Bộ truyền động  động cơ là gì?

Bộ truyền động động cơ (Motor drive) là một hệ thống vật lý bao gồm một động cơ. Bộ truyền động van có tốc độ điều chỉnh được là hệ thống trong đó động cơ có nhiều cấp tốc độ hoạt động khác nhau. Bộ truyền động van có tốc độ biến đổi là hệ thống trong đó tốc độ của động cơ có thể thay đổi liên tục. Nếu động cơ phát ra năng lượng điện thay vì tiêu thụ, Bộ truyền động van này có thể được gọi là Bộ truyền động van máy phát, nhưng thông thường vẫn được gọi là motor drive.

Bộ biến tần hay Bộ truyền động van tốc độ biến đổi là phần điện tử của hệ thống có nhiệm vụ điều khiển tốc độ của động cơ. Nói chung, thuật ngữ “drive” dùng để chỉ thiết bị điều khiển tốc độ của máy móc. Trong nhiều quy trình công nghiệp như dây chuyền lắp ráp, hệ thống cần hoạt động ở các tốc độ khác nhau tùy theo loại sản phẩm.

Trong trường hợp cần điều chỉnh lưu lượng của bơm hoặc quạt, thay đổi tốc độ của Bộ truyền động van sẽ giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp điều khiển lưu lượng khác.

Động cơ điện

Động cơ điện xoay chiều (AC motor) có thể hoạt động ở tốc độ cố định, được xác định bởi số cặp cực của stato trong động cơ và tần số của dòng điện xoay chiều cung cấp. Một số động cơ AC được thiết kế để thay đổi số cực bằng cách đấu nối lại cuộn dây stato, giúp thay đổi số lượng cực — từ đó có thể đạt được hai, hoặc đôi khi ba, mức tốc độ khác nhau. 

Ví dụ, một động cơ có tám cặp cực vật lý có thể được đấu nối lại để hoạt động với bốn hoặc tám cặp cực, tạo ra hai tốc độ khác nhau. Ở tần số 60 Hz, hai tốc độ đó tương ứng là 1800 vòng/phút (RPM) và 900 vòng/phút (RPM).

Đối với động cơ một chiều (DC motor), việc thay đổi tốc độ có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh dòng điện của cuộn kích từ song song. Một cách khác để thay đổi tốc độ của động cơ DC là thay đổi điện áp đặt lên phần ứng.

Một Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ có thể bao gồm một động cơ điện và bộ điều khiển dùng để điều chỉnh tốc độ hoạt động của động cơ. Ngoài ra, sự kết hợp giữa động cơ tốc độ cố định và cơ cấu cơ học điều chỉnh tốc độ liên tục cũng có thể được gọi là một dạng Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ.

Hiện nay, bộ biến tần dựa trên điện tử công suất đang nhanh chóng thay thế các công nghệ cũ, nhờ khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt, hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng.

Lý do sử dụng Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ

Hai lý do chính để sử dụng Bộ truyền động van có thể điều chỉnh tốc độ là kiểm soát quy trình và tiết kiệm năng lượng. Trước đây, các Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ được phát triển chủ yếu nhằm mục đích kiểm soát quy trình sản xuất. Tuy nhiên, theo thời gian, mục tiêu tiết kiệm năng lượng cũng đã trở thành một yếu tố quan trọng không kém trong việc ứng dụng các hệ thống này.

Điều khiển tăng tốc

Một Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ thường có thể mang lại hoạt động êm ái và ổn định hơn so với các hệ thống vận hành ở tốc độ cố định.

Ví dụ, trong trạm bơm nước thải, nước thải thường chảy qua đường ống bằng lực hấp dẫn đến hố chứa trước khi được bơm đi tiếp.

Trong trường hợp này, việc sử dụng Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ giúp điều khiển tốc độ khởi động và dừng của bơm một cách mượt mà, tránh hiện tượng sốc thủy lực, giảm hao mòn cơ học và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ hiệu quả

Quạt và máy bơm chiếm một phần lớn năng lượng tiêu thụ của các động cơ điện công nghiệp. Khi quạt và máy bơm phục vụ cho các quy trình có tải thay đổi, một cách đơn giản để điều chỉnh lượng chất lỏng được cung cấp là sử dụng bộ giảm áp hoặc van điều tiết ở đầu ra của quạt hoặc bơm. Tuy nhiên, việc này tạo ra tổn thất áp suất, đồng nghĩa với lãng phí năng lượng. Trong một số trường hợp, có thể áp dụng thiết bị để thu hồi phần năng lượng bị mất này, nhưng điều đó không phải lúc nào cũng khả thi về mặt kinh tế.

Ngược lại, khi sử dụng Bộ truyền động van điều chỉnh tốc độ (variable-speed drive) cho máy bơm hoặc quạt, lưu lượng cung cấp có thể được điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với nhu cầu thực tế, giúp tránh tổn thất năng lượng không cần thiết và tăng hiệu quả vận hành tổng thể.

