Cuộn kháng đang là một trong những thiết bị điện cảm không thể thiếu trong các nhà máy sử dụng nhiều động cơ công suất lớn. Vậy cuộn kháng là gì? Cuộn kháng tụ bù, cuộn kháng AC, DC là gì? Nguyên lý, ứng dụng cuộn kháng cho biến tần ra sao? Cùng Hoàng Ngân TEC tìm hiểu ngay bài viết dưới đây nhé!

Bài viết này có gì?

Cuộn kháng là gì?

Trước hết, chúng ta cần phải biết cuộn kháng là gì? Cuộn kháng hay còn gọi reactor là một cuộn dây có điện cảm không đổi. Thiết bị này có công dụng chủ yếu là hạn chế dòng ngắn mạch bên cạnh, từ đó, nhằm duy trì trị số điện áp tại một mức nhất định đề phòng sự thay đổi dòng điện xảy ra. Cuộn kháng là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện công nghiệp. Nhờ có thiết bị mà hệ thống hoạt động trơn tru hơn.

Các loại cuộn kháng phổ biến

Cuộn kháng tụ bù

Cuộn kháng tụ bù hay chính là cuộn kháng thông thường, là một cuộn dây đồng công suất lớn được quấn xung quanh lõi sắt từ có điện kháng không đổi. Vai trò của cuộn kháng này là để tích trữ năng lượng từ trường, hạn chế dòng ngắn mạch và duy trì điện áp định mức khi có sự biến thiên đột ngột về điện áp lưới.

Ngoài ra, cuộn kháng tụ bù còn có khả năng lọc sóng hài, giúp cải thiện chất lượng điện năng của cả hệ thống. Khi xảy ra các hiện tượng như dao động điện áp hoặc nhiễu sóng hài trên lưới điện, thiết bị này sẽ phát huy vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị điện gia dụng khỏi hư hỏng.

Cuộn kháng 3 pha

Cuộn kháng điện 3 pha là chỉ cuộn kháng sử dụng dòng điện ba pha. Dòng điện ba pha là loại dòng điện bao gồm 4 dây: 3 dây pha và 1 dây trung tính. Tại Việt Nam, điện áp ba pha thường là 380V/3f, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền tải và sản xuất công suất lớn. Hệ thống điện 3 pha phù hợp với các ứng dụng công nghiệp và các hệ thống cần cung cấp công suất lớn.

Cuộn kháng 3 pha được thiết kế để hoạt động với dòng điện ba pha, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và điều chỉnh dòng điện trong các hệ thống điện công nghiệp.

Cuộn kháng AC

Cuộn kháng AC, còn được gọi là cuộn cảm AC hoặc reactor AC, là một linh kiện điện quan trọng được cấu tạo bởi nhiều vòng dây dẫn điện quấn quanh một lõi thép hoặc ferrite. Khi dòng điện xoay chiều (AC) chạy qua cuộn dây này, nó tạo ra một từ trường biến thiên, dẫn đến việc sinh ra một điện áp cảm ứng ngược chiều với điện áp nguồn.

Hiện tượng này có tác dụng chống lại sự thay đổi của dòng điện, giúp làm phẳng dòng AC và giảm thiểu sự méo dạng sóng, từ đó cải thiện chất lượng và ổn định của nguồn điện.

Cuộn kháng DC

Cuộn kháng DC (hay còn gọi là cuộn cảm DC, reactor DC) là một linh kiện điện quan trọng được cấu tạo bởi nhiều vòng dây dẫn điện quấn quanh một lõi thép hoặc ferrite. Khi dòng điện một chiều (DC) chạy qua cuộn dây này, nó tạo ra một từ trường ổn định, có khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng từ trường.

Đặc tính này giúp cuộn kháng DC đóng vai trò quan trọng trong việc làm phẳng dòng điện DC, giảm thiểu sự gợn sóng và ổn định dòng điện, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống điện một chiều.

Cấu tạo cuộn kháng điện

Cuộn kháng có cấu tạo khá đơn giản, chủ yếu bao gồm một cuộn dây dẫn điện và một lõi sắt. Dây dẫn được quấn nhiều vòng quanh lõi sắt từ.

Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh. Từ trường này sẽ gây ra một hiệu ứng cảm ứng, nhằm kìm hãm sự biến dạng hoặc thay đổi đột ngột của dòng điện đi qua cuộn dây.

Nhờ vào cơ chế này, thiết bị có thể đóng vai trò hạn chế dòng điện ngắn mạch và duy trì ổn định điện áp đầu ra, ngay cả khi có những biến động đột ngột trên lưới điện cung cấp.

Nguyên lý hoạt động của cuộn kháng

Đối với dòng điện xoay chiều, cảm kháng của cuộn kháng tỷ lệ thuận với tần số. Tần số càng cao, cảm kháng càng lớn, dẫn đến dòng điện qua cuộn kháng càng nhỏ. Tính chất này giúp các máy móc công nghiệp hoạt động trơn tru hơn khi sử dụng cuộn kháng.

Khi kết hợp cuộn kháng với tụ bù, sẽ tạo ra công suất phản kháng, ngăn chặn sóng hài khi tụ điện đóng/ngắt và bảo vệ tụ bù tốt hơn.

Nguyên lý hoạt động của cuộn kháng dựa trên cảm kháng tỉ lệ thuận với tần số, còn dung kháng tỷ lệ nghịch với tần số. Vì vậy, cuộn kháng được mắc nối tiếp với tụ bù để ngăn chặn sóng hài lớn như bậc 5 hoặc 7.

Bên cạnh đó, do tính không đổi, cuộn kháng thường được lắp đặt trong biến tần của thiết bị công nghiệp, giúp tăng độ bền và hiệu suất hoạt động.

Cuộn kháng dùng để làm gì? Chức năng của cuộn kháng

Hạn chế dòng ngắn mạch

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện, dòng điện sẽ tăng lên đột ngột. Điều này có thể gây ra những hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị điện trong hệ thống. Khi sử dụng cuộn kháng, thiết bị sẽ tạo ra một lực cản điện trở, nhằm hạn chế dòng điện tăng quá cao, bảo vệ hệ thống điện khỏi những nguy cơ tiềm ẩn do sự cố ngắn mạch gây ra.

Nhờ vào chức năng này, cuộn kháng góp phần ngăn chặn những thiệt hại có thể xảy ra đối với các thiết bị trong hệ thống điện khi gặp phải tình trạng ngắn mạch.

Duy trì điện áp ổn định

Sự thay đổi đột ngột về tải trong hệ thống điện có thể dẫn đến biến động điện áp, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện. Tuy nhiên khi sử dụng cuộn kháng, thiết bị sẽ giữ cho điện áp luôn ổn định ở mức nhất định, đảm bảo cho các thiết bị điện hoạt động bình thường và hiệu quả.

Với khả năng kiểm soát và ổn định điện áp, cuộn kháng trung thế góp phần bảo vệ các thiết bị điện khỏi những biến động điện áp có thể xảy ra do các thay đổi đột ngột về tải trong hệ thống.

Lọc sóng hài

Sóng hài là những thành phần méo dạng của dòng điện xoay chiều, gây nhiễu cho các thiết bị điện tử và làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống điện. Để hạn chế được tình trạng đó, cuộn kháng sẽ lọc bỏ những thành phần sóng hài này, góp phần cải thiện chất lượng điện trong hệ thống.

Cuộn kháng DC và cuộn kháng AC có thể triệt sóng hài và dòng điện thay đổi nhanh

và lớn. Cuộn kháng DC có thể triệt sóng hài tốt hơn cuộn kháng AC. Dùng cuộn kháng DC với AC sẽ triệt sóng hài hiệu quả hơn. Hệ số cosφ đầu vào của biến tần sẽ được cải thiện bằng cách triệt sóng hài của dòng điện đầu vào của biến tần.

Với chức năng lọc sóng hài, cuộn kháng DC giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng, đảm bảo các thiết bị điện tử hoạt động ổn định và hiệu quả hơn.

Bảo vệ tụ bù

Tụ bù được sử dụng để bù công suất phản kháng trong hệ thống điện. Tuy nhiên, tụ bù có thể bị hư hỏng do dòng điện đột ngột trong trường hợp ngắn mạch.

