Chuyên điện trở xả biến tần

Điện trở xả là linh kiện thường dùng với biến tần trong các ứng dụng cần giảm tốc nhanh, dừng máy liên tục hoặc điều khiển tải có quán tính lớn. Chọn đúng điện trở giúp hạn chế lỗi quá áp khi hãm, đồng thời tránh làm hỏng bộ hãm và điện trở.Vậy điện trở xả là gì, tính công suất ra sao và đấu nối như thế nào cho đúng? Hãy cùng Abientan tìm hiểu qua các ví dụ thực tế dưới đây.

Điện trở xả là gì?

Điện trở xả biến tần (Braking Resistor) là điện trở công suất có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng điện do động cơ tái sinh khi giảm tốc thành nhiệt.Khi động cơ đang quay mà biến tần yêu cầu giảm tốc nhanh, năng lượng quán tính có thể làm điện áp trên DC bus tăng cao. Bộ hãm sẽ đóng/ngắt để đưa dòng điện qua điện trở xả, nhờ đó tiêu tán phần năng lượng dư thừa. Điện trở xả thường có hai thông số quan trọng:

• Giá trị điện trở (Ω): ảnh hưởng đến dòng điện xả và công suất hãm tức thời.
• Công suất (W hoặc kW): thể hiện khả năng chịu nhiệt của điện trở trong điều kiện làm việc quy định.

Khi nào cần sử dụng điện trở xả?

Không phải biến tần nào cũng cần lắp điện trở xả. Thiết bị này thường được sử dụng trong các trường hợp:

• Cẩu trục, máy nâng hạ: tải có thể kéo động cơ quay và phát sinh năng lượng tái sinh.
• Máy ly tâm: tốc độ cao, quán tính lớn, cần giảm tốc nhanh.
• Băng tải tải nặng: cần dừng trong thời gian ngắn.
• Máy cuộn, máy tháo cuộn: có thể phát sinh năng lượng tái sinh tùy trạng thái tải.
• Máy công nghiệp dừng, chạy thường xuyên: cần kiểm soát năng lượng hãm.

Với quạt hoặc bơm thông thường, nếu có thể giảm tốc từ từ và không phát sinh năng lượng tái sinh đáng kể, có thể không cần điện trở xả.Lưu ý: lỗi quá áp khi giảm tốc không phải lúc nào cũng do thiếu điện trở xả. Cần kiểm tra thời gian giảm tốc, tải cơ khí, nguồn điện và tình trạng biến tần trước khi quyết định lắp thêm.

Công thức tính điện trở xả

Để chọn điện trở phù hợp, cần xác định trị số điện trở, công suất xả tức thời và công suất nhiệt trung bình.

Tính công suất xả tức thời

Công thức cơ bản:P = V² / RTrong đó:

• P: công suất tức thời trên điện trở, đơn vị W.
• V: điện áp thực tế đặt trên điện trở khi bộ hãm hoạt động, đơn vị V.
• R: giá trị điện trở, đơn vị Ω.

Ví dụ minh họa:Giả sử điện áp hãm trên điện trở là 700 V và sử dụng điện trở 100 Ω.Công suất xả tức thời:P = 700² / 100 = 4.900 W = 4,9 kW.Dòng điện tức thời tương ứng:I = V / R = 700 / 100 = 7 A.Như vậy, khi có đủ 700 V đặt trên điện trở 100 Ω, công suất tức thời có thể đạt 4,9 kW. Đây không có nghĩa là phải chọn điện trở định mức 4,9 kW trong mọi trường hợp, vì bộ hãm thường chỉ đóng/ngắt theo từng chu kỳ.Lưu ý: 700 V chỉ là số giả định để minh họa phép tính, không phải điện áp hãm áp dụng cho mọi biến tần.

Tính công suất trung bình

Nếu biết công suất xả trong thời gian hãm và tỷ lệ thời gian hãm, có thể ước tính công suất trung bình:P trung bình ≈ P hãm × EDTrong đó ED là tỷ lệ thời gian hãm trong toàn bộ chu kỳ làm việc, viết dưới dạng số thập phân.Ví dụ:

• Công suất xả tức thời: 4.900 W.
• Tỷ lệ hãm ED: 10% = 0,1.

Khi đó:P trung bình ≈ 4.900 × 0,1 = 490 W.Kết quả 490 W là ước tính theo giả định công suất hãm bằng 4,9 kW trong thời gian hãm và bằng 0 trong thời gian còn lại. Khi chọn điện trở thực tế, phải xét chu kỳ hãm, nhiệt độ môi trường, khả năng quá tải ngắn hạn và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Chọn trị số Ω và công suất W như thế nào?

Cách an toàn nhất là tra bảng lựa chọn điện trở xả trong tài liệu của đúng model biến tần hoặc bộ hãm.Cần kiểm tra đồng thời:

1. Điện trở tối thiểu cho phép: không dùng trị số Ω thấp hơn giới hạn của nhà sản xuất, vì dòng hãm có thể quá lớn và làm hỏng transistor hãm.
2. Công suất điện trở: phải đáp ứng công suất và chu kỳ hãm của ứng dụng.
3. Khả năng chịu quá tải: một số điện trở cho phép chịu công suất lớn trong thời gian ngắn nhưng không thể làm việc liên tục ở mức đó.
4. Bộ hãm: xác định biến tần đã tích hợp transistor hãm hay cần bộ hãm động năng bên ngoài.

Không nên chọn điện trở chỉ dựa trên công suất động cơ hoặc áp dụng một bảng Ω/W chung cho tất cả các hãng biến tần.

