Cuộn kháng là một trong những bộ phận điện từ cần thiết cho các nhà máy vận hành nhiều động cơ công suất cao. Vậy chính xác cuộn kháng là gì? Nguyên lý hoạt động và cách thức ứng dụng cuộn kháng cho biến tần như thế nào? Hãy cùng Newtop khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây.
Cuộn kháng là gì?
Cuộn kháng, còn gọi là reactor, bao gồm một lõi làm bằng sắt từ với dây đồng được quấn quanh. Chúng có khả năng hoạt động với công suất lớn và điện kháng không thay đổi. Chức năng chính của các thiết bị này là lưu trữ từ trường, từ đó giúp giới hạn dòng điện ngắn mạch và duy trì mức điện áp ổn định khi có những thay đổi đột ngột trong hệ thống điện.
Ngoài ra, cuộn kháng thường được phối hợp với tụ bù trong các hệ thống điện dân dụng nhằm mục đích lọc bỏ sóng hài. Loại sóng này có thể gây nhiễu và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của các thiết bị điện tử. Do đó, việc sử dụng cuộn kháng sẽ góp phần cải thiện chất lượng hệ thống điện, đảm bảo sự ổn định và bảo vệ các linh kiện như rơ-le, tụ bù và các thiết bị khác.
👉 Rơ le là gì? Cấu tạo, nguyên lý, phân loại và chức năng phổ biến
Cấu tạo của cuộn kháng điện
Cuộn kháng sở hữu một thiết kế tương đối cơ bản, với thành phần chính là một cuộn dây dẫn và lõi sắt. Dây dẫn được quấn nhiều vòng quanh lõi sắt từ.
Khi dòng điện lưu thông qua cuộn dây, một từ trường sẽ được sinh ra xung quanh nó. Từ trường này tạo ra tác động cảm ứng, có nhiệm vụ ngăn chặn sự biến đổi hay thay đổi đột ngột của dòng điện đi qua cuộn dây.
Với nguyên lý hoạt động này, thiết bị có khả năng giới hạn dòng điện ngắn mạch và giữ cho điện áp đầu ra luôn ổn định, ngay cả khi hệ thống điện cung cấp gặp phải những biến động bất ngờ.
Nguyên lý vận hành của cuộn kháng
Trong mạch điện xoay chiều, cảm kháng của cuộn kháng có mối quan hệ tỉ lệ thuận với tần số. Khi tần số tăng lên, trở kháng của cuộn kháng cũng tăng theo, làm giảm cường độ dòng điện chảy qua cuộn kháng. Đặc điểm này góp phần đảm bảo hoạt động ổn định cho các thiết bị công nghiệp khi có sự tham gia của cuộn kháng.
Sự kết hợp giữa cuộn kháng và tụ bù sẽ tạo ra công suất phản kháng, hạn chế sóng hài trong quá trình đóng/ngắt tụ điện và tăng cường khả năng bảo vệ cho tụ bù.
Cơ chế hoạt động của cuộn kháng dựa trên nguyên lý trở kháng tỉ lệ thuận với tần số, trong khi dung kháng lại tỉ lệ nghịch với tần số. Do đó, cuộn kháng được đấu nối tiếp với tụ bù nhằm vô hiệu hóa các sóng hài có biên độ lớn như bậc 5 hoặc bậc 7.
Hơn nữa, nhờ tính ổn định, cuộn kháng thường được tích hợp trong các bộ biến tần của thiết bị công nghiệp, qua đó cải thiện độ bền và hiệu quả vận hành.
Phân loại cuộn kháng
Có 2 cách để phân loại cuộn kháng: theo mức điện áp và theo mục đích sử dụng.
Phân loại dựa trên điện áp vận hành:
- Cuộn kháng hạ thế: Được thiết kế cho các ứng dụng có điện áp từ 440V đến 1000V.
- Cuộn kháng trung thế: Dành cho các hệ thống hoạt động với điện áp từ 1000V trở lên.
Phân loại dựa trên chức năng:
- Cuộn kháng dùng để bảo vệ thiết bị điện trong công nghiệp:
Điển hình nhất cho loại cuộn kháng này đó chính là cuộn kháng Mikro. Cuộn kháng được sử dụng cùng với tụ bù nhằm bảo vệ tụ bù, các thiết bị đóng cắt và rơ-le điều chỉnh. Cuộn kháng kết hợp với tụ bù có khả năng loại bỏ các thành phần sóng hài, từ đó nâng cao chất lượng điện năng cho toàn hệ thống. Cuộn kháng lọc sóng hài đặc biệt quan trọng khi điện áp và dòng điện trong hệ thống bị biến dạng nghiêm trọng.
Khi cuộn kháng và tụ bù được ghép nối với nhau, chúng tạo thành một mạch LC có chức năng lọc sóng hài. Tần số lọc của mạch này sẽ phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn kháng và điện dung của tụ bù.
Vì vậy, trên thị trường có sẵn nhiều loại cuộn kháng với các giá trị khác nhau như 6%, 7%, 11%, 14%… Các con số này biểu thị mức độ lọc tương ứng với các tần số khác nhau.
- Cuộn kháng dành cho biến tần:
Có 2 loại chính là:
- Cuộn kháng đặt ở đầu vào biến tần, còn được biết đến với tên gọi cuộn kháng AC hoặc AC reactor.
- Cuộn kháng đặt ở đầu ra biến tần, hay còn gọi là cuộn kháng DC hoặc DC reactor.
Cả 2 loại này đều có vai trò làm ổn định dòng điện, đảm bảo động cơ vận hành một cách mượt mà và hiệu quả ngay cả khi có sự thay đổi về tốc độ hoặc tần số.
👉 Thiết bị điện công nghiệp là gì? Ứng dụng và vai trò quan trọng
Chức năng của cuộn kháng
Bảo vệ các thành phần điện trong công nghiệp
Cuộn kháng khi hoạt động cùng tụ bù, có nhiệm vụ đảm bảo sự an toàn cho tụ bù, các thiết bị đóng cắt và rơ-le bù. Sự phối hợp này góp phần nâng cao chất lượng điện năng cho toàn bộ hệ thống. Đây là một bộ phận đóng vai trò thiết yếu, nhất là trong những tình huống điện áp hoặc dòng điện trong hệ thống có sự biến đổi bất thường.
Bảo vệ biến tần của hệ thống
Ngoài việc bảo vệ tụ bù, các thiết bị đóng cắt và rơ-le bù, cuộn kháng còn có vai trò bảo vệ biến tần trong một đoạn mạch. Như chúng ta đã biết, có 2 loại cuộn kháng dành cho biến tần: loại lắp ở đầu ra biến tần (còn gọi là cuộn kháng DC) và loại lắp ở đầu vào biến tần (còn gọi là cuộn kháng AC).
Nhờ vào những đặc tính vốn có, cuộn kháng có khả năng điều chỉnh mọi dòng điện chạy qua nó trở nên ổn định hơn. Do đó, khi được bố trí gần biến tần, chúng giúp dòng điện đi qua trở nên êm dịu. Điều này cho phép biến tần và động cơ hoạt động một cách hiệu quả và mượt mà, ngay cả khi tốc độ hoặc tần số thay đổi.
Cách xác định cuộn kháng phù hợp
Để có thể chọn được cuộn kháng đáp ứng đúng yêu cầu, quy trình bao gồm 4 bước chính như sau:
- Xác định cấp điện áp mà cuộn kháng sẽ hoạt động, có thể là loại hạ thế hoặc trung thế.
- Thực hiện đo lường mức độ sóng hài có trong hệ thống để lựa chọn cuộn kháng có giá trị phần trăm phù hợp (ví dụ: 6%, 12%) nhằm tối ưu hiệu quả.
- Vì cuộn kháng thường được sử dụng đồng bộ với tụ bù, do đó cần lựa chọn dung lượng cuộn kháng sao cho tương thích với dung lượng của bộ tụ bù (ví dụ: 20kVAR, 25kVAR, 50kVAR, 100kVAR…).
- Việc lựa chọn nhà cung cấp cuộn kháng đáng tin cậy cũng là một khía cạnh then chốt. Để tránh mua phải hàng giả, hàng kém chất lượng và tìm được sản phẩm mong muốn, quý vị có thể tham khảo tên các nhà sản xuất uy tín như Suzuki, Mikro, Epcos, Estel…
👉 Tụ bù là gì? Định nghĩa, cấu tạo và phân loại chi tiết
Cuộn kháng là một bộ phận không thể thiếu trong ngành điện, có vai trò quan trọng và được ứng dụng phổ biến trong các môi trường sản xuất cũng như vận hành lưới điện. Việc nắm vững nguyên lý hoạt động và cách thức ứng dụng của cuộn kháng sẽ hỗ trợ các kỹ sư và người vận hành trong việc sử dụng thiết bị này một cách hiệu quả, đồng thời đảm bảo tính an toàn và sự ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Newtop đã cung cấp những giải đáp “cuộn kháng là gì” và những vấn đề xoay quanh cuộn kháng. Hy vọng rằng những thông tin được chia sẻ này sẽ mang lại lợi ích cho quý vị.
