Hướng dẫn chọn biến tần Siemens dựa trên công suất động cơ

Trong thiết kế và vận hành hệ thống cơ điện, việc ghép nối giữa thiết bị điều khiển và động cơ là bước quan trọng nhất quyết định sự thành bại của một dự án. Biến tần không chỉ đơn thuần là một thiết bị đóng ngắt, nó là bộ não điều khiển toàn bộ hành vi của động cơ điện. Một sai lầm phổ biến mà nhiều kỹ thuật viên mắc phải là chỉ nhìn vào con số công suất (kW) ghi trên nhãn máy để chọn biến tần tương ứng. Tuy nhiên, thực tế vận hành công nghiệp phức tạp hơn nhiều. Một động cơ 15kW chạy bơm nước sẽ có đặc tính hoàn toàn khác với một động cơ 15kW chạy máy nghiền đá. Việc lựa chọn sai, dù là thiếu hụt hay dư thừa công suất, đều dẫn đến những hệ lụy nghiêm trọng: hệ thống thường xuyên báo lỗi quá tải, tuổi thọ thiết bị giảm sút, hoặc lãng phí ngân sách đầu tư ban đầu.

Bài viết này sẽ đi sâu vào phương pháp kỹ thuật để lựa chọn Biến tần Siemens một cách chính xác nhất. Chúng ta sẽ không chỉ dừng lại ở công suất danh định, mà sẽ phân tích sâu các yếu tố như dòng điện, chế độ tải, và các hệ số an toàn cần thiết để đảm bảo hệ thống của bạn vận hành bền bỉ và hiệu quả.

Biến tần Siemens là gì?

Biến tần Siemens, thuộc dòng sản phẩm danh tiếng SINAMICS, là thiết bị điện tử công suất được thiết kế để điều khiển tốc độ quay và mô men xoắn của động cơ điện xoay chiều ba pha. Về mặt nguyên lý, nó thực hiện việc biến đổi nguồn điện lưới có tần số và điện áp cố định thành nguồn điện có tần số và điện áp thay đổi được để cấp cho động cơ.

Tuy nhiên, khi nói đến việc lựa chọn theo công suất, chúng ta cần hiểu biến tần Siemens nó không chỉ cung cấp điện, mà còn quản lý dòng năng lượng đó. Các dòng biến tần Siemens hiện đại như G120, V20 hay G120X được thiết kế với khả năng chịu tải linh hoạt. Một mã biến tần vật lý có thể được định danh với hai mức công suất khác nhau tùy thuộc vào chế độ vận hành (Tải nhẹ hay Tải nặng). Sự linh hoạt này giúp kỹ sư tối ưu hóa chi phí, nhưng cũng đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc để lựa chọn đúng mã sản phẩm cho đúng ứng dụng.

Xem thêm: Tổng quan về biến tần Siemens

Những tiêu chí khi chọn biến tần Siemens dựa trên công suất động cơ

Để chọn được biến tần chính xác, chúng ta không thể chỉ dựa vào một thông số duy nhất. Dưới đây là 10 tiêu chí kỹ thuật cốt lõi cần được xem xét đồng thời trong quá trình tính toán.

Công suất định mức của động cơ kW hoặc HP

Đây là thông số đầu tiên và dễ nhận biết nhất. Trên nhãn của mọi động cơ đều ghi rõ công suất trục (Shaft Power) tính bằng Kilowatt (kW) hoặc Mã lực (HP). Tuy nhiên, đây chỉ là thông số tham khảo ban đầu để định hình phân khúc thiết bị. Trong kỹ thuật truyền động, công suất kW chỉ phản ánh năng lực sinh công cơ học của động cơ, chứ không phản ánh hoàn toàn mức độ tiêu thụ điện năng hay khả năng chịu đựng của biến tần đối với động cơ đó. Do đó, chọn biến tần chỉ dựa trên kW là chưa đủ và tiềm ẩn rủi ro.

