Sử Dụng Bộ Điều Khiển Tốc Độ Motor 1 Pha Thế Nào Cho Đúng?

14 thg 4 2024 20:39

Bạn đã bao giờ muốn "thuần hóa" cỗ máy điện của mình, biến nó trở nên linh hoạt và đáp ứng mọi nhu cầu? Bí quyết nằm ở việc sử dụng Bộ điều khiển tốc độ Motor 1 pha.

Hãy tưởng tượng bạn có thể điều chỉnh tốc độ của motor một cách dễ dàng, chỉ bằng một nút vặn. Quạt quay êm ái theo ý muốn, máy bơm hoạt động hiệu quả hơn, hay máy móc công nghiệp vận hành mượt mà, an toàn.

Với Bộ điều khiển tốc độ Motor 220V, tất cả đều trở nên khả thi. Thiết bị nhỏ gọn này đóng vai trò như "bộ não" điều khiển, giúp bạn làm chủ cỗ máy điện của mình.

Nội dung

1. Motor AC 1 pha là gì?
2, Các cách điều khiển tốc độ motor 220v 1 pha
3. Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha thế nào cho đúng?
4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ motor 1 pha tiên tiến
5. Lựa chọn bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha
6. Ứng dụng của bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha
Kết luận:

1. Motor AC 1 pha là gì?

Động cơ AC 1 pha của bộ điều khiển tốc độ motor 1 pha hiện đang được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam, nhất là trong công nghiệp và điện dân dụng. Với đặc điểm sử là dụng trực tiếp bằng lưới điện dân dụng 220V nên bộ điều khiển này được ưu tiên hàng đầu trong việc sản xuất các loại máy móc sản xuất và máy móc dân dụng.

Cấu tạo của motor AC 1 pha vô cùng đơn giản, có thể nhiều người đã biết vì loại động cơ này đã được đưa vào giảng dạy tại chương trình Công nghệ cấp trung học phổ thông. Cấu tạo của động cơ AC 1 pha bao gồm 2 phần: Rotor (chính là phần quay) và stator (còn gọi là phần tĩnh),

Rotor lại được chia làm 2 loại nhỏ hơn: rotor lồng sóc và rotor dây quấn (có momen xoắn lớn và loại này có giá thành tương đối cao),
Stator bao gồm 1 cuộn dây đồng quấn quanh phần lõi thép kỹ thuật.

Vì nhiều mục đích ứng dụng cũng như điều kiện khác nhau, động cơ AC 1 pha thường được trang bị thêm một số phụ kiện đi kèm để hướng vào mục đích chính: Giảm tốc độ, điều khiển tốc độ và thực hiện chức năng đảo chiều quay.

Tuỳ vào mục đích và điều kiện, người ta có thể quyết định sử dụng động cơ AC 1 pha hay là AC 3 pha. Loại động cơ AC 3 pha thì thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, chẳng hạn như: trạm bơm cấp nước, hệ thống sản xuất, quạt gió công nghiệp. Động cơ AC 3 pha hoạt động mạnh hơn so với động cơ 1 pha, nhưng bạn cần phải sử dụng lưới điện 3 pha hoặc thông qua các biến tần để chuyển từ điện 1 pha sang điện 3 pha.

Vì khó khăn về hệ thống lưới điện 3 pha nên trong lĩnh vực dân dụng, người ta ưu tiên lựa chọn động cơ 1 pha để sử dụng thuận tiện và cũng không cần đến những loại motor AC có công suất quá cao.

2, Các cách điều khiển tốc độ motor 220v 1 pha

Hiện nay, có một số cách được sử dụng để điều khiển động cơ 1 pha như sau:

Đầu tiên là các bạn cần tìm hiểu bộ dimmer giúp điều khiển tốc độ của động cơ, loại này thường được sử dụng để điều khiển phần motor của 1 số loại quạt. Đây cũng là một trong những phương pháp đơn giản giúp cho ta có thể điều khiển, điều chỉnh được tốc độ.

Còn phương án thứ 2 là bạn nên chuyển đổi cách sử dụng điện, từ động cơ 1 pha sang động cơ 3 pha để khi điều khiển động cơ điện ở tốc độ thấp vẫn có được mô men cao để giúp cho máy móc hoạt động. Trong khi đó, việc sử dụng động cơ điện 1 pha khi chạy ở tần số thấp gần như sẽ làm cho máy bị mất lực torque.

