Tần số sóng mang của biến tần (Carrier Frequency) là một thông số quan trọng trong biến tần, đặc biệt trong các hệ thống điều khiển động cơ. Đây là tần số mà tại đó các xung điện áp được bật và tắt để điều chế sóng điện áp xoay chiều đầu ra của biến tần, nhằm điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ. Tần số sóng mang thường cao hơn nhiều so với tần số của sóng đầu ra, thường dao động từ vài kilohertz (kHz) đến hàng trăm kilohertz.
Nguyên lý hoạt động
Hầu hết các loại biến tần hiện nay đều sử dụng kỹ thuật Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM) để tạo ra một điện áp xoay chiều biến đổi từ nguồn điện áp một chiều.
Trong kỹ thuật PWM, tần số sóng mang là tần số tại đó các xung PWM được chuyển mạch. Tần số này quyết định mức độ chính xác và mịn màng của điện áp đầu ra.
- Sóng mang: Là một sóng hình tam giác hoặc hình răng cưa có tần số cao.
- Tín hiệu điều khiển: Là một tín hiệu hình sin với tần số mong muốn, được dùng để điều chế.
- PWM: Kỹ thuật PWM so sánh tín hiệu điều khiển với sóng mang để tạo ra một loạt các xung điện áp. Tần số của các xung này chính là tần số sóng mang.
Ảnh hưởng của tần số sóng mang
Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến chất lượng sóng đầu ra:
- Tần số sóng mang cao tạo ra sóng đầu ra mịn hơn và gần với dạng sóng sin lý tưởng hơn, giảm nhiễu âm và giảm độ gợn sóng trong động cơ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và vận hành êm ái của động cơ.
Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến hiệu suất của biến tần và động cơ:
- Tần số sóng mang cao thường dẫn đến tổn thất chuyển mạch lớn hơn, làm tăng nhiệt độ của các thiết bị bán dẫn trong biến tần, đồng thời làm tăng nhiệt độ động cơ. Do đó, biến tần cần được thiết kế để chịu được tổn thất này hoặc có các phương pháp làm mát hiệu quả.
- Ngược lại, tần số sóng mang thấp giảm tổn thất chuyển mạch và nhiệt độ, nhưng có thể làm tăng tiếng ồn điện từ và làm giảm chất lượng sóng đầu ra.
Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến nhiễu điện từ (EMI):
- Tần số sóng mang cao có thể tạo ra nhiều nhiễu điện từ hơn, ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác xung quanh. Do đó, cần phải có các biện pháp che chắn hoặc lọc EMI khi sử dụng tần số sóng mang cao.
Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến độ êm ái của biến tần:
- Tần số sóng mang thấp có thể gây ra tiếng ồn đáng kể do sóng điện áp tạo ra các lực không mong muốn trong cuộn dây của động cơ, dẫn đến tiếng ồn và rung động. Tần số sóng mang cao hơn thường giảm thiểu hiện tượng này.
Lựa chọn tần số sóng mang
Lựa chọn tần số sóng mang phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại động cơ, yêu cầu về chất lượng đầu ra, khả năng chịu tải của biến tần và các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Thông thường, nhà sản xuất biến tần cung cấp các tùy chọn cài đặt tần số sóng mang để người dùng có thể điều chỉnh theo yêu cầu:
- Tần số thấp (2-4 kHz): Phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu cao về chất lượng sóng đầu ra và muốn giảm tổn thất chuyển mạch.
- Tần số trung bình (4-8 kHz): Cân bằng giữa chất lượng sóng đầu ra và tổn thất chuyển mạch, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp tiêu chuẩn.
- Tần số cao (8-20 kHz hoặc hơn): Được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng sóng đầu ra rất cao, như trong điều khiển các động cơ chính xác hoặc trong các môi trường yêu cầu vận hành êm ái.
Kết luận
Tần số sóng mang của biến tần là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của hệ thống điều khiển động cơ. Việc lựa chọn tần số sóng mang phù hợp đòi hỏi phải cân nhắc giữa chất lượng đầu ra, tổn thất năng lượng, và nhiễu điện từ. Trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và vận hành êm ái, tần số sóng mang cao thường được ưu tiên, trong khi tần số sóng mang thấp hơn có thể phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tiết kiệm năng lượng và giảm nhiệt độ thiết bị.