Dòng định mức của động cơ Rated Current

Đây là tiêu chí quan trọng nhất, là “kim chỉ nam” cho mọi quyết định lựa chọn. Biến tần là thiết bị bán dẫn, và kẻ thù lớn nhất của bán dẫn là nhiệt độ sinh ra do dòng điện. Khả năng chịu đựng của biến tần được giới hạn bởi dòng điện (Ampe) chứ không phải công suất (kW). Một động cơ tua chậm (ví dụ 6 cực hoặc 8 cực) thường có dòng điện định mức cao hơn nhiều so với một động cơ tua nhanh (2 cực) cùng công suất. Nếu bạn chọn biến tần dựa trên kW cho một động cơ tua chậm, rất có thể biến tần sẽ bị quá dòng và báo lỗi ngay khi khởi động. Vì vậy, nguyên tắc bất di bất dịch là: Dòng định mức của biến tần phải luôn lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của động cơ.

Loại tải của ứng dụng Light Normal Heavy Duty

Siemens phân loại khả năng chịu tải của biến tần rất rõ ràng để tối ưu chi phí. Cùng một biến tần, công suất công bố sẽ thay đổi tùy theo chế độ tải:

• Tải nhẹ (Light Duty – LD) / Tải bơm quạt (Normal Duty – ND): Dành cho các ứng dụng như bơm ly tâm, quạt thông gió. Đặc điểm là dòng khởi động thấp và quá tải ngắn hạn không cao (thường 110-120% trong 60 giây). Ở chế độ này, biến tần có thể kéo động cơ công suất lớn hơn.
• Tải nặng (Heavy Duty – HD): Dành cho băng tải, máy nén khí, máy ép, máy trộn. Đặc điểm là mô men khởi động lớn và dòng quá tải cao (thường 150% trong 60 giây). Ở chế độ này, biến tần bị giảm định mức công suất (derating) để đảm bảo an toàn cho linh kiện bán dẫn.

Điện áp sử dụng 1 pha 3 pha 220V 380V 660V

Biến tần phải tương thích tuyệt đối với điện áp lưới tại nhà máy và cách đấu dây của động cơ.

• Tại Việt Nam, phổ biến nhất là lưới 3 pha 380V.
• Tuy nhiên, một số động cơ công suất nhỏ (dưới 2.2kW) có thể đấu tam giác để chạy 3 pha 220V.
• Một số nhà máy cũ hoặc đặc thù dùng lưới 3 pha 220V (chuẩn Nhật/Mỹ) hoặc 660V (công nghiệp nặng). Chọn sai cấp điện áp sẽ dẫn đến hư hỏng thiết bị ngay lập tức hoặc động cơ không đạt đủ mô men xoắn.

Điều kiện vận hành và môi trường

Công suất của biến tần Siemens được công bố ở điều kiện tiêu chuẩn (thường là nhiệt độ môi trường 40°C và độ cao dưới 1000m so với mực nước biển). Nếu biến tần được lắp đặt trong tủ điện nóng (ví dụ 50°C) hoặc ở vùng núi cao (không khí loãng làm giảm khả năng tản nhiệt), khả năng chịu dòng của biến tần sẽ bị suy giảm. Khi đó, kỹ sư bắt buộc phải áp dụng hệ số suy giảm (Derating factor), tức là phải chọn biến tần có công suất lớn hơn một cấp so với tính toán thông thường để bù đắp cho sự suy giảm hiệu suất tản nhiệt.

Phương thức điều khiển yêu cầu

Yêu cầu về độ chính xác điều khiển cũng ảnh hưởng đến việc chọn dòng sản phẩm.

• Nếu chỉ cần điều khiển tốc độ bơm quạt đơn giản (V/f control), các dòng cơ bản như V20 hay G120X là đủ.
• Nếu cần điều khiển mô men xoắn chính xác ở tốc độ thấp cho máy nâng hạ hay máy ép (Vector control), cần chọn dòng G120 hoặc S120 với bộ xử lý mạnh mẽ hơn, dù công suất động cơ có thể như nhau.

Khả năng mở rộng và yêu cầu truyền thông

Hệ thống có yêu cầu kết nối với PLC S7-1200/S7-1500 không? Có cần card mở rộng Encoder hay thêm I/O không? Các dòng biến tần compact (như V20) thường bị giới hạn khả năng mở rộng. Các dòng mô-đun (như G120) cho phép tách rời phần công suất và phần điều khiển, giúp kỹ sư linh hoạt chọn phần công suất (PM) phù hợp với động cơ và phần điều khiển (CU) phù hợp với yêu cầu giao tiếp.

