Điện trở xả cho biến tần: Cách chọn điện trở hãm chính xác

Khi nào biến tần cần điện trở xả?

Điện trở xả thường được sử dụng khi hệ thống yêu cầu:

• Động cơ giảm tốc nhanh.
• Tải có quán tính lớn.
• Máy nâng hạ, cẩu trục, thang máy.
• Băng tải cần dừng nhanh.
• Máy ly tâm.
• Máy cuộn/xả cuộn.
• Tải có xu hướng kéo ngược động cơ.
• Hệ thống thường xuyên tăng tốc và giảm tốc.

Khi giảm tốc, động cơ có thể trả năng lượng về DC Bus. Nếu năng lượng tái sinh lớn, điện áp DC Bus tăng và biến tần có thể báo lỗi quá áp. Điện trở hãm giúp tiêu tán phần năng lượng này.

Điện trở xả cho biến tần gồm những thông số nào?

Khi chọn điện trở xả, cần quan tâm chủ yếu đến:

Giá trị điện trở – Ω

Đây là thông số rất quan trọng. Không được chọn điện trở có giá trị thấp hơn mức tối thiểu mà biến tần cho phép vì dòng điện qua transistor hãm có thể tăng quá cao và gây hư hỏng.

Ngược lại, điện trở quá lớn sẽ làm dòng hãm giảm và khả năng hãm không đạt yêu cầu. Schneider cũng khuyến cáo điện trở quá thấp có thể gây hư hỏng mạch IGBT hãm, trong khi điện trở quá cao làm hiệu quả hãm giảm.

Công suất – W

Công suất điện trở quyết định khả năng tiêu tán nhiệt. Công suất cần lựa chọn theo năng lượng tái sinh và chu kỳ hãm, không đơn giản lấy bằng công suất motor.

Omron khuyến nghị công suất điện trở phải đáp ứng năng lượng tái sinh trung bình và nên có dự phòng công suất để hạn chế quá nhiệt.

Chu kỳ hãm

Ví dụ một biến tần 15 kW không có nghĩa bắt buộc phải sử dụng điện trở 15 kW. Nếu điện trở chỉ làm việc trong thời gian ngắn và có thời gian nghỉ dài, công suất trung bình cần thiết có thể thấp hơn đáng kể.

Cách chọn điện trở xả cho biến tần

Xác định đúng model biến tần

Trước tiên cần biết chính xác:

Hãng → Series → Model → Điện áp → Công suất

Ví dụ:

USFULL FU9000D – 3 pha 380V – 15kW

hoặc:

Mitsubishi FR-A800 – 3 pha 380V – 15kW

Không nên chỉ cung cấp thông tin "biến tần 15kW" rồi chọn điện trở theo bảng chung.

Mỗi dòng biến tần có thể có giới hạn điện trở tối thiểu khác nhau. Ví dụ, Schneider công bố giá trị điện trở tối thiểu riêng cho từng model Altivar.

Xác định giá trị điện trở Ω

Có thể hiểu đơn giản:

R càng nhỏ → dòng hãm càng lớn → lực hãm lớn hơn nhưng tải lên transistor hãm cũng cao hơn.

R càng lớn → dòng hãm giảm → khả năng hãm giảm.

Vì vậy, giá trị điện trở phải nằm trong phạm vi mà nhà sản xuất biến tần cho phép:

Rmin ≤ Rđiện trở ≤ Rmax

Schneider và Omron đều đưa ra nguyên tắc lựa chọn này.

Xác định công suất điện trở W

Công suất điện trở cần dựa trên năng lượng mà tải trả về trong quá trình giảm tốc.

Công thức công suất tức thời cơ bản:

P = U² / R

Trong đó:

• P: công suất trên điện trở, W
• U: điện áp đặt lên điện trở, V
• R: giá trị điện trở, Ω

Ví dụ điện áp hãm khoảng 700V và điện trở 100Ω:

P = 700² / 100 = 4.900W

Đây là công suất tức thời lý thuyết khi điện trở được đóng ở mức điện áp đó, không phải cứ biến tần 5kW thì phải dùng điện trở 4,9kW.

Công suất thực tế còn phụ thuộc thời gian hãm, tần suất hãm và chu kỳ làm việc.

Bảng tham khảo chọn điện trở xả cho biến tần

Bảng dưới đây dùng để tham khảo khi thiết kế ban đầu, không thay thế bảng điện trở của nhà sản xuất. Cùng một công suất biến tần nhưng các model khác nhau có thể yêu cầu điện trở khác nhau.

Công suất biến tần	Điện áp biến tần	Giá trị điện trở tham khảo	Công suất điện trở tham khảo
0.75 kW	1 pha/3 pha 220V	100–400Ω	100–300W
1.5 kW	1 pha/3 pha 220V	70–300Ω	200–500W
2.2 kW	1 pha/3 pha 220V	50–200Ω	300–500W
3.7 kW	3 pha 380V	70–200Ω	500–800W
5.5 kW	3 pha 380V	50–150Ω	500–1000W
7.5 kW	3 pha 380V	40–120Ω	800–1500W
11 kW	3 pha 380V	30–100Ω	1000–2000W
15 kW	3 pha 380V	25–80Ω	1500–3000W
18.5 kW	3 pha 380V	20–70Ω	2000–4000W
22 kW	3 pha 380V	15–60Ω	2000–5000W
30 kW	3 pha 380V	10–50Ω	3000–6000W
37 kW	3 pha 380V	8–40Ω	4000–8000W
45 kW	3 pha 380V	7–35Ω	5000–10000W
55 kW	3 pha 380V	5–30Ω	5000–12000W
75 kW	3 pha 380V	4–25Ω	8000–15000W

Lưu ý: Bảng trên chỉ là khoảng tham khảo để định hướng, không phải bảng thông số chính thức của một hãng biến tần cụ thể. Khi lắp đặt thực tế phải kiểm tra manual/catalog của đúng model.

