Trong các hệ thống điều hòa không khí hiện đại, động cơ quạt đóng vai trò trung tâm. Chúng không chỉ phải cung cấp luồng không khí ổn định mà còn đảm bảo hoạt động lâu dài, hiệu quả và đáng tin cậy. Để đạt được điều này, động cơ quạt và mạch truyền động của chúng được thiết kế với "bảo vệ ba" phức tạp: bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và bảo vệ quá nhiệt. Các cơ chế bảo vệ này hoạt động như "người bảo vệ" của động cơ, phản ứng nhanh chóng với các điều kiện vận hành bất thường để ngăn ngừa thiệt hại hoặc thậm chí tai nạn nghiêm trọng hơn.
Bảo vệ quá dòng: Ngăn chặn "Lũ lụt" hiện tại
Bảo vệ quá dòng là một trong những biện pháp bảo vệ phổ biến nhất cho động cơ quạt, được thiết kế để ngăn chặn sự kiệt sức của động cơ do dòng điện quá mức. Sự gia tăng dòng điện bất thường có thể xảy ra vì nhiều lý do, chẳng hạn như cánh quạt bị kẹt, vòng bi bị kẹt, ngắn mạch truyền động hoặc dao động điện áp quá mức. Khi dòng điện vượt quá giá trị định mức của động cơ, nhiệt độ Joule đáng kể được tạo ra, làm tăng nhanh nhiệt độ cuộn dây, cuối cùng dẫn đến hỏng cách điện hoặc thậm chí kiệt sức.
Bảo vệ quá dòng có thể được thực hiện theo nhiều cách:
Cảm biến dòng điện phần cứng: Đây là phương pháp trực tiếp và đáng tin cậy nhất. Các kỹ sư thường kết nối một điện trở cảm biến dòng điện (chẳng hạn như điện trở shunt hoặc cảm biến hiệu ứng Hall) nối tiếp với mạch truyền động để theo dõi dòng điện chạy qua động cơ trong thời gian thực. Khi điện áp trên điện trở vượt quá ngưỡng đặt trước, chip điều khiển (MCU/DSP) sẽ phát hiện sự kiện quá dòng và ngay lập tức cắt nguồn điện cho động cơ. Phương pháp này cung cấp phản ứng nhanh và là cốt lõi của mạch bảo v.
Giới hạn dòng điện của phần mềm: Trong trình điều khiển động cơ quạt được điều khiển bằng điều khiển PWM (Điều chế độ rộng xung), giới hạn dòng điện có thể đạt được thông qua thuật toán phần mềm. Chip điều khiển liên tục lấy mẫu dòng điện. Khi dòng điện đạt đến mức nguy hiểm, MCU chủ động giảm chu kỳ làm việc của PWM, do đó giảm điện áp và dòng điện đầu ra, giữ dòng điện trong phạm vi an toàn. Phương pháp này cung cấp sự bảo vệ chính xác hơn và ngăn chặn sự gia tăng dòng điện thoáng qua.
Cầu chì: Sử dụng cầu chì ngưng tụ có thể đặt lại (PPTC) hoặc cầu chì dùng một lần ở đầu vào nguồn là phương pháp bảo vệ quá dòng đơn giản và hiệu qu. Khi dòng điện vượt quá một mức nhất định, điện trở của PPTC tăng lên đáng kể, hạn chế dòng điện; một cầu chì dùng một lần, mặt khác, tan chảy, ngắt kết nối hoàn toàn mạch. Mặc dù đơn giản nhưng phương pháp này không tự động khôi phục và yêu cầu thay thế thủ công.
Bảo vệ quá áp: Bảo vệ chống lại các xung điện áp
Bảo vệ quá áp chủ yếu giải quyết các điện áp cung cấp điện cao bất thường. Ví dụ, sự dao động của lưới điện, sét đánh hoặc sự cố mô-đun điện đều có thể gây ra xung điện áp nhất thời. Điện áp quá mức có thể làm hỏng chip điều khiển (chẳng hạn như MOSFET) và tụ điện, và trong trường hợp nghiêm trọng, có thể gây cháy bảng mạch.
Các phương pháp bảo vệ quá áp bao gồm:
Điốt TVS (Transient Voltage Suppressor): Kết nối một diode TVS (Transient Voltage Suppressor) song song với đầu vào nguồn điện là một biện pháp bảo vệ phổ biến. Một diode TVS thể hiện điện trở cao dưới điện áp bình thường. Khi điện áp vượt quá điện áp kẹp trong giây lát, nó sẽ nhanh chóng dẫn điện, chuyển năng lượng dư thừa xuống đất, từ đó kẹp điện áp đến mức an toàn và bảo vệ các mạch tiếp theo.
Varistor: Varistor hoạt động theo nguyên lý tương tự như điốt TVS, nhưng có tốc độ phản hồi chậm hơn và khả năng hấp thụ năng lượng lớn hơn. Chúng thường được sử dụng để hấp thụ các xung điện áp năng lượng cao và bảo vệ mạch khỏi bị hư hỏng.
Bảo vệ phần mềm: ADC (bộ chuyển đổi tương tự sang số) được tích hợp trong chip điều khiển theo dõi điện áp nguồn trong thời gian thực. Khi điện áp vượt quá ngưỡng an toàn, phần mềm sẽ thực hiện các quy trình bảo vệ quá áp, chẳng hạn như dừng đầu ra của trình điều khiển và chuyển sang chế độ bảo vệ lỗi cho đến khi điện áp trở lại bình thường.
Bảo vệ quá nhiệt: Bảo vệ chống ăn mòn nhiệt độ cao
Động cơ quạt sẽ tiếp tục nóng lên khi hoạt động dưới tải trọng cao trong thời gian dài hoặc khi tản nhiệt kém. Nhiệt độ cao gây bất lợi cho các linh kiện điện tử và cuộn dây động cơ, gây suy thoái cách điện, khử từ từ và hỏng bôi trơn ổ trục, cuối cùng dẫn đến hư hỏng vĩnh viễn cho động cơ. Bảo vệ quá nhiệt là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của động cơ.
Bảo vệ quá nhiệt được thực hiện chủ yếu thông qua các phương pháp sau:
Điện trở nhiệt (NTC/PTC): Lắp đặt điện trở nhiệt NTC (hệ số nhiệt độ âm) hoặc PTC (hệ số nhiệt độ dương) trên cuộn dây động cơ hoặc bộ tản nhiệt của trình điều khiển là một thực tế phổ biến. Điện trở NTC giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi điện trở PTC giảm. Bằng cách theo dõi sự thay đổi điện trở nhiệt điện trở, MCU có thể xác định chính xác nhiệt độ động cơ. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng an toàn đặt trước, bộ điều khiển sẽ bắt đầu quy trình bảo vệ, chẳng hạn như giảm tốc độ động cơ để giảm nhiệt hoặc tắt trực tiếp nguồn điện.
Cảm biến nhiệt độ chip bên trong: Một số chip điều khiển cao cấp hoặc MCU có cảm biến nhiệt độ tích hợp. Những cảm biến tích hợp này theo dõi nhiệt độ của chip trong thời gian thực. Khi chip quá nóng, chúng sẽ tự động giảm tần số hoạt động hoặc tắt đầu ra để tránh bị cháy. Cảm biến nhiệt độ bên ngoài: Đối với động cơ công suất cao, một cảm biến nhiệt độ độc lập (chẳng hạn như cặp nhiệt điện) thường được lắp đặt trên vỏ động cơ để theo dõi chính xác hơn nhiệt độ tổng thể của động cơ và cung cấp phản hồi cho hệ thống điều khiển chính. Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn quy định, hệ thống điều hòa không khí sẽ thực hiện các điều chỉnh thích hợp, chẳng hạn như đưa ra cảnh báo hoặc tắt thiết b.