Hệ số an toàn công suất Safety Factor

Trong kỹ thuật, không bao giờ nên thiết kế hệ thống chạy ở 100% tải liên tục. Cần có một hệ số an toàn dự phòng cho các tình huống bất ngờ như kẹt cơ khí nhẹ, điện áp lưới sụt giảm, hoặc nhiệt độ môi trường tăng đột ngột. Hệ số an toàn thường được chọn từ 1.1 đến 1.2 lần dòng định mức của động cơ.

Yêu cầu về tiết kiệm năng lượng

Nếu mục tiêu chính là tiết kiệm năng lượng cho hệ thống bơm quạt, việc chọn các dòng biến tần chuyên dụng (như G120X) với các thuật toán tối ưu hóa từ thông (ECO mode) sẽ hiệu quả hơn so với các dòng biến tần đa năng thông thường, dù công suất có thể tương đương.

Khả năng chịu quá tải của từng dòng Siemens

Mỗi dòng biến tần Siemens có đường cong quá tải khác nhau.

• Dòng V20: Quá tải 150% trong 60s.
• Dòng G120 (PM240-2): Hỗ trợ chế độ tải kép (LO/HO).
• Dòng S120: Chịu quá tải rất cao và chu kỳ quá tải lặp lại nhanh. Hiểu rõ khả năng này giúp chọn đúng thiết bị cho các ứng dụng có chu kỳ tải khắc nghiệt (ví dụ máy ép nhựa chạy/dừng liên tục).

Xem thêm: Ứng dụng biến tần Siemens trong các ngành công nghiệp

Hướng dẫn chi tiết các bước chọn biến tần Siemens dựa trên công suất động cơ

Để đảm bảo tính chính xác tuyệt đối, quá trình lựa chọn cần tuân thủ quy trình 6 bước sau đây. Bỏ qua bất kỳ bước nào cũng có thể dẫn đến rủi ro kỹ thuật.

Bước 1 Xác định công suất và dòng định mức của động cơ

Đây là bước thu thập dữ liệu nền tảng. Hãy trực tiếp kiểm tra nhãn (nameplate) gắn trên thân động cơ. Đừng chỉ dựa vào trí nhớ hay tài liệu cũ vì động cơ có thể đã được thay thế hoặc quấn lại. Các thông số bắt buộc phải ghi lại:

• Công suất (P): Ví dụ 15 kW.
• Điện áp (V) và cách đấu dây: Ví dụ 380V / Tam giác (Delta) hoặc 660V / Sao (Star).
• Dòng điện định mức (In): Ví dụ 29.5 A. (Lưu ý: Đây là dòng điện tại điện áp làm việc 380V).
• Tốc độ (RPM): Để xác định số cực động cơ.

Bước 2 Lựa chọn biến tần có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất động cơ

Dựa trên công suất kW, chúng ta khoanh vùng được dải sản phẩm. Nguyên tắc cơ bản là công suất biến tần không được nhỏ hơn công suất động cơ. Ví dụ: Động cơ 15kW thì biến tần tối thiểu phải là 15kW. Tuy nhiên, đây chỉ là điều kiện cần, chưa phải là điều kiện đủ.

Bước 3 Kiểm tra dòng đầu ra của biến tần

Đây là bước quyết định “sống còn”. Hãy so sánh dòng điện định mức của động cơ (đã lấy ở Bước 1) với dòng điện đầu ra định mức của biến tần (trong catalog kỹ thuật của Siemens).

• Quy tắc vàng: I_biến_tần ≥ I_động_cơ.
• Nếu động cơ là loại hiệu suất thấp hoặc tua chậm, dòng điện của nó có thể cao hơn mức tiêu chuẩn. Ví dụ, một biến tần 15kW tiêu chuẩn có thể cung cấp dòng 31A. Nếu động cơ 15kW của bạn là loại cũ có dòng định mức 33A, bạn bắt buộc phải chọn biến tần cấp công suất tiếp theo (18.5kW) để đáp ứng đủ dòng điện, dù công suất danh định chỉ là 15kW.

Bước 4 Xác định đặc tính tải nhẹ trung bình nặng

Xác định xem động cơ đang kéo loại máy móc gì để chọn chế độ định mức cho biến tần (Rating).