Ví dụ, Schneider có những model Altivar 930 mà giá trị Rmin/Rmax thay đổi đáng kể theo từng công suất và điện áp; do đó không thể áp dụng một giá trị Ω chung cho toàn bộ dòng biến tần.

Ví dụ cách chọn điện trở xả cho biến tần 15kW

Giả sử có:

• Công suất biến tần: 15kW
• Nguồn: 3 pha 380V
• Động cơ: 15kW
• Yêu cầu giảm tốc nhanh.
• Tải có quán tính lớn.

Bước đầu tiên là kiểm tra manual để xác định Rmin của biến tần.

Giả sử nhà sản xuất cho phép:

Rmin = 20Ω

Không được sử dụng điện trở 10Ω hoặc 15Ω nếu thấp hơn giới hạn này.

Sau đó chọn một giá trị phù hợp, ví dụ:

30Ω – 50Ω

Tiếp theo tính công suất hãm và chu kỳ làm việc để lựa chọn công suất điện trở.

Nếu chọn:

R = 50Ω

và điện áp hãm khoảng:

U = 700V

thì:

P = 700² / 50 = 9.800W

Đây là công suất tức thời lý thuyết khi điện trở chịu điện áp 700V. Nếu điện trở chỉ đóng trong thời gian ngắn, công suất trung bình theo chu kỳ sẽ thấp hơn.

Vì vậy, không nên nhìn kết quả 9.800W rồi kết luận bắt buộc phải dùng điện trở 10kW liên tục. Cần tính cả thời gian hãm và chu kỳ làm việc.

Điện trở xả 300W, 500W, 800W, 1000W dùng cho biến tần nào?

Trên thị trường có nhiều loại điện trở xả sứ như:

• Điện trở xả 300W.
• Điện trở xả 500W.
• Điện trở xả 800W.
• Điện trở xả 1000W.
• Điện trở xả công suất lớn hơn.

Ví dụ dòng điện trở sứ GBR20 có các giá trị 70Ω, 100Ω, 120Ω, 150Ω, 180Ω, 200Ω... với nhiều mức công suất khác nhau.

Tuy nhiên, không thể chỉ nhìn công suất biến tần để chọn điện trở. Cần đồng thời kiểm tra:

Ω + W + điện áp + chu kỳ hãm + Rmin của biến tần.

Những sai lầm thường gặp khi chọn điện trở xả

Chỉ chọn theo công suất motor

Đây là cách chọn không chính xác. Motor 15kW không đồng nghĩa điện trở xả phải là 15kW.

Công suất điện trở phụ thuộc vào năng lượng tái sinh và chu kỳ hãm.

Chọn điện trở có Ω quá thấp

Điện trở càng thấp thì dòng điện càng lớn. Nếu thấp hơn Rmin của biến tần, transistor hãm có thể bị quá dòng và hư hỏng.

Chọn Ω quá cao

Điện trở quá lớn làm dòng hãm giảm, khiến khả năng giảm tốc không đạt yêu cầu.

Chỉ quan tâm đến W mà bỏ qua chu kỳ hãm

Một điện trở 1000W có thể phù hợp với một ứng dụng hãm ngắn nhưng chưa chắc phù hợp với ứng dụng hãm liên tục.

Không kiểm tra biến tần có sẵn transistor hãm hay không

Một số biến tần cần điện trở xả kết nối trực tiếp, trong khi một số model công suất lớn có thể cần braking unit bên ngoài. Schneider cũng chỉ rõ một số phiên bản Altivar không tích hợp transistor hãm và cần bộ hãm bổ sung.

Cách chọn điện trở xả chính xác nhất

Để chọn đúng điện trở xả cho một biến tần cụ thể, nên thực hiện theo thứ tự:

Bước 1: Xác định chính xác model biến tần.

Bước 2: Xác định điện áp nguồn và công suất.

Bước 3: Kiểm tra biến tần có transistor hãm tích hợp hay cần braking unit.

Bước 4: Tra thông số Minimum Braking Resistance – Rmin.

Bước 5: Xác định giá trị điện trở Ω phù hợp với yêu cầu hãm.

Bước 6: Tính năng lượng tái sinh và công suất trung bình.

Bước 7: Chọn công suất W và hệ số dự phòng phù hợp.

Bước 8: Kiểm tra lại chu kỳ làm việc và điều kiện tản nhiệt.

Omron cũng đưa ra nguyên tắc lựa chọn: điện trở phải nằm trong giới hạn điện trở yêu cầu và điện trở tối thiểu của biến tần, đồng thời công suất phải đáp ứng năng lượng tái sinh; tài liệu của hãng còn khuyến nghị có dự phòng công suất để hạn chế quá nhiệt.

Kết luận

Điện trở xả cho biến tần không nên được lựa chọn đơn giản theo công suất động cơ. Hai thông số quan trọng nhất là giá trị điện trở Ω và công suất W, sau đó phải xét đến điện áp DC Bus, thời gian giảm tốc, tần suất hãm và chu kỳ làm việc.

Đặc biệt, cần đảm bảo:

Rmin ≤ R điện trở ≤ Rmax

và công suất điện trở phải đáp ứng được năng lượng tái sinh của tải. Việc sử dụng điện trở có giá trị thấp hơn mức cho phép có thể gây quá dòng mạch hãm và làm hỏng transistor hãm của biến tần.

Nếu cần chọn chính xác cho từng model, hãy ưu tiên thông số trong manual của nhà sản xuất thay vì sử dụng bảng tham khảo chung.