Các loại Bộ truyền động van động động cơ

Bộ truyền động van cơ học 

Có hai loại truyền động cơ học: truyền động bước biến thiên và truyền động kéo.

Truyền động bước biến thiên là hệ thống truyền động bằng puli và dây đai, trong đó đường kính bước của một hoặc cả hai puli có thể được điều chỉnh.

Truyền động kéo truyền lực thông qua các con lăn kim loại chạy trên các con lăn kim loại ăn khớp (tương tự như hộp số vô cấp). Tỷ số tốc độ đầu vào-đầu ra được điều chỉnh bằng cách di chuyển các con lăn để thay đổi đường kính của đường tiếp xúc.

Truyền động thủy lực điều chỉnh tốc độ

Có ba loại truyền động thủy lực, đó là: truyền động thủy tĩnh, truyền động thủy động và truyền động hydroviscous

• Truyền động thủy tĩnh bao gồm một bơm thủy lực và một động cơ thủy lực. Vì sử dụng bơm và động cơ dịch chuyển tích cực, một vòng quay của bơm hoặc động cơ tương ứng với một thể tích dòng chảy chất lỏng được xác định bởi dịch chuyển bất kể tốc độ hay mô-men xoắn. ​​Tốc độ được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh lưu lượng chất lỏng bằng van hoặc bằng cách thay đổi dịch chuyển của bơm hoặc động cơ.
• Hệ thống truyền động thủy động hoặc khớp nối chất lỏng sử dụng dầu để truyền mô-men xoắn giữa bánh công tác trên trục đầu vào tốc độ không đổi và rô-to trên trục đầu ra tốc độ điều chỉnh. Bộ biến mô trong hộp số tự động của ô tô là một hệ thống truyền động thủy động.
• Hệ thống truyền động hydroviscous bao gồm một hoặc nhiều đĩa được kết nối với trục đầu vào ép vào một hoặc nhiều đĩa tương tự được kết nối với trục đầu ra. Mô-men xoắn được truyền từ trục đầu vào đến trục đầu ra thông qua một màng dầu giữa các đĩa. Mô-men xoắn được truyền đi tỷ lệ thuận với áp suất do xi lanh thủy lực tạo ra để ép các đĩa lại với nhau.

Hệ thống truyền động vô cấp

Truyền động cơ học và thủy lực điều chỉnh tốc độ thường được gọi là “hộp số” hoặc “hộp số vô cấp” khi chúng được sử dụng trong xe cộ, thiết bị nông nghiệp và một số loại thiết bị khác.

Truyền động điện điều chỉnh tốc độ

Các loại điều khiển

Điều khiển có thể được điều chỉnh thủ công – bằng chiết áp hoặc thiết bị hiệu ứng Hall tuyến tính (có khả năng chống bụi và dầu mỡ tốt hơn) hoặc cũng có thể được điều khiển tự động, ví dụ, bằng cách sử dụng bộ dò vòng quay như bộ mã hóa quang học mã Gray.

Các loại truyền động

Có ba loại truyền động điện chính: truyền động động cơ DC, truyền động dòng điện xoáy và truyền động động cơ AC. Mỗi loại chung này có thể được chia thành nhiều biến thể. Truyền động điện thường bao gồm cả động cơ điện và bộ hoặc hệ thống điều khiển tốc độ.

Truyền động DC

Truyền động DC là hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC. Vì tốc độ của động cơ DC tỷ lệ thuận với điện áp phần ứng và tỷ lệ nghịch với từ thông động cơ (là hàm của dòng điện kích từ), nên có thể sử dụng điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích từ để điều khiển tốc độ.

Truyền động dòng điện xoáy

Truyền động dòng điện xoáy (đôi khi được gọi là “Truyền động động”, theo tên một trong những thương hiệu phổ biến nhất) bao gồm một động cơ tốc độ cố định (thường là động cơ cảm ứng) và một bộ ly hợp dòng điện xoáy. Bộ ly hợp bao gồm một rotor tốc độ cố định và một rotor tốc độ điều chỉnh được ngăn cách bởi một khe hở nhỏ. Dòng điện một chiều trong cuộn dây từ trường tạo ra từ trường quyết định mô-men xoắn truyền từ rotor đầu vào đến rotor đầu ra.

Bộ truyền động van AC 

Bộ truyền động van AC là hệ thống điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều.

Một Bộ truyền động động cơ cảm ứng rô-to dây quấn (WRIM – Wound-Rotor Induction Motor) điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi độ trượt của động cơ thông qua các vòng trượt rô-to. Việc này được thực hiện bằng hai cách: hoặc là thu hồi năng lượng trượt và đưa lại vào lưới stato bằng phương pháp điện tử, hoặc là thay đổi điện trở của các điện trở gắn ngoài trong mạch rô-to.