Nguyên nhân khiến động cơ bị quá nhiệt khi chạy bằng biến tần

Trong quá trình sản xuất thực tế, nhiều trường hợp ghi nhận động cơ bị nóng bất thường khi được điều khiển bởi biến tần. Nguyên nhân chính là do điện áp đầu ra của biến tần chứa nhiều thành phần tần số cao.

Điện áp mà biến tần cấp cho động cơ không phải là dạng sóng sin thuần túy, mà là dạng sóng điều chế độ rộng xung – PWM.

Theo phân tích Fourier, dạng sóng PWM chứa rất nhiều thành phần sóng hài bậc cao.

• Thành phần tần số chính là tần số lặp lại của chuỗi xung PWM cùng với các bội số của nó.
• Tần số lặp lại này được gọi là tần số sóng mang (Carrier Frequency) của biến tần.

Ảnh hưởng của tần số sóng mang và dòng điện tần số cao

Các loại biến tần khác nhau sẽ có tần số sóng mang khác nhau, thường nằm trong khoảng 1 kHz ~ 12 kHz.

Ví dụ:

• Với biến tần có tần số sóng mang 1 kHz, dòng điện cấp vào động cơ sẽ bao gồm nhiều thành phần ở các tần số 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz…
• Các dòng điện tần số cao này sẽ làm tăng tổn hao dây quấn và tổn hao lõi thép.

Theo lý thuyết:

• Tổn hao dây quấn ∝ √f (căn bậc hai của tần số)
• Tổn hao lõi thép ∝ f² (bình phương của tần số)

Do đó khi dòng điện chứa nhiều thành phần tần số cao chạy qua cuộn dây, tổn hao lõi thép tăng mạnh, dẫn đến động cơ quá nhiệt.

Giải pháp khắc phục hiện tượng quá nhiệt động cơ

Để giải quyết vấn đề này, cần giảm các thành phần tần số cao trong điện áp đầu ra của biến tần. Giải pháp hiệu quả nhất là lắp đặt bộ lọc sóng sin ở ngõ ra của biến tần.

Nguyên lý hoạt động của bộ lọc sóng sin (SWF):

• Bộ lọc này có chức năng chuyển đổi dạng sóng PWM thành dạng sóng sin thuần, tương thích với yêu cầu của động cơ.
• Nhờ đó, giảm đáng kể dòng điện hài bậc cao, giảm tổn hao lõi thép, và loại bỏ hiện tượng quá nhiệt.

Lưu ý: Khi hoạt động, bộ lọc sóng sin sẽ phát ra tiếng ồn và nóng nhẹ. Đây là hiện tượng bình thường, vì phần năng lượng gây nóng và ồn trước đây ở động cơ đã được hấp thụ bởi bộ lọc, giúp bảo vệ động cơ khỏi quá nhiệt.

Lưu ý khi lựa chọn bộ lọc sóng sin

Khi mua bộ lọc SWF, cần xác định chính xác tần số sóng mang của biến tần. Nếu chọn sai, có thể gây hiệu ứng ngược, khiến nhiệt độ và tiếng ồn tăng cao hơn.

Ví dụ thực tế:

Một hệ thống tời nâng (hoist) có hiện tượng nhiệt độ động cơ cao và phát tiếng ồn lớn. Kỹ thuật viên đã lắp bộ lọc SWF, dựa theo thông tin từ nhà sản xuất rằng tần số sóng mang của biến tần là 2 kHz.

Tuy nhiên, sau khi lắp đặt, tiếng ồn càng lớn và nhiệt độ động cơ tiếp tục tăng. Khi đo kiểm thực tế, phát hiện tần số sóng mang thực của biến tần chỉ là 1 kHz.

Sau khi hiệu chỉnh lại thông số của bộ lọc sóng sin, kết quả:

• Tiếng hú (whistling noise) của động cơ gần như biến mất,
• Nhiệt độ giảm từ 65°C xuống còn 53°C.

Kết luận

Hiện tượng động cơ bị quá nhiệt khi điều khiển bằng biến tần chủ yếu do ảnh hưởng của dòng điện tần số cao từ sóng PWM. Biện pháp tối ưu và bền vững là lắp đặt bộ lọc sóng sin SWF, được lựa chọn và hiệu chỉnh theo đúng tần số sóng mang của biến tần.

Điều này không chỉ giúp loại bỏ quá nhiệt, mà còn bảo vệ hệ thống cơ điện, nâng cao tuổi thọ thiết bị, và đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

Tham khảo thêm video tháo, lắp bạc đạn động cơ PM dễ dàng, không lo rotor bị dính stator: