Điện trả xả

Điện trở xả là gì?

Điện trở xả (tiếng anh là: Braking Resistor) được sử dụng để làm chậm hoặc dừng tốc độ của hệ thống cơ khí đang hoạt động bằng cách tạo ra mômen hãm giúp giảm dần tốc độ của thiết bị đang hoạt động một cách nhanh chóng. Do công dụng này của nó nên điện trở xã còn được gọi là điện trở hãm 

Các điện trở này được thiết kế với một số thông số kỹ thuật tương tự như điện trở và công suất phanh trung bình. Điện trở hãm có giá trị ohm nhỏ sẽ giúp kiểm soát tốc độ của động cơ và giải phóng nhiều nhiệt hơn.

Điện trở xả cho biến tần là gì?

Do điện trở xả thường được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến biến tần như giảm tốc biến tần, kiểm soát tải có quán tính lớn, tải đảo chiều liên tục, tải nâng hạ… do đó, mọi người dùng luôn tên gọi điện trả xả biến tần để ám chỉ loại sản phẩm này

Ứng dụng của điện trở xả

• Biến tần: biến trở xả được ứng dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp biến tần nó giúp giảm tốc độ biến tần, tản lượng nhiệt dư thừa và nhiều ứng dụng hữu ích khác 
• Xe lửa: Thông thường, điệm trả hãm sẽ được bổ sung vào hệ thống phanh ma sát. Các dãy điện trở lớn trên tàu sẽ giúp tiêu tán dòng điện sinh ra dưới thân toa xe đầu máy. Các điện trở sẽ được bảo vệ bởi các máy thổi khí lớn giúp làm mát chúng, để bảo vệ an toàn khi hoạt động. Tàu sẽ chuyển sang phanh ma sát nếu điện trở quá nóng
• Cần cẩu: Khi cần cẩu được sử dụng để nâng/hạ các tải nặng, máy móc này phải đối mặt với thế năng dư thừa, điều này có thể khiến động cơ chạy mất kiểm soát, tạo ra sự nguy hiểm cho thiết bị và người lao động trong khu vực, điện trở hãm ứng dụng tốt trong tình huống này
• Thang máy: Khi thang máy đi xuống thế năng dư thừa được tạo ra và có xu hướng dẫn động động cơ thang máy chạy ngược lại, do đó làm cho nó hoạt động giống như một máy phát điện xoay chiều. Điện trở hãm trong trường hợp này có thể được sử dụng để tiêu tán năng lượng điện không mong muốn.
• Đầu máy điện: Điện trở hãm thường được sử dụng kết hợp với phanh hơi trong đầu máy điện giúp giảm độ mài mòn cho các bộ phận cơ khí. Trong trường hợp này, điện trở hãm sẽ làm cho dòng điện chạy theo hướng ngược lại khi đầu máy đang chạy. Do đó, động cơ tạo ra một mô men xoắn chống lại chuyển động tịnh tiến.
• Tua bin gió: Việc hãm tuabin gió có thể đạt được bằng cách “đổ” năng lượng dư thừa từ máy phát điện vào điện trở hãm. Kỹ thuật này rất hữu ích nếu tải động học trên máy phát điện giảm đột ngột hoặc quá nhỏ để giữ tốc độ tuabin trong giới hạn cho phép. Ngoài ra, khi gió nhanh hơn điện trở xả có thể tạo ra hệ thống phanh theo chu kỳ khiến các cánh tuabin quay chậm lại. Vòng quay của tuabin có thể được giữ ở tốc độ an toàn.

Công dụng của điện trở xả

Điện trở xả chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống cơ khí trong đó biến tần điều khiển động cơ cần dừng nhanh, giúp động cơ chuyển đổi năng lượng điện tái tạo mà nó tạo ra do dừng nhanh thành nhiệt. Lúc này, điện trở được sử dụng như một chất mang để tiêu thụ năng lượng tái tạo của biến tần dưới dạng năng lượng nhiệt. Nó bao gồm hai thông số quan trọng: giá trị điện trở và công suất.

Mục đích của điện trở hãm là tiêu tán năng lượng mà động cơ tạo ra trong quá trình giảm tốc. Khi điện trở hãm tiêu tán năng lượng, nó giúp ngăn ngừa hư hỏng ổ đĩa có thể xảy ra do quá điện áp.

