Torque là gì? Nguyên lý & Cách điều khiển torque trong biến tần

Có bao giờ bạn tự hỏi torque là gì và nó ảnh hưởng thế nào đến hoạt động của động cơ? Torque hay mô-men xoắn là đại lượng thể hiện khả năng tạo lực xoay, quyết định hiệu suất truyền động. Ngày nay, sử dụng biến tần ứng dụng phổ biến trong điều khiển torque giúp động cơ khởi động êm, tăng tuổi thọ thiết bị. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết khái niệm, nguyên lý và cách điều khiển torque trong biến tần chi tiết nhất. 

Torque là gì?

Khái niệm

Torque hay còn được gọi là mô-men xoắn có thể được hiểu là lực xoay của động cơ. Nói cách khác, torque là khả năng động cơ tạo ra lực để thực hiện một chuyển động quay. Trong lĩnh vực điện tự động hoá, Torque còn được gọi bằng một số thuật ngữ hơn như lực căng hay độ bốc.

Khác với mã lực chỉ ra tốc độ của động cơ cung cấp công suất, torque liên quan đến lượng công việc mà động cơ có thể thực hiện.

Torque là đại lượng đặc trưng cho khả năng tạo ra chuyển động xoay của một lực. 

Công thức tính torque: T = F × r, 

Trong đó:

• T là mô-men xoắn (đơn vị Newton-mét – Nm), 
• F là lực tác dụng ( đơn vị Newton – N)
• r là chiều dài cánh tay đòn (đơn vị mét – m)

Ví dụ đơn giản, một động cơ 3 pha điều khiển torque trong biến tần MD520 Inovance có thể duy trì mô-men xoắn định mức 25 Nm. Nhờ vậy, hệ thống băng tải khởi động êm ái, tránh tình trạng giật tải và đảm bảo vận hành ổn định, tiết kiệm năng lượng.

Nguyên lý điều khiển torque trong biến tần

Biến tần điều khiển chế độ torque bằng cách duy trì momen của động cơ ở mức cài đặt, thay vì điều chỉnh tốc độ. Biến tần sẽ tính toán và điều chỉnh điện áp, tần số sao cho torque được ổn định khi tốc độ động cơ thay đổi theo tải.

Điều khiển torque trong biến tần bao gồm 3 bước chính: 

1. Đo lực căng: Hệ thống sử dụng cảm biến lực căng để đo lường lực căng hiện tại và gửi tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển biến tần.
2. Xử lý tín hiệu: Bộ điều khiển biến tần so sánh tín hiệu phản hồi với giá trị lực căng mong muốn. Thuật toán điều khiển sẽ tính toán để điều chỉnh tín hiệu điều khiển cho động cơ.
3. Điều chỉnh tốc độ/moment: Biến tần sẽ thay đổi tần số và điện áp đầu ra để điều chỉnh tốc độ hoặc moment, đảm bảo công suất không đổi.

Quá trình đo lường và điều chỉnh này diễn ra liên tục để duy trì lực căng ở mức mong muốn. 

Trong ứng dụng kéo sợi, biến tần duy trì mô-men trục động cơ ổn định, đảm bảo sản phẩm cuộn chặt và đều.

Các phương pháp điều khiển Torque trong biến tần

Các phương pháp điều khiển Torque hiện nay chủ yếu được phân loại dựa trên cơ chế phản hồi, chia thành vòng hở và vòng kín.

Điều khiển Torque vòng hở

Chế độ điều khiển Torque trong biến tần dạng vòng hở là phương pháp đơn giản hơn, không yêu cầu phản hồi liên tục từ cảm biến lực căng hoặc encoder. 

Chế độ này sử dụng các mô hình toán học hoặc các giá trị cài đặt trước để kiểm soát mô-men xoắn. Biến tần tính toán torque và tốc độ chỉ dựa trên dòng điện tiêu thụ qua động cơ. Người dùng chỉ điều chỉnh mô-men đầu ra của động cơ, còn tốc độ thay đổi theo tải. Khi tải nặng, động cơ giảm tốc; khi tải nhẹ, động cơ tăng tốc nhưng không vượt quá tần số cài đặt.

Phương pháp điều khiển torque trong biến tần này dễ dàng cài đặt và hiệu chỉnh nhưng độ chính xác không cao bằng vòng kín. Việc điều chỉnh tốc độ bị hạn chế khi điều chỉnh mô-men. Phương pháp này thường ứng dụng trong các động cơ công suất nhỏ, không yêu cầu độ chính xác quá cao.

Dòng biến tần Inovance MD520 là dòng biến tần hiệu suất cao, thường được ứng dụng phổ biến cho chế độ điều khiển torque vòng kín và vòng hở. 

Điều khiển Torque vòng kín

Điều khiển Torque trong biến tần vòng kín là một kỹ thuật điều khiển tiên tiến, được xem là cách hiệu quả nhất để đạt được độ căng chính xác. Ngoài phản hồi dòng điện, chế độ này còn có phản hồi tốc độ bằng encoder được gắn đồng trục với động cơ. 

