Sự Khác Nhau Giữa Bộ Khởi Động Mềm Và VFD (Biến Tần)

Biến tần (VFDs) và khởi động mềm là hai loại thiết bị khởi động động cơ khác nhau, mặc dù việc sử dụng các thành phần bán dẫn thường gây ra sự nhầm lẫn. Mặc dù cả hai đều cho phép khởi động và dừng an toàn động cơ cảm ứng, nhưng chúng khác biệt đáng kể về nguyên lý hoạt động, chức năng và lợi ích ứng dụng.

Biến tần điều chỉnh cả điện áp và tần số để kiểm soát tốc độ động cơ một cách linh hoạt, phù hợp cho các tình huống tải biến đổi. Trong khi đó, khởi động mềm sử dụng tăng điện áp để hạn chế dòng điện khởi động mà không điều chỉnh tốc độ sau khi kích hoạt. Sự khác biệt cơ bản này xác định vai trò của chúng: Biến tần xuất sắc trong các ứng dụng nhạy với tốc độ và tiết kiệm năng lượng, trong khi khởi động mềm cung cấp giải pháp khởi động hiệu quả về chi phí và đơn giản cho các động cơ tốc độ cố định.

Trước khi đi sâu vào sự khác biệt giữa biến tần và khởi động mềm, điều quan trọng là phải định nghĩa thiết bị khởi động động cơ.

Thiết bị Khởi động Động cơ

Thiết bị khởi động động cơ là thiết bị quan trọng được thiết kế để khởi động và dừng an toàn hoạt động của động cơ cảm ứng. Khi khởi động, động cơ cảm ứng rút một dòng điện khởi động lớn - khoảng 8 lần dòng điện định mức - do kháng cuộn dây thấp. Dòng điện tăng đột ngột này có thể làm hỏng cuộn dây bên trong, giảm tuổi thọ của động cơ hoặc thậm chí gây cháy nổ.

Thiết bị khởi động động cơ giảm thiểu rủi ro này bằng cách giảm dòng điện khởi động, bảo vệ động cơ khỏi căng thẳng cơ học (ví dụ: giật đột ngột) và hư hỏng điện. Chúng cũng hỗ trợ quá trình tắt an toàn và thường bao gồm bảo vệ chống điện áp thấp và quá dòng - khiến chúng không thể thiếu cho hoạt động ổn định của động cơ.

Khởi động Mềm

Khởi động mềm là thiết bị khởi động động cơ chuyên dụng giảm dòng điện khởi động bằng cách giảm điện áp cung cấp cho động cơ. Nó sử dụng thyristor bán dẫn để điều khiển điện áp:

• Cấu hình Thyristor: Các cặp thyristor đối diện quản lý dòng điện chảy theo cả hai hướng.

• Hệ thống Ba Pha: Cần 6 thyristor để đồng thời giảm điện áp trên tất cả ba pha, đảm bảo khởi động cân bằng.

Thyristor có ba đầu nối: anode, cathode và cổng. Dòng điện không chảy cho đến khi một xung điện áp được áp dụng vào cổng, kích hoạt thyristor và cho phép dòng điện chảy qua. Lượng dòng điện hoặc điện áp được điều chỉnh bởi thyristor được kiểm soát bằng cách điều chỉnh góc điểm cháy của tín hiệu cổng - cơ chế này giảm dòng điện khởi động cung cấp cho động cơ khi khởi động.

Khi khởi động động cơ, góc điểm cháy được đặt để cung cấp điện áp thấp, dần dần tăng lên khi động cơ tăng tốc. Khi điện áp đạt đến điện áp đường dây, động cơ đạt tốc độ định mức. Một tiếp điểm bypass thường được sử dụng để cung cấp điện áp đường dây trực tiếp trong quá trình hoạt động bình thường.

Khi tắt động cơ, quá trình ngược lại: điện áp được giảm dần để giảm tốc động cơ trước khi cắt nguồn cung cấp. Do khởi động mềm chỉ thay đổi điện áp cung cấp trong quá trình khởi động và tắt, nó không thể điều chỉnh tốc độ động cơ trong quá trình hoạt động bình thường, hạn chế sử dụng của nó cho các ứng dụng tốc độ cố định.

Các ưu điểm chính của khởi động mềm bao gồm:

• Không Tạo Hài Cấp: Loại bỏ nhu cầu cần bộ lọc hài cấp bổ sung.

• Thiết kế Nhỏ Gọn: Diện tích nhỏ hơn so với biến tần do ít thành phần, giảm tổng chi phí.

Biến tần (Variable Frequency Drive)

Biến tần (VFD) là thiết bị khởi động động cơ dựa trên bán dẫn cho phép chức năng khởi động/dừng an toàn trong khi cũng cung cấp kiểm soát tốc độ đầy đủ trong quá trình hoạt động. Không giống như khởi động mềm, biến tần điều chỉnh cả điện áp cung cấp và tần số. Vì tốc độ của động cơ cảm ứng liên kết trực tiếp với tần số cung cấp, biến tần là lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ động thái.

Một biến tần bao gồm ba mạch cốt lõi: chỉnh lưu, bộ lọc DC và bộ nghịch đảo. Quá trình bắt đầu với chỉnh lưu chuyển đổi điện áp AC đường dây thành DC, sau đó được làm mịn bởi bộ lọc DC. Mạch nghịch đảo sau đó biến đổi điện áp DC ổn định trở lại thành AC, với hệ thống logic kiểm soát cho phép điều chỉnh chính xác cả điện áp và tần số đầu ra. Điều này cho phép tốc độ động cơ tăng mượt mà từ 0 RPM đến tốc độ định mức - và thậm chí vượt quá bằng cách tăng tần số - cung cấp kiểm soát toàn diện đối với đặc tính mô-men xoắn-tốc độ của động cơ.

Bằng cách thay đổi tần số cung cấp, biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động thái trong quá trình hoạt động, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ theo thời gian thực. Ví dụ bao gồm quạt điều chỉnh tốc độ dựa trên nhiệt độ và máy bơm nước phản ứng với áp suất nước vào. Do mô-men xoắn động cơ tỷ lệ thuận với cả dòng điện và điện áp cung cấp, khả năng điều chỉnh cả hai thông số của biến tần cho phép kiểm soát mô-men xoắn chi tiết.

So với các thiết bị khởi động truyền thống như DOL (direct-on-line) và khởi động mềm - chỉ có thể chạy động cơ ở tốc độ tối đa hoặc dừng - biến tần tối ưu hóa tiêu thụ điện năng bằng cách cho phép động cơ hoạt động ở tốc độ được lập trình. Tuy nhiên, tính linh hoạt này đi kèm với những nhược điểm: biến tần tạo ra harmonics đường dây, đòi hỏi bộ lọc bổ sung, và mạch phức tạp (bao gồm chỉnh lưu, bộ lọc và bộ nghịch đảo) dẫn đến kích thước lớn hơn và chi phí cao hơn - thường gấp ba lần so với khởi động mềm.