Điện trở hãm là giải pháp tốt cho vấn đề này và bảo vệ biến tần khỏi những mối nguy hiểm từ năng lượng tái tạo.

Điện trở hãm chuyển đổi năng lượng tái tạo từ quá trình phanh nhanh của động cơ trực tiếp thành năng lượng nhiệt, do đó năng lượng tái tạo sẽ không được đưa trở lại mạng điện cung cấp điện và sẽ không gây ra dao động điện áp trong lưới điện, do đó đóng vai trò trong việc đảm bảo mạng lưới cấp điện vận hành thông suốt.

Phân loại điện trở xả

Điện trở xả vỏ nhôm

Đúng với tên gọi của mình điện trở xả nhôm với phần thân được làm bằng nhôm cao cấp độ bền cao phù hợp làm việc ở điều kiện môi trường khó khăn, thiết kế cũng thon gọn và bắt mắt hơn so với điện trở xả vỏ sứ 

Điện trở xả vỏ nhôm thường được làm từ vật liệu nhôm có khả năng chịu được tải dòng cao và có khả năng tản nhiệt tốt. Chúng được thiết kế để chịu được khối lượng điện áp và dòng điện xả lớn trong thời gian ngắn mà không gây ra hư hỏng cho hệ thống điện chính. Do đó, loại điện trở xả này được ứng dụng rộng rãi trong các mạch công suất, biến tần, hệ thống AC Servo. 

Vỏ của điện trở xả nhôm được làm bằng nhôm nguyên chất để có thể chịu được môi trường khắc nghiệt, bụi bẩn,… Nó cũng được lắp bổ sung thêm tản nhiệt 2 cánh. 

• Ưu điểm: độ bền cao do khả năng tản nhiệt tốt của nhôm, thiết kế đẹp, kích thược gọn nhẹ.
• Nhược điểm: giá thành cao hơn điện trở vỏ sứ

Điện trở xả vỏ sứ

Điện trở xả vỏ sứ còn gọi là Wirewound Resistor, là loại điện trở có hai đầu đấu dây mở rộng được gắn cố định trên 2 đầu của ống sứ. Trên bề mặt của ống sứ có cuốn lớp dây điện trở được làm từ hợp kim chát lượng cao như nikrome hoặc tôn mạ kẽm và được cuộn chặt bằng một lõi cách điện. Bên ngoài, được phủ 1 lớp vật liệu chống cháy nên có thể chịu được nhiệt độ cao.

Về cấu tạo phần ống sứ được ví như 1 bộ khung để cuộn dây điện trở và đóng vai trò trong việc tản nhiệt. Điện trở hãm vỏ sứ có thể đặt thiết kế riêng tùy theo ứng dụng của khách hàng. Ngoài công dụng chính là hãm tốc độ biến tần, nó còn được ứng dụng trong kiểm tra tải, thiết bị công suất, biến tần, hệ thống điều khiển tự động.

• Ưu điểm: giá thành rẻ, ứng dụng được với điện áp cao
• Nhược điểm: Kích thước lớn,  sự dao động nhẹ, độ bền không cao bằng loại vỏ nhôm, tản nhiệt kém hơn

Nguyên lý làm việc của điện trở xả

Điện trở hãm hoạt động bằng cách tiêu tán điện áp dư do động cơ giảm tốc tạo ra để giúp giảm tốc hoặc hoặc ngừng hẳn động cơ. Năng lượng tiêu tán này có thể được điện trở xử lý để đảm bảo rằng điện áp tăng lên được giữ ở mức an toàn, do đó tránh làm hỏng ổ đĩa. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị, tăng tốc độ phanh và tránh nguy cơ quá nhiệt.

Nguyên lý hoạt động phía sau điện trở hãm rất đơn giản. Khi động cơ hoạt động, nó sẽ tiêu thụ một lượng lớn dòng điện từ nguồn điện. Khi một người muốn dừng tải nối với động cơ, việc họ cần làm là bật hoặc tắt nguồn điện cho động cơ đó. Sự gián đoạn nhỏ này trong việc cung cấp điện sẽ dẫn đến sự tích tụ năng lượng trong tải. Điều này xảy ra là do động cơ hoạt động như một cuộn cảm chứ không phải một điện trở khi nó dừng đột ngột.