Trên thị trường hiện nay có một số loại biến tần thường được sử dụng để điều khiển motor 1 pha luôn, tuy nhiên chúng vẫn tồn tại 1 số nhược điểm như sau:

Do về bản chất cấu tạo 1 pha nên nếu có dùng bộ chuyển đổi hay biến tần đi chăng nữa thì khi chạy ở tốc độ thấp gần như lực của motor 1 pha rất yếu. Cho nên, bạn khó có thể ứng dụng được motor 1 pha vào các máy móc dây chuyền có tốc độ thấp được.
Các loại biến tần chuyên dụng cho motor 1 pha thường rất hiếm hàng, cho dù có thì giá thành sẽ rất cao và bạn còn phải chờ nhập hàng do sản phẩm này chưa có bán đại trà.
Có một số loại biến tần chuyển từ 1 pha ra 3 pha sau đó lại được cải chế lại 1 lần nữa để chạy cho motor điện 1 pha đang được quảng cáo rất nhiều trên thị trường. Tuy nhiên, việc sử dụng các biến tần cho động cơ 1 pha lại không có nhiều ý nghĩa thực tiễn nên việc này chỉ làm tốn kém thêm chi phí đầu tư hơn mà thôi.

a) Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ cho motor 220v 1 pha

Dưới đây là link bản vẽ và phân tích chi tiết về bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha phổ biến trên thị trường:

b) Điều chỉnh tốc độ của động cơ máy nén khí bằng phương pháp thay đổi số đôi cực

Dây quấn stato rất đặc biệt, nó có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ của động cơ sẽ có bấy nhiêu cấp. Vì vậy, việc thay đổi tốc độ motor chỉ có thể thay đổi từng cấp một và không bằng phẳng. Có nhiều cách để giúp bạn thay đổi số đôi cực của cuộn dây quấn stato như:

Đổi cách nối dây để có được những số đôi cực khác nhau. Cách này dùng trong động cơ điện 2 tốc độ được tính theo tỷ lệ 2:1
Trên rãnh stato, hãy đặt 2 dây quấn độc lập có các số đôi cực khác nhau, thường dùng để đạt được 2 tốc độ chia theo tỷ lệ 4:3 hoặc 6:5
Trên rãnh stato, người ta đặt 2 dây quấn độc lập có các số đôi cực khác nhau, mỗi dây quấn lại có thể đổi ngược cách nối để có được số đôi cực khác nhau.

Điều chỉnh tốc độ máy nén khí bằng phương pháp thay đổi số đôi cực

Dây quấn rôto ở bên trong động cơ không đồng bộ thì sẽ có số đôi cực bằng với số đôi cực của cuộn dây quấn stato. Do đó, khi tiến hành đấu lại dây quấn stato để có được số đôi cực khác nhau thì cuộn dây quấn rôto cũng phải đấu nối lại, làm như vậy không tiện lợi chút nào.

Ngược lại, dây quấn của rôto lồng sóc được thích ứng với bất kỳ số đôi cực nào của cuộn dây quấn stato. Do đó, nó thích hợp cho động cơ điện thực hiện thay đổi số đôi cực nhằm mục đích điều chỉnh tốc độ. Mặc dù là điều chỉnh tốc độ theo hướng nhảy cấp, nhưng cách này có ưu điểm là giữ nguyên được độ cứng của đặc tính cơ.

b) Điều chỉnh tốc độ cho máy nén khí bằng phương pháp thay đổi tần số

Tốc độ của động cơ được tính bằng: KĐB n = n1(1-s) = (60f/ p)(1-s). Khi hệ số trượt có sự thay đổi ít thì tốc độ động cơ sẽ tỷ lệ thuận với tần số.

Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44f1W1Kdq Ømax, chúng ta nhận thấy max sẽ tỷ lệ thuận với E1/ f1. Người ta mong muốn đảm bảo cho Ømax= const thì phải điều chỉnh đồng thời cả E/ f, điều này có nghĩa là phải sử dụng 1 nguồn điện đặc biệt, đó là các sản phẩm có tên là bộ biến tần máy nén khí, được dùng trong công nghiệp.

Do sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của kỹ thuật vi điện tử và mạch điện tử công suất, các bộ biến tần lần lượt ra đời đã mở ra 1 triển vọng lớn cho con người trong lĩnh vực điều khiển các động cơ xoay chiều bằng phương pháp thay đổi tần số.

Sử dụng biến tần để giúp điều khiển động cơ điện theo các quy luật khác nhau (chẳng hạn như quy luật U/ f, điều khiển véc tơ,...) đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ cho động cơ điện với nhiều tính năng vượt trội.

c) Điều chỉnh tốc độ động cơ máy nén khí bằng cách thay đổi điện áp

Ta biết rằng hệ số trượt giới hạn của động cơ Sth không phụ thuộc vào điện áp, nếu như R’2 không đổi thì khi thực hiện giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn Sth sẽ không còn giá trị Mmax để làm giảm tỷ lệ với U2.

Phương pháp này chỉ thực hiện hiệu quả khi máy mang tải, con khi máy không mang tải mà làm giảm điện nguồn thì tốc độ của chúng gần như không đổi.

d) Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở

Thông qua vành trượt, chúng ta sẽ nối một biến trở 3 pha có thể điều chỉnh được vào trong dây quấn rôto. Với 1 mô men tải nhất định, điện trở phụ của động cơ càng lớn thì hệ số trượt tại điểm làm việc của nó càng lớn (từ a đến b rồi đến c), nghĩa là tốc độ đang ngày càng giảm xuống. Vì mô men cũng tỷ lệ với công suất của điện trở Pđt, nên chúng ta có: (r2/ s2)= ((r2+rf)/ s)

Do Pđt của bản thân không thay đổi, I2 cũng không đổi cho nên 1 bộ phận công suất cơ trước kia đã được biến đổi thành tổn hao đồng I2 x Rf. Vì lúc đó công suất được đưa vào không đổi cho nên hiệu suất giảm. Đây cũng chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp này. Mặt khác, tốc độ được điều chỉnh của động cơ nhiều hay ít còn phụ thuộc vào việc sử dụng tải lớn hay nhỏ.

3. Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha thế nào cho đúng?

Bộ điều chỉnh tốc độ của motor 220V đối với động cơ AC 1 pha sẽ được sử dụng thông qua một thiết bị có tên là dimmer. Đây là một thiết bị điện cho phép người dùng điều chỉnh tốc độ của động cơ 1 pha bằng cách cắt điện áp của sóng điện AC để dẫn đến sự giảm năng lượng.

Thông thường mỗi dimmer sẽ có một công suất riêng biệt, cho nên khi lựa chọn loại dimmer, bạn cần phải xem công suất của động cơ đo được là bao nhiêu. Vì nếu chọn loại dimmer có công suất lớn hơn so với công suất động cơ thì sẽ gây lãng phí.

Ngoài ra, đối với một số loại động cơ 1 pha sẽ có thêm bộ phận cảm biến Hall. Đối với động cơ AC 3 pha dùng để điều khiển tốc độ, bạn cần phải sử dụng biến tần để điều khiển tần số.

4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ motor 1 pha tiên tiến

a) Điều khiển vector

Điều khiển vector dựa trên nguyên lý điều khiển từ trường stator để điều chỉnh moment quay của rotor. Bộ điều khiển xác định vị trí góc của rotor và tính toán dòng điện cần cấp cho các pha dây quấn stator để tạo ra từ trường mong muốn.

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép điều khiển chính xác moment và tốc độ của motor ở mọi chế độ vận hành. Nhược điểm là cần sử dụng cảm biến vị trí góc rotor phức tạp, giá thành cao.

Được ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao như máy CNC, robot,...

b) Điều khiển mô men xoắn

Điều khiển mômen xoắn cũng dựa trên nguyên lý điều chỉnh dòng điện stator để điều khiển moment. Tuy nhiên, thay vì xác định vị trí rotor, phương pháp này ước tính mômen xoắn của motor dựa trên các thông số điện áp, dòng điện và tần số.

Ưu điểm là đơn giản, không cần cảm biến vị trí. Nhược điểm là không chính xác bằng vector ở một số chế độ vận hành.