• Tải Nhẹ (Bơm, Quạt): Bạn có thể chọn biến tần theo định mức Low Overload (LO). Ví dụ, với dòng G120 PM240-2, cùng một phần cứng có thể kéo động cơ 18.5kW ở chế độ LO nhưng chỉ kéo được 15kW ở chế độ HO. Nếu ứng dụng là bơm nước, bạn chọn theo công suất LO để tiết kiệm chi phí.
• Tải Nặng (Băng tải, Máy nghiền, Cẩu trục): Bắt buộc phải chọn biến tần theo định mức High Overload (HO). Nếu động cơ là 15kW chạy băng tải đá, bạn phải chọn biến tần có công suất HO là 15kW (tương đương với việc biến tần đó có thể là 18.5kW ở chế độ LO). Việc chọn sai chế độ này sẽ khiến biến tần báo lỗi quá tải (F30001) ngay khi máy khởi động hoặc gặp tải nặng.

Bước 5 Chọn đúng điện áp và phương pháp đấu dây

Kiểm tra nguồn điện lưới tại nhà máy.

• Nếu lưới là 3 pha 380V, động cơ cũng phải được đấu dây phù hợp để chạy ở 380V (thường là đấu Sao cho động cơ nhỏ và Tam giác cho động cơ lớn, tùy nhãn máy).
• Chọn mã biến tần Siemens có dải điện áp đầu vào phù hợp (thường là 380-480V).
• Lưu ý đặc biệt: Nếu bạn có nguồn 1 pha 220V nhưng muốn chạy động cơ 3 pha, bạn phải chọn biến tần có đầu vào 1 pha 220V và đầu ra 3 pha 220V. Khi đó, động cơ bắt buộc phải được đấu lại về chế độ 3 pha 220V (thường là đấu Tam giác đối với động cơ nhỏ). Nếu không đấu lại, động cơ sẽ bị yếu và cháy.

Bước 6 Xem xét điều kiện vận hành thực tế và hệ số an toàn

Đánh giá lại toàn bộ môi trường lắp đặt.

• Nếu tủ điện đặt ngoài trời nắng hoặc trong phòng lò hơi nhiệt độ cao (>40°C), hãy áp dụng hệ số suy giảm nhiệt độ. Cứ mỗi độ tăng thêm, khả năng chịu dòng của biến tần giảm đi.
• Nếu lắp đặt ở độ cao trên 1000m (như các dự án thủy điện vùng núi), không khí loãng làm giảm khả năng tản nhiệt.
• Trong các trường hợp này, hãy nhân dòng điện động cơ với một hệ số an toàn (ví dụ 1.2) và chọn biến tần có dòng định mức lớn hơn kết quả đó. Việc dư công suất một chút sẽ giúp biến tần hoạt động mát hơn, bền bỉ hơn nhiều so với việc chạy “full tải” liên tục.

Xem thêm: Lỗi thường gặp ở biến tần Siemens và cách khắc phục

Mua biến tần Siemens uy tín chính hãng ở đâu?

Để đảm bảo chất lượng và hiệu suất, việc mua biến tần siemens chính hãng là yếu tố quan trọng. CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG tự hào Đại lý uy tín của Siemens tại Việt Nam, cung cấp đầy đủ CO, CQ, giá cả cạnh tranh và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ kỹ sư hơn 10 năm kinh nghiệm.

Lời kết

Lựa chọn biến tần Siemens dựa trên công suất động cơ, đó là một quy trình kỹ thuật đòi hỏi sự tổng hòa các yếu tố từ đặc tính động cơ, dạng tải trọng, môi trường làm việc đến các yêu cầu điều khiển. Việc tuân thủ quy trình 6 bước chi tiết nêu trên sẽ giúp các kỹ sư và nhà quản lý loại bỏ hoàn toàn rủi ro chọn sai thiết bị, đảm bảo hệ thống truyền động vận hành trơn tru, bền bỉ và tối ưu hóa chi phí đầu tư. Một biến tần được chọn đúng không chỉ bảo vệ động cơ mà còn là chìa khóa để khai thác tối đa hiệu suất của cả dây chuyền sản xuất. Hãy bắt đầu bằng việc khảo sát kỹ lưỡng và tìm đến những đối tác uy tín như MTEE để được đồng hành trong mọi giải pháp truyền động.

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.