do đó không bị mòn hoặc hỏng hóc do tiếp xúc, kéo dài tuổi thọ và giảm nhu cầu bảo trì.
  • SSR có thời gian chuyển mạch nhanh hơn so với rơ-le cơ khí, cho phép điều khiển chính xác hơn và giảm độ trễ trong hệ thống.
  • SSR không phát ra tiếng ồn khi chuyển mạch, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu môi trường yên tĩnh.
  • SSR có độ tin cậy cao và hoạt động ổn định trong các điều kiện làm việc khác nhau, bao gồm các môi trường khắc nghiệt.
  • SSR ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, đảm bảo hoạt động ổn định trong các môi trường có nhiều nhiễu.

Bên cạnh đó thì cách điều khiển biến tần bằng SSR cũng có các nhược điểm như:

  • SSR có thể phát nhiệt khi hoạt động, yêu cầu hệ thống tản nhiệt tốt để đảm bảo hoạt động ổn định.
  • SSR có giới hạn về dòng điện tối đa mà chúng có thể chuyển mạch, do đó không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu dòng điện rất lớn.
  • SSR có thể có hiệu suất chuyển đổi thấp hơn so với các loại công tắc khác, dẫn đến tổn thất năng lượng.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng SSR thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, phản hồi nhanh và hoạt động không ồn. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Hệ thống điều khiển nhiệt độ trong các lò nung hoặc máy sưởi.
  • Các dây chuyền sản xuất tự động.
  • Hệ thống điều khiển ánh sáng.
  • Các ứng dụng công nghiệp yêu cầu điều khiển chính xác và không tiếp xúc cơ khí.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng SSR

Cách điều khiển biến tần bằng điện áp

Điều khiển biến tần bằng điện áp là phương pháp sử dụng tín hiệu điện áp (thường là tín hiệu analog từ 0-10V hoặc 4-20mA) để điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra của biến tần. Tín hiệu điện áp này có thể được cung cấp từ các thiết bị điều khiển như potentiometer (biến trở), bộ điều khiển PLC, hoặc các cảm biến khác.

Ưu điểm của cách điều khiển biến tần bằng điện áp:

  • Hoạt động đơn giản và dễ dàng triển khai trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.
  • Chi phí thấp
  • Tín hiệu điện áp cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách liên tục và mượt mà.
  • Khả năng tương thích cao, dễ dàng tích hợp với nhiều loại thiết bị khác nhau.

Tuy nhiên phương pháp này lại có các nhược điểm như:

  • Không đạt được độ chính xác cao như các phương pháp điều khiển kỹ thuật số hoặc điều khiển bằng Encoder.
  • Không có cơ chế phản hồi tự động, do đó hệ thống không thể tự điều chỉnh khi có sự thay đổi tải.
  • Tín hiệu điện áp có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, gây ra sự không ổn định trong điều khiển.
  • Phương pháp này không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển phức tạp hoặc cần nhiều tham số điều chỉnh khác nhau.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng điện áp thường được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao, ví dụ như:

  • Hệ thống quạt và bơm.
  • Băng tải đơn giản.
  • Hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning).

Phương pháp điều khiển biến tần bằng điện áp

Phương pháp điều khiển biến tần bằng FOC

FOC (Field-Oriented Control) là một kỹ thuật điều khiển động cơ điện xoay chiều tiên tiến, đặc biệt là động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. FOC còn được gọi là điều khiển vector và được sử dụng để đạt được hiệu suất cao và điều khiển chính xác động cơ.

Phương pháp điều khiển vector này sử dụng các thuật toán toán học để điều khiển động cơ xoay chiều dựa trên các thành phần từ trường quay và mô-men quay của động cơ. Bằng cách chuyển đổi các đại lượng điện từ trục quay sang hệ tọa độ trục d và q, giúp điều khiển động cơ giống như một động cơ DC.