Để giải quyết vấn đề này, cuộn kháng trung thế được lắp đặt kết hợp với tụ bù. Cuộn kháng trung thế sẽ bảo vệ tụ bù khỏi các tác động tiêu cực như dòng điện đột ngột, đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả hoạt động lâu dài của tụ bù.

Nhờ sự kết hợp giữa tụ bù và cuộn kháng trung thế, hệ thống điện có thể vận hành ổn định, đồng thời tăng cường hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

Cuộn kháng đầu ra biến tần

Cuộn kháng đầu ra biến tần là thiết bị điện tử được lắp đặt ở đầu ra của biến tần để hạn chế sóng hài bậc cao và cải thiện chất lượng điện.

Trên thị trường hiện nay, có hai loại cuộn kháng chính được sử dụng cho biến tần: cuộn kháng đầu ra biến tần (DC) và cuộn kháng đầu vào biến tần (AC).

Cuộn kháng cho biến tần AC

Một số các biến tần đạt chuẩn Tiêu chuẩn EMC của MD200 và sóng hài dòng điện đầu vào có thể kể đến như:

Bộ lọc EMC tích hợp của mẫu nguồn 1 pha (MD200S) tuân thủ EN/IEC 61800-3 loại C3.
Sử dụng bộ lọc EMC bên ngoài MD200 (tất cả các dòng) tuân thủ EN/IEC61800-3 loại C2 (CISPR11 A1).
Tuân thủ các yêu cầu về sóng hài dòng điện đầu vào, phải sử dụng thêm cuộn kháng đầu vào AC (giảm điện áp 3%) cho các mẫu 3 pha 400V.

Cuộn kháng cho biến tần trung thế DC

Cuộn kháng trung thế đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và cải thiện chất lượng điện năng cho hệ thống. Chúng thường được sử dụng kết hợp với tụ bù trung thế để đảm nhiệm các chức năng chính.

Một trong những chức năng cơ bản của cuộn kháng trung thế là bảo vệ tụ bù cùng các thiết bị liên quan như relay bù và thiết bị đóng cắt. Sự kết hợp giữa cuộn kháng và tụ bù giúp lọc sóng hài, ổn định điện áp, và nâng cao chất lượng điện cho toàn bộ hệ thống.

Ngoài ra, cuộn kháng trung thế cũng đóng vai trò bảo vệ biến tần trong các đoạn mạch điện.

Sơ đồ cuộn kháng cho biến tần trung thế DC

Nhờ đặc tính điện cảm không đổi, cuộn kháng trung thế giúp ổn định dòng điện khi chạy qua nó. Điều này đảm bảo rằng dù có thay đổi tốc độ hay tần số, biến tần và động cơ vẫn hoạt động trơn tru khi cuộn kháng được lắp đặt gần với biến tần.

Đối với các biến tần trung thế, là các biến tần có công suất lớn và lấy điện áp cao thế trên 400V, nhà sản xuất thường sản xuất biến tần có đi kèm sẵn cuộn kháng để lọc sóng hài ở mức độ an toàn. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thông thường chỉ lọc sóng hài đến 30-40%, mức này có thể đáp ứng mức an toàn cơ bản cho con người. Tuy nhiên, các thiết bị điện tử như máy tình, laptop, HMI, v.v. khi sử dụng gần động cơ vẫn có thể bị nhiễu, chậm do sóng hài chưa được lọc hoàn toàn. Khách hàng cần phải lựa chọn kỹ càng khả năng lọc sóng hài của các biến tần khi lắp cho công suất lớn. Một số hãng biến tần có khả năng lọc sóng hài vượt trội có thể kể đến như: biến tần Inovance, v.v.

Lời kết

Cuộn kháng là một thiết bị điện từ quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và hệ thống điện. Việc hiểu rõ nguyên lý và ứng dụng của cuộn kháng sẽ giúp kỹ sư và nhà vận hành lựa chọn và sử dụng chúng một cách hiệu quả, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống. Trên đây là toàn bộ thông tin cơ bản nhất về cuộn kháng, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào vui lòng liên hệ ngay với Hoàng Ngân TEC qua số hotline 0962.070.538 hoặc qua Zalo OA để được chuyên gia hỗ trợ nhanh nhất nhé!