Điện trở hãm biến tần là gì? Khi nào cần dùng và cách chọn

Điện trở hãm biến tần hay còn gọi là điện trở xả, điện trở thắng (Braking Resistor) là linh kiện được sử dụng trong các hệ thống biến tần cần giảm tốc nhanh hoặc xử lý năng lượng tái sinh từ động cơ. Khi động cơ giảm tốc, năng lượng cơ học của tải có thể quay ngược về DC bus của biến tần, làm điện áp DC bus tăng cao. Điện trở hãm giúp tiêu tán phần năng lượng này dưới dạng nhiệt, hạn chế tình trạng quá áp và hỗ trợ biến tần dừng tải ổn định hơn.

Mục lục

• 1. Điện trở hãm biến tần là gì?
• 2. Nguyên lý hoạt động của điện trở hãm
• 3. Khi nào cần sử dụng điện trở hãm?
• 4. Khi nào không cần điện trở hãm?
• 5. Những ứng dụng thường sử dụng điện trở hãm
• 6. Cách chọn điện trở hãm cho biến tần
• 7. Cách tính công suất điện trở hãm
• 8. Cách xác định giá trị điện trở hãm (Ohm)
• 9. Ví dụ tính điện trở hãm
• 10. Kiểm tra biến tần trước khi lắp điện trở hãm
• 11. Lưu ý khi lắp đặt điện trở hãm
• 12. Biến tần phù hợp cho ứng dụng cần hãm
• 13. Bài viết liên quan
• 14. Câu hỏi thường gặp
• 15. Kết luận
• 16. Liên hệ tư vấn

1. Điện trở hãm biến tần là gì?

Điện trở hãm biến tần là một điện trở công suất được kết nối với mạch hãm của biến tần để tiêu tán năng lượng phát sinh trong quá trình động cơ giảm tốc.

Trong quá trình giảm tốc, động cơ không chỉ tiêu thụ năng lượng mà trong một số điều kiện còn có thể hoạt động như một máy phát. Đặc biệt khi tải có quán tính lớn hoặc được giảm tốc nhanh, năng lượng từ tải truyền ngược về DC bus của biến tần.

Nếu năng lượng tái sinh làm điện áp DC bus tăng vượt giới hạn cho phép, biến tần có thể phát sinh lỗi quá áp DC bus (OV) và dừng bảo vệ.

Điện trở hãm được sử dụng để hấp thụ phần năng lượng này và chuyển thành nhiệt, từ đó hỗ trợ quá trình giảm tốc.

2. Nguyên lý hoạt động của điện trở hãm

Có thể hình dung quá trình hoạt động theo chuỗi:

Động cơ giảm tốc → năng lượng tái sinh → DC bus tăng điện áp → mạch hãm đóng → điện trở hãm tiêu tán năng lượng → điện áp DC bus được kiểm soát.

Khi biến tần đang giảm tốc, nếu năng lượng trả về DC bus tăng cao, bộ hãm sẽ điều khiển dòng điện đi qua điện trở hãm. Điện trở biến đổi năng lượng điện thành nhiệt năng.

Đây là lý do điện trở hãm thường có công suất lớn và có thể nóng đáng kể trong quá trình làm việc.

Điện trở hãm khác gì với phanh cơ?

3. Khi nào cần sử dụng điện trở hãm?

Không nên quyết định lắp điện trở hãm chỉ dựa vào công suất động cơ. Yếu tố quan trọng hơn là đặc tính tải, quán tính, thời gian giảm tốc và tần suất hãm.

3.1. Tải có quán tính lớn

Những tải có bánh đà, tang cuốn, trục quay lớn hoặc khối lượng quay lớn có thể trả lại nhiều năng lượng về biến tần khi giảm tốc.

Ví dụ:

• Máy cuộn và tháo cuộn.
• Quạt công nghiệp có cánh lớn.
• Máy ly tâm.
• Băng tải có khối lượng lớn.
• Máy cán và một số máy gia công cơ khí.

3.2. Yêu cầu giảm tốc nhanh

Nếu hệ thống yêu cầu động cơ từ tốc độ cao về tốc độ thấp hoặc dừng trong thời gian ngắn, năng lượng tái sinh có thể tăng mạnh.

Trong trường hợp này, chỉ tăng thời gian giảm tốc có thể giải quyết được vấn đề ở một số ứng dụng. Nếu công nghệ bắt buộc phải giảm tốc nhanh, cần xem xét thêm phương án điện trở hãm.

3.3. Biến tần thường xuyên tăng tốc và giảm tốc

Các máy có chu kỳ chạy - dừng liên tục có thể phát sinh năng lượng hãm nhiều lần trong một khoảng thời gian ngắn.

Ví dụ:

• Máy đóng gói.
• Máy cắt.
• Máy cuộn.
• Băng tải phân loại.
• Máy nâng hạ.
• Máy gia công có chu kỳ tăng giảm tốc liên tục.

3.4. Biến tần thường báo lỗi quá áp khi giảm tốc

Nếu biến tần thường xuyên báo lỗi quá áp DC bus trong quá trình giảm tốc, cần kiểm tra nhiều nguyên nhân như thời gian DEC quá ngắn, tải có quán tính lớn, điện áp nguồn và đặc tính của hệ thống.

Trong trường hợp năng lượng tái sinh là nguyên nhân chính, có thể cần sử dụng điện trở hãm hoặc giải pháp hãm phù hợp hơn.

Bài viết Các lỗi đấu dây khiến biến tần dễ hỏng & cách phòng tránh cũng đề cập đến các lưu ý liên quan đến điện trở thắng và đấu nối mạch hãm.

4. Khi nào không cần điện trở hãm?

Không phải cứ sử dụng biến tần là phải lắp điện trở hãm.

Với các ứng dụng như:

• Bơm nước thông thường.
• Quạt thông gió.
• Quạt HVAC.
• Các tải có quán tính nhỏ.
• Ứng dụng giảm tốc chậm, không yêu cầu dừng nhanh.

thì nhiều trường hợp có thể không cần điện trở hãm.

Ví dụ, trong hệ HVAC, biến tần thường điều chỉnh tốc độ bơm hoặc quạt theo nhu cầu tải. Nếu hệ thống không yêu cầu giảm tốc nhanh và không phát sinh năng lượng tái sinh đáng kể, việc bổ sung điện trở hãm có thể không cần thiết.

Để hiểu thêm về cách lựa chọn biến tần cho nhóm tải này, có thể tham khảo bài Biến tần cho HVAC – Giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống điều hòa trung tâm.

5. Những ứng dụng thường sử dụng điện trở hãm

6. Cách chọn điện trở hãm cho biến tần

Để chọn đúng điện trở hãm, không nên chỉ nhìn vào công suất motor. Cần kiểm tra ít nhất các thông số sau:

1. Điện áp DC bus hoặc điện áp làm việc của mạch hãm.
2. Giá trị điện trở nhỏ nhất mà biến tần cho phép.
3. Công suất tức thời của điện trở.
4. Công suất trung bình trong chu kỳ hãm.
5. Thời gian hãm.
6. Tần suất hãm.
7. Quán tính của tải.
8. Khả năng chịu nhiệt và điều kiện lắp đặt.
9. Biến tần có tích hợp transistor hãm hay cần bộ hãm bên ngoài.

7. Cách tính công suất điện trở hãm

Công suất tức thời trên điện trở có thể được biểu diễn theo công thức:

P = I²R = V²/R

Trong đó:

• P: công suất tức thời trên điện trở (W).
• I: dòng điện qua điện trở (A).
• R: giá trị điện trở (Ω).
• V: điện áp trên điện trở (V).

Tuy nhiên, khi chọn điện trở hãm thực tế không thể chỉ lấy công suất tức thời rồi chọn đúng bằng con số đó. Cần xét thêm thời gian hãm và chu kỳ làm việc.

7.1. Công suất trung bình

Nếu điện trở chỉ hoạt động trong một phần thời gian, công suất nhiệt trung bình sẽ thấp hơn công suất tức thời.

Có thể đánh giá sơ bộ theo:

P_avg ≈ P_brake × D

Trong đó D là tỷ lệ thời gian điện trở thực sự làm việc trong chu kỳ.

Ví dụ, nếu điện trở hãm hoạt động trong khoảng 10% tổng thời gian của một chu kỳ, công suất nhiệt trung bình sẽ thấp hơn đáng kể so với công suất tức thời. Tuy nhiên, giá trị điện trở và công suất danh định vẫn phải tuân theo yêu cầu của nhà sản xuất biến tần.

8. Cách xác định giá trị điện trở hãm (Ohm)

Giá trị Ohm của điện trở hãm cần được xác định dựa trên mạch hãm của từng model biến tần.

Không nên áp dụng một giá trị điện trở cố định cho tất cả biến tần cùng công suất.

Ví dụ, hai biến tần đều điều khiển động cơ 11kW nhưng khác thương hiệu hoặc khác series có thể có yêu cầu điện trở hãm hoàn toàn khác nhau.

Thông thường nhà sản xuất sẽ cung cấp một hoặc nhiều thông tin như:

• Điện trở hãm tối thiểu (Minimum braking resistance).
• Công suất điện trở khuyến nghị.
• Công suất hãm cho phép.
• Thời gian hãm.
• Duty cycle.
• Loại bộ hãm tích hợp hoặc bộ hãm ngoài.

Vì vậy, cách an toàn nhất là xác định model biến tần cụ thể → kiểm tra manual/datasheet → xác định điện trở tối thiểu → tính toán công suất và chu kỳ hãm → chọn điện trở phù hợp.

9. Ví dụ tính điện trở hãm

Giả sử một hệ thống cần sử dụng điện trở hãm và nhà sản xuất biến tần cho phép sử dụng điện trở có giá trị R = 50Ω. Nếu điện áp tức thời trên điện trở là khoảng 700V, công suất tức thời theo công thức điện trở là:

P = V²/R = 700²/50 = 9.800W

Như vậy công suất tức thời có thể lên tới khoảng 9,8kW.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa phải chọn điện trở 9,8kW liên tục. Cần biết điện trở hoạt động trong bao lâu, bao nhiêu lần trong một phút hoặc một chu kỳ, sau đó kiểm tra khả năng chịu tải ngắn hạn và công suất trung bình của điện trở.

10. Kiểm tra biến tần trước khi lắp điện trở hãm

Trước khi mua hoặc đấu điện trở hãm, cần kiểm tra manual của đúng model biến tần.

10.1. Biến tần có hỗ trợ điện trở hãm hay không?

Một số biến tần có sẵn transistor hãm hoặc đầu nối dành cho điện trở hãm. Một số dòng khác cần sử dụng thêm bộ hãm bên ngoài.

Ví dụ, trang sản phẩm INVT CHF100A của Batiea ghi rõ dòng này có Braking Unit cho biến tần với công suất từ 15kW trở xuống. Với từng model cụ thể vẫn cần đối chiếu tài liệu kỹ thuật trước khi lựa chọn điện trở.

10.2. Kiểm tra điện trở tối thiểu

Đây là thông số đặc biệt quan trọng. Nếu điện trở quá thấp, dòng hãm có thể vượt giới hạn cho phép của transistor hãm.

10.3. Kiểm tra công suất hãm

Cần phân biệt:

• Công suất tức thời.
• Công suất trung bình.
• Công suất cho phép trong một khoảng thời gian.
• Chu kỳ làm việc của điện trở.

10.4. Kiểm tra phương án tản nhiệt

Điện trở hãm biến năng lượng thành nhiệt nên có thể phát nhiệt rất lớn. Không nên đặt điện trở sát dây điện, nhựa, thiết bị nhạy nhiệt hoặc vật liệu dễ cháy.

11. Lưu ý khi lắp đặt điện trở hãm

• Lắp điện trở ở vị trí thông thoáng, có khả năng tản nhiệt.
• Không đặt sát vật liệu dễ cháy hoặc thiết bị nhạy nhiệt.
• Sử dụng dây dẫn có tiết diện và cấp chịu nhiệt phù hợp.
• Đấu đúng terminal theo sơ đồ của nhà sản xuất.
• Không đấu điện trở hãm trực tiếp vào U, V, W của biến tần.
• Không tự ý thay đổi giá trị điện trở khi chưa kiểm tra giới hạn của biến tần.
• Kiểm tra tiếp địa và bảo vệ quá nhiệt theo yêu cầu của hệ thống.
• Với hệ thống có chu kỳ hãm liên tục, cần tính toán nhiệt kỹ hơn thay vì chỉ chọn theo công suất motor.