Khi một tải cảm ứng như động cơ bị ngắt đột ngột khỏi nguồn điện, nó cần thời gian để giải phóng năng lượng dự trữ trở lại nguồn điện. Việc không thực hiện hành động giải phóng năng lượng này trong thời gian này có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị kết nối với tải đó hoặc thậm chí có thể gay nguy hiểm cho người vận hành ở gần đó. 

Để tránh các hư hỏng không mong muốn này, bạn có thể sử dụng các điện trở xả mắc nối tiếp với tải, chẳng hạn như các động cơ cần dừng gấp khi chạy ở tốc độ cao. Đây là cách mà điện trở xả giúp hãm tốc độ động cơ

Cách đấu điện trở xả cho biến tần

Sơ đồ đấu nối điện trở xả

• Ngõ vào điện áp của biến tần là R-S-T.
• Ngõ ra của động cơ là U-V-W.
• Điện áp DC bus là P và N1, P1-n, chúng ta lắp vào trên thanh DC bus của biến tần.

Cách tính giá trị điện trở, công suất trở

Điện trở xả mắc kiểu nối tiếp

• Điện trở (Ohm) R tổng = R1 + R2 + R3 +....+ Rn
• Tính công suất: P tổng = P1 + P2 +....+ Pn

Điện trở xả mắc song song nhiều điện trở xả

• Điện trở (Ohm): 1/R tổng = 1/R1 + 1/R2 +....+ 1/Rn
• Công suất: P tổng = P1 + p2 +....+Pn

Từ khóa phụ: Cách đấu điện trở xả cho biến tần mitsubishi

Tính toán thông số điện trở xả

Giá trị điện trở thấp nhất

Một “mạch chopper” hoặc transistor hãm sẽ được bao gồm trong biến tần sử dụng điện trở xả. transistor hãm sẽ chuyển dòng điện từ bus DC qua điện trở hãm khi điện áp trên bus DC tăng quá nhiều. Giá trị dòng điện tối đa và chu kỳ xung thường sẽ được nhà sản xuất biến tần cung cấp. Mạch bán dẫn hãm này có giới hạn dòng điện.

Vì V=IR nên khi điện trở giảm sẽ dẫn đến dòng điện lớn hơn nếu điện áp không đổi. Do đó, bạn có thể dễ dàng xác định giá trị điện trở tối thiểu để duy trì giá trị dòng điện dưới mức định mức dòng điện tối đa của transistor hãm nếu điện áp tối đa được biết là KEB trên mức điện áp 840VDC. 

Giá trị điện trở tối thiểu là cần được xác định trước khi mua để đảm bảo điện trở hoạt động chính xác với biến tần mặc dù nó không tự ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của nó hoặc có thể tiêu tán điện năng.

Công suất tiêu tán năng lượng

Khả năng tiêu tán công suất của điện trở phanh là yếu tố thứ hai cần được tính đến. Yếu tố này đại diện cho công suất mà điện trở xả KEB có thể tiêu hao một cách an toàn khi sử dụng liên tục (PD) cũng như ba giá trị cho chế độ làm việc không liên tục được đề cập. 

Ví dụ: Tổng số giây mà điện trở được sử dụng trong suốt hai phút được hiển thị bằng từng số trong P6, P25 và P40. Chẳng hạn, điện trở KEB 10BR100-1683 có thể hoàn thành hai chu kỳ, mỗi chu kỳ ba giây trong suốt hai phút hoặc nó có thể tiêu tán an toàn tới 2200W trong một khoảng thời gian sáu giây.

Việc chọn đúng giá trị này là rất quan trọng vì nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của điện trở, việc chọn sai vẫn có khả năng khiến hệ thống của bạn hư hỏng

Theo nguyên tắc chung, càng tải nặng thì sẽ càng tiêu hao nhiều năng lượng và giảm tốc càng nhanh. Tuy nhiên, để có thể hình dung chính xác hơn về mức tiêu thụ điện trở hãm, có thể ghi lại điện áp bus DC của biến tần trong quá trình vận hành bằng cách sử dụng tính năng phạm vi trong phần mềm Combivis 6. Với phạm vi, có thể kiểm tra xem có cần điện trở có công suất tản nhiệt cao hơn hay điện trở dòng điện lớn hơn hay không?

So sánh bộ hãm biến tần và điện trở xả biến tần