Hướng dẫn đấu nối

Trước khi đấu nối, phải xác định đúng sơ đồ chân trong tài liệu của biến tần. Ký hiệu đầu nối khác nhau tùy hãng và model.

Trường hợp 1: Biến tần có tích hợp transistor hãm

Một số biến tần có sẵn mạch hãm, chỉ cần đấu điện trở vào hai đầu được chỉ định trong tài liệu.Sơ đồ nguyên lý minh họa:

       BIẾN TẦN
    ┌─────────────┐
    │             │
    │   P(+) ─────┼────┐
    │             │    │
    │             │ [ ĐIỆN TRỞ XẢ ]
    │             │    │
    │   PB/DB ────┼────┘
    │             │
    └─────────────┘

Trong sơ đồ trên, P(+) và PB/DB chỉ là ví dụ về ký hiệu thường gặp. Chỉ đấu theo đúng hai chân mà tài liệu của model cụ thể chỉ định. Không mặc định PB, DB, BR+ hoặc BR− có cùng ý nghĩa trên mọi biến tần.Các bước thực hiện:

1. Ngắt nguồn cấp cho biến tần và thực hiện quy trình khóa, treo thẻ cảnh báo nếu làm việc tại nhà máy.
2. Chờ thời gian xả tụ theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
3. Dùng thiết bị đo phù hợp để xác nhận điện áp DC bus đã giảm đến mức an toàn.
4. Kiểm tra trị số Ω của điện trở bằng đồng hồ đo và đối chiếu với tài liệu.
5. Đấu hai đầu điện trở vào đúng chân được chỉ định; siết chặt đầu nối.
6. Kiểm tra dây dẫn, cách điện, thông gió và khoảng cách với vật dễ cháy trước khi chạy thử.

Trường hợp 2: Biến tần cần bộ hãm ngoài

Nếu biến tần không có transistor hãm tích hợp hoặc khả năng hãm không đáp ứng yêu cầu, có thể cần lắp thêm bộ hãm động năng (Braking Unit/DBU).Sơ đồ nguyên lý:

      BIẾN TẦN             BỘ HÃM NGOÀI
    ┌───────────┐         ┌──────────────┐
    │ DC+  ─────┼────────►│ P+           │
    │           │         │              │
    │ DC-  ─────┼────────►│ P- / N-      │
    └───────────┘         │              │
                          │ R1 ──────┐   │
                          │          │   │
                          │ R2 ──────┘   │
                          └──────────────┘

Đây là sơ đồ khái niệm để nhận biết đường kết nối, không phải sơ đồ đấu dây dùng chung. Cần đấu điện trở vào đúng hai đầu ra dành cho điện trở của bộ hãm; ký hiệu P+, P−, N−, R1, R2 có thể khác nhau tùy thiết bị.Tuyệt đối không đấu điện trở xả vào ngõ ra U, V, W cấp cho động cơ hoặc tự ý đấu vào DC bus khi chưa xác định đúng cấu hình bộ hãm. Đấu sai có thể gây hư hỏng biến tần, bộ hãm hoặc nguy hiểm cho người thao tác.

Lỗi thường gặp

Điện trở có trị số Ω quá lớn

Dòng hãm có thể không đủ để tiêu tán năng lượng tái sinh. Biến tần vẫn có thể báo lỗi quá áp khi giảm tốc.

Điện trở có trị số Ω quá nhỏ

Dòng xả tăng cao, có thể làm quá tải hoặc phá hỏng transistor hãm. Phải tuân thủ trị số điện trở tối thiểu của nhà sản xuất.

Công suất W không đủ

Điện trở có thể quá nhiệt, cháy hoặc giảm tuổi thọ nếu thường xuyên làm việc vượt khả năng tản nhiệt.

Điện trở đặt ở nơi bí khí

Điện trở xả tỏa nhiệt rất lớn khi hoạt động. Cần bố trí thông thoáng, có che chắn chống tiếp xúc và giữ khoảng cách an toàn với dây dẫn, nhựa, dầu mỡ cùng các vật dễ cháy.

Lắp điện trở nhưng biến tần vẫn báo lỗi

Không nên thay điện trở liên tục khi chưa kiểm tra. Cần xác nhận đúng trị số Ω, công suất W, bộ hãm, thời gian giảm tốc, quán tính tải và tình trạng biến tần.

Câu hỏi thường gặp

Điện trở xả có phân cực không?

Bản thân điện trở thông thường không phân cực. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là có thể đấu tùy ý vào các chân của biến tần. Vẫn phải đấu đúng cặp đầu nối được nhà sản xuất chỉ định.

Có thể ghép nhiều điện trở xả không?

Có thể ghép nối tiếp hoặc song song nếu thiết kế cho phép.

• Nối tiếp: R tổng = R1 + R2 + …
• Song song: 1/R tổng = 1/R1 + 1/R2 + …

Với các điện trở giống nhau mắc song song, trị số Ω giảm theo số nhánh; công suất định mức tổng có thể cộng lại nếu các điện trở làm việc đúng điều kiện định mức và tản nhiệt phù hợp.Sau khi ghép, phải kiểm tra lại trị số Ω tổng, công suất, cách phân bố dòng và giới hạn của bộ hãm.

Có phải biến tần nào cũng lắp được điện trở xả?

Không. Cần xác định biến tần có tích hợp transistor hãm hay không. Nếu không có, có thể cần bộ hãm ngoài tương thích. Không nên chỉ nhìn công suất kW để kết luận.