Cốt lõi của việc điều khiển tốc độ động cơ AC nằm ở việc điều chỉnh các thông số đầu vào chính của động cơ, chẳng hạn như điện áp, tần số, dòng điện hoặc từ trường, dựa trên loại động cơ (động cơ không đồng bộ/động cơ đồng bộ) và các tình huống ứng dụng (ví dụ: độ chính xác điều chỉnh tốc độ, chi phí, mức tiêu thụ năng lượng). Dưới đây là phân tích chi tiết về các phương pháp điều khiển chính thống, được phân loại theo độ hoàn thiện kỹ thuật và phạm vi ứng dụng:

I. Điều chỉnh tốc độ dựa trên “Phối hợp điện áp-tần số” (Dòng chính cho động cơ không đồng bộ)

1. Điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi (VVVF, Điện áp thay đổi tần số thay đổi)

• Nguyên tắc: Chuyển đổi nguồn điện xoay chiều tần số công nghiệp (ví dụ: 220V/50Hz, 380V/50Hz) thành nguồn điện xoay chiều có “điện áp và tần số có thể điều chỉnh” thông qua “bộ biến tần” để đáp ứng yêu cầu của động cơ ở các tốc độ khác nhau (tần số tăng sẽ dẫn đến tốc độ tăng và ngược lại).
• Logic chính: Khi trở kháng stato động cơ cố định, tỷ số U/f phải được duy trì không đổi. Nếu không, từ thông sẽ bão hòa hoặc thiếu hụt, dẫn đến cháy động cơ hoặc giảm mô-men xoắn. ​​Do đó, bộ biến tần cần phối hợp điện áp và tần số theo thời gian thực.
• Phân loại:
  • Kiểm soát vô hướng: Chỉ điều khiển biên độ điện áp và tần số. Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác điều chỉnh tốc độ thấp, chẳng hạn như quạt, máy bơm nước (ví dụ: dàn nóng của máy điều hòa không khí gia đình).
  • Kiểm soát véc tơ: Phân tích dòng điện động cơ thành “dòng điện kích thích” và “dòng điện mô-men xoắn”, và điều khiển chúng một cách chính xác để đạt được phản ứng động cao tương tự như động cơ DC (ví dụ: máy công cụ CNC, máy kéo thang máy).
  • Kiểm soát mô-men xoắn trực tiếp (DTC): Bỏ qua phân tích dòng điện và điều khiển trực tiếp mô-men xoắn và liên kết từ thông của động cơ. Nó có tốc độ phản hồi nhanh hơn và phù hợp với các tình huống động lực học cao như nhà máy cán và hệ thống servo.
• Thuận lợi: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng (từ 0 đến tốc độ định mức, thậm chí vượt quá tốc độ định mức), hiệu suất cao (gần hiệu suất định mức) và mô-men xoắn ổn định.
• Nhược điểm: Chi phí bộ biến tần cao; nhiễu sóng hài có thể xảy ra ở tần số cao (cần phải bổ sung bộ lọc).

2. Điều chỉnh tốc độ khởi động mềm (Điều chỉnh tốc độ phụ, Điều chỉnh tốc độ không liên tục)

• Nguyên tắc: Tăng dần điện áp stato động cơ thông qua thyristor (SCR) để đạt được "khởi động êm ái" và tránh tác động dòng điện lớn trong quá trình khởi động. Một số bộ khởi động mềm hỗ trợ "điều chỉnh tốc độ kiểu điều chỉnh điện áp" (giảm tỷ số trượt s bằng cách hạ điện áp để gián tiếp giảm tốc độ).
• Ứng dụng: Chỉ áp dụng cho “giai đoạn khởi động” hoặc “giảm tốc độ ngắn hạn, độ chính xác thấp” (ví dụ: điều chỉnh tốc độ tải nhẹ của băng tải). Không thể điều chỉnh tốc độ liên tục trong phạm vi rộng (điện áp quá thấp sẽ khiến động cơ quá nhiệt).
• Thuận lợi: Chi phí thấp hơn so với bộ biến tần; chức năng bảo vệ đầy đủ (quá dòng, quá tải).
• Nhược điểm: Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp (thường chỉ có thể giảm xuống 70% tốc độ định mức); hệ số công suất thấp ở tốc độ thấp.

II. Điều chỉnh tốc độ dựa trên “Điều chỉnh cặp cực” (Điều chỉnh tốc độ cực biến thiên)

• Nguyên tắc: Theo công thức tốc độ động cơ không đồng bộ n = 60f(1-s)/p, tốc độ đồng bộ của động cơ được thay đổi trực tiếp bằng cách thay đổi "số cặp cực p" của cuộn dây stato động cơ (ví dụ: 2 cực → 4 cực). Ở tần số 50Hz, tốc độ đồng bộ của động cơ 2 cực là 3000 vòng/phút, và của động cơ 4 cực là 1500 vòng/phút.
• Phương pháp thực hiện: Thay đổi hướng dòng điện của cuộn dây thông qua “công tắc chuyển mạch” (ví dụ, chuyển mạch sao-tam giác, chuyển mạch sao đôi) của cuộn dây động cơ, do đó thay đổi số cặp cực.
• Ứng dụng: Chỉ áp dụng cho các trường hợp "điều chỉnh tốc độ theo từng bước" (ví dụ: máy đột dập, máy nén, quạt). Động cơ phải được thiết kế để hỗ trợ nhiều cặp cực (ví dụ: động cơ hai tốc độ 2/4 cực, 4/6 cực).
• Thuận lợi: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, hoạt động đáng tin cậy và không bị mất hiệu suất trong quá trình điều chỉnh tốc độ.
• Nhược điểm: Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ bằng “bánh răng cố định” (ví dụ: 2 bánh răng, 3 bánh răng); không thể điều chỉnh tốc độ liên tục và mượt mà.

III. Điều chỉnh tốc độ dựa trên “Điều chỉnh tỷ lệ trượt” (Kịch bản độ chính xác thấp, công suất thấp)

1. Điều chỉnh điện áp stato Điều chỉnh tốc độ

• Nguyên tắc: Giảm điện áp stato U thông qua bộ điều chỉnh điện áp (ví dụ: máy biến áp tự ngẫu, mạch điều chỉnh điện áp thyristor), giúp giảm mô-men xoắn T của động cơ (T tỷ lệ thuận với U²). Khi mô-men xoắn tải không đổi, tỷ số trượt s tăng và tốc độ thực tế giảm.
• Thuận lợi: Mạch đơn giản và chi phí cực thấp.
• Nhược điểm: Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp (chỉ có thể giảm tốc độ từ 10% – 30%); động cơ nóng nghiêm trọng ở tốc độ thấp (mất công suất trượt lớn) và mô-men xoắn không đủ.

2. Điều chỉnh tốc độ điện trở nối tiếp rôto (Chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rôto quấn dây)

• Nguyên tắc: Cuộn dây rôto của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có thể được kết nối với một điện trở ngoài. Bằng cách tăng điện trở mạch rôto R2, hệ số trượt s sẽ tăng (s tỷ lệ thuận với R2), do đó làm giảm tốc độ thực tế (tốc độ đồng bộ không đổi, và độ trượt tăng sẽ làm giảm tốc độ thực tế).
• Ứng dụng: Thích hợp cho các tình huống "điều chỉnh tốc độ ngắn hạn" hoặc "điều chỉnh tốc độ khởi động" (ví dụ: cần cẩu, tời). Cần kết hợp với "biến trở rotor" để điều chỉnh giá trị điện trở theo cách thủ công hoặc tự động.
• Thuận lợi: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và mô-men xoắn ổn định trong quá trình điều chỉnh tốc độ (mô-men xoắn khởi động lớn).
• Nhược điểm: Tổn thất điện trở lớn của rôto ở tốc độ thấp (năng lượng điện được chuyển thành năng lượng nhiệt), hiệu suất thấp và độ chính xác điều chỉnh tốc độ kém (bánh răng có điện trở hạn chế).