Hệ thống bao gồm: 

• Bộ điều khiển lực căng, 
• Loadcell dò và phản hồi lực căng 
• Động cơ có gắn thêm encoder
• Biến tần điều khiển lực căng

Hoạt động theo nguyên lý, tín hiệu phản hồi lực căng từ Loadcell được gửi về bộ điều khiển lực căng, sau đó chuyển thành tín hiệu cài đặt lực cho biến tần. Biến tần sử dụng lệnh điều khiển này kết hợp với tín hiệu phản hồi tốc độ từ Encoder để điều chỉnh động cơ, đảm bảo hệ thống duy trì lực căng chính xác và ổn định.

Phương pháp điều khiển torque trong biến tần này có độ chính xác cao và tốc độ ổn định do dữ liệu được so sánh và điều chỉnh theo thời gian thực. Hệ thống phản ứng nhanh chóng với các thay đổi, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu mô-men lực căng chính xác và ổn định cao. Thường ứng dụng cho các yêu cầu độ chính xác cao như ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy, sản xuất dây cáp,…

Cách cài biến tần Inovance điều khiển torque

Đấu nối mạch lực

1. Cấp nguồn đầu vào: Nối nguồn vào các chân R, S, và T.
2. Đấu ra động cơ: Nối ba pha động cơ vào các chân U, V, và W (thường bố trí ở phía bên phải ngoài cùng).
3. Trở xả: Trong trường hợp cần dừng nhanh hoặc ứng dụng có quán tính lớn, hai chân của trở xả sẽ được nối vào hai chân Br và (+) trên biến tần

Đấu nối mạch điều khiển

1. Công tắc bật/tắt máy: Một đầu công tắc đấu vào chân DI1, đầu còn lại của công tắc đấu vào chân COM.
2. Chiết áp đặt lực Torque: Chiết áp được sử dụng để đặt lực torque bên ngoài. Chân giữa của chiết áp đấu vào chân AI1, hai chân còn lại của chiết áp đấu vào chân GND và chân +10V.

Cài thông số động cơ và dò thông số

Để đảm bảo chế độ điều khiển torque trong biến tần hoạt động chính xác, cần phải biết các thông số cụ thể của động cơ.

1. Reset biến tần về mặc định: Vào thông số Fb-01 cài đặt giá trị 503

2. Cài đặt Thông số Định mức của Động cơ (Nhóm F1)

• F1-01: Cài đặt công suất định mức của động cơ (ví dụ: 1.5 kW).
• F1-02: Cài đặt điện áp định mức (ví dụ: 380 V).
• F1-03: Cài đặt dòng điện định mức (ví dụ: 3.7 A).
• F1-04: Cài đặt tần số định mức (ví dụ: 50 Hz).
• F1-05: Cài đặt tốc độ định mức của động cơ (ví dụ: 1400 vòng/phút).

3. Tự động Dò thông số: Vào thông số F1-37=3 để thực hiện quá trình dò tĩnh toàn phần động cơ Trên màn hình biến tần sẽ hiển thị chữ “tool”, nhấn nút RUN trên bàn phím để thực hiện quá trình tự động dò thông số động cơ. Chờ đợi cho đến khi trên màn hình không còn xuất hiện chữ “tool” nữa. Quá trình tự động dò thông số đã hoàn tất.

4. Cài đặt chế độ điều khiển Torque

• F0-01=0 : Chọn chế độ điều khiển Vector vòng hở
• F0-02=1 : Chọn lệnh chạy là cầu đấu ngoài
• A0-00=1 : Chọn chế độ Torque
• A0-01=1 : Chọn nguồn đặt lực Torque thông qua chiết áp đầu vào Analog AI1

Chạy thử điều khiển torque trong biến tần

1. Theo dõi giá trị Torque đặt: Bạn vào thông số U0-35 để xem phần trăm lực torque đã đặt. Sau đó, bật công tắc để biến tần bắt đầu hoạt động.
2. Kiểm tra phản ứng lực căng: Quan sát phản ứng của biến tần, khi lực căng thực tế lớn hơn giá trị đặt, biến tần sẽ từ từ giảm tốc độ để đáp ứng lực mô-men xoắn mong muốn, tốc độ sẽ giảm. Khi không còn bị cản, biến tần sẽ từ từ tăng tốc trở lại tần số tối đa đã cài đặt. Nếu lực căng quá căng, biến tần có thể giảm tốc độ về 0, và khi hết lực cản, nó sẽ tăng tốc trở lại.
3. Dừng hoạt động: Tắt công tắc để biến tần dừng hoạt động.

Chế độ điều khiển torque trong biến tần MD520 tự tính toán lực kéo vừa đủ để kéo tải và tự động tăng hoặc giảm tốc độ sao cho công suất tiêu thụ không đổi.

Xem video cài đặt điều khiển torque trong biến tần MD520 tại:

Lời kết

Torque là một khái niệm thể hiện lực xoay của động cơ, và khả năng động cơ tạo ra lực để thực hiện chuyển động quay. Trong công nghiệp, chức năng điều khiển Torque Control trong biến tần là giải pháp cốt lõi, giúp duy trì lực căng ổn định. Bài viết trên đã giải thích khái niệm torque là gì và cách điều khiển torque trong biến tần chi tiết.