12. Biến tần phù hợp cho ứng dụng cần hãm

Khi ứng dụng yêu cầu giảm tốc nhanh, việc lựa chọn biến tần phải đi cùng việc kiểm tra khả năng hãm của từng model. Không nên chỉ chọn theo công suất motor.

12.1. INVT CHF100A – biến tần đa năng cho nhiều loại tải

12.2. Schneider ATV310 – lựa chọn cho ứng dụng cần hãm với tải có quán tính

12.3. Mitsubishi – lựa chọn cho các ứng dụng yêu cầu dừng nhanh

Một số dòng biến tần Mitsubishi trên Batiea được mô tả có chân kết nối điện trở thắng cho các ứng dụng cần dừng nhanh. Có thể tham khảo thêm biến tần Mitsubishi F800 và danh mục biến tần Mitsubishi để lựa chọn theo model.

13. Bài viết liên quan

• Các lỗi đấu dây khiến biến tần dễ hỏng & cách phòng tránh
• Cách thức cài đặt biến tần INVT
• Các thông số cơ bản cần cài đặt trên biến tần INVT
• Hướng dẫn chọn biến tần INVT theo tải
• Biến tần đa năng INVT GD290: Tính năng, ứng dụng và cách chọn
• Tổng hợp các dòng biến tần công nghiệp phổ biến tại GPTEK

14. Câu hỏi thường gặp

Điện trở hãm biến tần có tác dụng gì?

Điện trở hãm giúp tiêu tán năng lượng tái sinh trong quá trình động cơ giảm tốc, hạn chế việc điện áp DC bus tăng quá cao và hỗ trợ biến tần thực hiện quá trình hãm ổn định hơn.

Biến tần nào cũng cần điện trở hãm?

Không. Việc có cần điện trở hãm hay không phụ thuộc vào loại tải, quán tính, thời gian giảm tốc, tần suất hãm và khả năng hãm của biến tần.

Bơm nước có cần điện trở hãm không?

Thông thường không cần nếu bơm giảm tốc bình thường và không có yêu cầu dừng nhanh. Tuy nhiên, từng hệ thống cần được đánh giá theo đặc tính tải và thời gian giảm tốc thực tế.

Điện trở hãm có làm biến tần chạy mạnh hơn không?

Điện trở hãm không làm tăng công suất định mức của biến tần. Chức năng chính của nó là xử lý năng lượng tái sinh trong quá trình hãm.

Điện trở hãm càng lớn công suất càng tốt?

Không. Giá trị điện trở phải nằm trong giới hạn mà biến tần cho phép. Điện trở quá thấp có thể làm dòng hãm vượt giới hạn; điện trở quá cao lại có thể không tạo đủ khả năng hãm theo yêu cầu.

Có thể dùng điện trở hãm của biến tần này cho biến tần khác không?

Không nên sử dụng chỉ dựa trên công suất motor hoặc công suất biến tần. Cần kiểm tra giá trị Ohm tối thiểu, công suất, chu kỳ làm việc và yêu cầu của đúng model biến tần.

Điện trở hãm có nóng không?

Có. Điện trở hãm biến năng lượng điện thành nhiệt nên có thể nóng rất cao khi hoạt động. Đây là lý do cần bố trí vị trí lắp đặt thông thoáng và có khoảng cách an toàn.

15. Kết luận

Điện trở hãm biến tần là giải pháp quan trọng đối với những hệ thống có tải quán tính lớn, yêu cầu giảm tốc nhanh hoặc thường xuyên phát sinh năng lượng tái sinh. Tuy nhiên, không phải mọi ứng dụng đều cần sử dụng điện trở hãm.

Khi lựa chọn, cần xem xét đồng thời model biến tần, điện trở tối thiểu, công suất hãm, thời gian hãm, chu kỳ làm việc, quán tính tải và điều kiện tản nhiệt.

Đặc biệt, không nên chọn điện trở chỉ dựa vào công suất động cơ. Cách làm chính xác là xác định model biến tần, kiểm tra tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất rồi tính toán theo đặc tính tải và chu kỳ hãm thực tế.

Nếu đang thiết kế hệ thống có yêu cầu dừng nhanh như băng tải, máy cuộn, máy ly tâm, cẩu trục hoặc máy gia công, nên xác định phương án hãm ngay từ giai đoạn chọn biến tần và thiết kế tủ điện.

16. Liên hệ tư vấn