Ưu điểm nổi bật của phương pháp điều khiển biến tần bằng FOC:

  • Hiệu suất cao nhờ kiểm soát chính xác dòng điện và từ trường, giúp cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm tổn thất.
  • Phương pháp này cho phép điều khiển mô-men xoắn và tốc độ của động cơ một cách chính xác và nhanh chóng.
  • FOC cung cấp phản hồi nhanh và đáp ứng tốt với các thay đổi tải và điều kiện vận hành.
  • FOC giúp động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả ngay cả ở tốc độ thấp, điều mà các phương pháp điều khiển khác có thể gặp khó khăn.
  • Phương pháp này có thể áp dụng cho cả động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Bên cạnh đó thì cách điều khiển này cũng có một số nhược điểm như:

  • FOC đòi hỏi các thuật toán phức tạp và khả năng tính toán mạnh mẽ, điều này có thể tăng chi phí phần cứng và phần mềm.
  • Việc thiết lập và tối ưu hóa hệ thống FOC yêu cầu kiến thức chuyên sâu về điện tử công suất, điều khiển tự động, và động cơ điện.
  • Hệ thống FOC thường đắt tiền hơn do yêu cầu các bộ vi xử lý hoặc DSP (Digital Signal Processor) mạnh mẽ để thực hiện các tính toán thời gian thực.
  • Phương pháp này cần cảm biến vị trí hoặc tốc độ chính xác để cung cấp thông tin phản hồi cho điều khiển, điều này có thể làm tăng chi phí và phức tạp hệ thống.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng FOC thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cao, bao gồm:

  • Động cơ servo trong các hệ thống CNC và robot công nghiệp.
  • Xe điện và xe hybrid.
  • Các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy điều hòa không khí.
  • Các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi kiểm soát chính xác mô-men xoắn và tốc độ.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng FOC

Phương pháp điều khiển biến tần bằng Rơ le

Phương pháp điều khiển biến tần bằng rơ le là một kỹ thuật đơn giản, dễ triển khai. Bằng cách sử dụng các rơ le điện cơ để bật hoặc tắt biến tần, thay đổi các chế độ hoạt động hoặc điều khiển các tham số khác của biến tần. Rơ le có thể được kích hoạt bằng tín hiệu từ các bộ điều khiển hoặc cảm biến.

Ưu điểm:

  • Đơn giản và dễ triển khai phù hợp với nhiều ứng dụng đơn giản.
  • Rơ le là thiết bị rẻ tiền và dễ tìm trên thị trường, giúp giảm chi phí hệ thống.
  • Mặc dù là linh kiện rẻ tiền nhưng các loại Rơ le lại có tuổi thọ khá cao và hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.
  • Rơ le có thể chịu được dòng điện và điện áp lớn, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng.

Nhược điểm:

  • Rơ le có thời gian đáp ứng chậm hơn so với các thiết bị bán dẫn, điều này có thể làm giảm hiệu suất trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ phản hồi nhanh.
  • Các tiếp điểm của rơ le có thể bị mòn theo thời gian do tác động cơ học, dẫn đến giảm hiệu suất và cần phải bảo trì hoặc thay thế.
  • Rơ le chỉ có thể thực hiện các chức năng bật/tắt đơn giản, không thể điều khiển các tham số phức tạp như tốc độ hoặc mô-men xoắn của động cơ.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng rơ le thường được sử dụng trong các ứng dụng đơn giản và không yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như:

  • Bật/tắt biến tần trong các hệ thống bơm nước hoặc quạt thông gió.
  • Chuyển đổi chế độ hoạt động của biến tần trong các máy móc công nghiệp đơn giản.
  • Bảo vệ hệ thống bằng cách ngắt nguồn điện trong các trường hợp sự cố.

Phương pháp điều khiển biến tần bằng Rơ le

Trên đây là 8 cách điều khiển biến tần phổ biến nhất hiện nay. Vì khối lượng kiến thức là tương đối lớn, nên Nam Phương Việt không thể trình bày chi tiết trong một bài viết này được. Vì vậy, chúng tôi sẽ viết các chuyên đề nhỏ hơn và chi tiết hơn về các phương pháp, cách thức hoạt động của chúng.

Nếu bạn đọc có bất kỳ sự góp ý nào, vui lòng để lại bình luận bên dưới, chúng ta sẽ cùng thảo luận kỹ hơn.

Đánh giá

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Công Ty Cổ Phần Công Nghệ Nam Phương Việt được thành lập vào năm 2010 và trong suốt chặng đường 12 năm phát triển đã đạt được nhiều thành công trong các dự án. Nam Phương Việt có nguồn lực mạnh mẽ từ đội ngũ công nhân viên giỏi tay nghề, chuẩn chuyên môn trong ngành.