Được ứng dụng rộng rãi trong các trường hợp không đòi hỏi độ chính xác quá cao.

c) Điều khiển dự đoán mô hình

Điều khiển dự đoán mô hình sử dụng mô hình toán học của động cơ và bộ điều khiển để dự đoán và bù trừ sai số mômen xoắn. Giúp cải thiện độ chính xác so với điều khiển mômen xoắn thông thường.

Ưu điểm là độ chính xác cao hơn phương pháp cơ bản, không cần cảm biến đắt tiền. Nhược điểm là phức tạp hơn về mặt tính toán.

Được ứng dụng trong các trường hợp đòi hỏi độ chính xác vừa phải nhưng không cho phép sử dụng cảm biến rotor.

5. Lựa chọn bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha

a) Dimmer là bộ điều chỉnh công suất dùng để điều chỉnh điện áp và dòng điện cấp cho tải. Có 2 loại dimmer chính là dimmer kháng trở và dimmer điện tử.

Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền. Nhược điểm: không chính xác, không ổn định khi tải thay đổi.

Dimmer thích hợp với các tải đơn giản như đèn chiếu sáng. Cần lựa chọn dimmer phù hợp công suất và loại tải. Hướng dẫn sử dụng cần tham khảo kỹ thuật của nhà sản xuất.

b) Biến tần

Biến tần là thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tần số và điện áp cung cấp cho motor theo tín hiệu điều khiển. Có nhiều loại biến tần khác nhau.

Ưu điểm: điều khiển chính xác, ổn định, tiết kiệm năng lượng. Nhược điểm: giá thành cao hơn dimmer.

Biến tần phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và hiệu quả cao. Cần lựa chọn biến tần phù hợp công suất và loại motor. Hướng dẫn sử dụng cần tham khảo tài liệu kỹ thuật.

c) Các loại bộ điều chỉnh tốc độ khác

Ngoài dimmer và biến tần, còn một số loại bộ điều chỉnh tốc độ khác như bộ điều chỉnh tốc độ thyristor, bộ điều chỉnh tốc độ PWM, bộ điều chỉnh tốc độ vector,... Mỗi loại có ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng riêng.

6. Ứng dụng của bộ điều chỉnh tốc độ motor 1 pha

a) Quạt

- Điều chỉnh tốc độ quạt gió để điều tiết lưu lượng gió.
- Tiết kiệm năng lượng nhờ chỉ vận hành ở tốc độ cần thiết.
- Giảm tiếng ồn khi giảm tốc độ quạt.

b) Bơm

- Điều chỉnh lưu lượng nước bơm bằng cách thay đổi tốc độ bơm.
- Tăng hiệu suất bơm ở các điểm làm việc khác nhau.
- Tiết kiệm năng lượng nhờ chỉ bơm với tốc độ cần thiết.

c) Máy nén khí

- Điều chỉnh áp suất khí nén bằng cách thay đổi tốc độ máy nén.
- Tăng hiệu suất máy nén khí ở các điểm làm việc khác nhau.
- Tiết kiệm năng lượng nhờ chỉ vận hành với tốc độ cần thiết.

d) Băng tải

- Điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với tốc độ dây chuyền.
- Tăng năng suất nhờ tối ưu hóa tốc độ.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

e) Máy móc công nghiệp

- Điều chỉnh tốc độ máy móc để tối ưu quá trình gia công.
- Tăng hiệu suất sản xuất nhờ vận hành máy ở điểm làm việc lý tưởng.
- Nâng cao chất lượng sản phẩm nhờ quá trình gia công chính xác.

Kết luận:

Đến đây, hành trình khám phá cách sử dụng bộ điều khiển tốc độ motor 1 pha đã gần kết thúc. Hy vọng qua bài viết, bạn đã nắm được những thông tin hữu ích về các phương pháp điều chỉnh, ưu nhược điểm của chúng và cách lựa chọn phù hợp.

Hãy nhớ rằng, việc điều khiển tốc độ motor đòi hỏi sự an toàn và kiến thức nhất định. Tham khảo thêm với các chuyên gia điện là điều quan trọng trước khi đưa vào áp dụng thực tế. Chúc bạn thành công trong việc điều khiển motor 1 pha theo ý muốn!

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm: