Cáp VFD Là Gì? Cấu Tạo, Chống Nhiễu Và Cách Chọn Cho Biến Tần

Cáp VFD (Variable Frequency Drive Cable) là loại cáp động lực chuyên dụng để kết nối ngõ ra biến tần với motor AC. Khác với cáp điện lực thông thường, VFD cable thường được thiết kế với màn chắn chống nhiễu, cách điện phù hợp với xung điện áp, điện dung thấp và hệ thống tiếp địa tối ưu nhằm làm việc tốt hơn với điện áp PWM do biến tần tạo ra.

Nếu motor được cấp trực tiếp từ biến tần, đặc biệt khi tuyến cáp dài, môi trường có nhiều thiết bị điện hoặc yêu cầu EMC cao, không nên chỉ chọn cáp theo tiết diện. Cần kiểm tra thêm Shield, điện áp danh định, điện dung, cấu trúc PE/ground, chiều dài tuyến, phương pháp lắp đặt và yêu cầu của nhà sản xuất biến tần.

Khi nào nên dùng cáp VFD? Bảng chọn nhanh

Cáp VFD là gì?

Cáp VFD là cáp động lực được thiết kế để truyền điện từ biến tần đến motor trong hệ thống điều khiển tốc độ bằng Variable Frequency Drive.

Biến tần không cấp cho motor một điện áp xoay chiều hình sin hoàn toàn giống nguồn lưới thông thường. Ngõ ra VFD được tạo bằng quá trình chuyển mạch điện tử tốc độ cao, thường sử dụng dạng điều chế PWM. Vì vậy hệ thống cáp phải làm việc với các cạnh xung điện áp nhanh, nhiễu điện từ và các hiện tượng điện khác mà cáp động lực thông thường không nhất thiết được tối ưu để xử lý.

Đó là lý do nhiều nhà sản xuất phát triển riêng nhóm VFD Motor Cable, Servo Motor Cable hoặc Frequency Converter Cable.

Tại sao không nên xem cáp VFD giống cáp điện thông thường?

Hệ thống VFD có một số đặc điểm khiến việc chọn cáp cần cẩn thận hơn.

1. Điện áp xung và tốc độ chuyển mạch cao

Ngõ ra biến tần có các cạnh xung điện áp nhanh. Trên các tuyến cáp dài, sự tương tác giữa biến tần, cáp và motor có thể làm xuất hiện reflected wave và tăng điện áp tại đầu cực motor.

Do đó, cách điện của cáp dùng cho VFD cần phù hợp với môi trường điện của drive system, không nên chỉ nhìn điện áp lưới danh nghĩa.

2. Nhiễu điện từ EMI

Biến tần là một nguồn nhiễu điện từ đáng kể. Nếu cáp motor không được kiểm soát EMI tốt, nhiễu có thể ảnh hưởng đến:

• PLC.
• Cảm biến.
• Encoder.
• Đường truyền dữ liệu.
• Thiết bị đo lường.
• Các mạch điều khiển đặt gần tuyến motor.

3. Dòng common-mode và hệ thống grounding

Ở tần số chuyển mạch cao, hệ drive có thể xuất hiện dòng common-mode và các dòng cao tần không mong muốn. Vì vậy cấu trúc Shield và đường hồi về đất của cáp VFD có vai trò quan trọng đối với hiệu quả EMC của toàn hệ thống.

4. Điện dung của cáp

Cáp có điện dung cao sẽ làm tăng dòng điện dung và ảnh hưởng đến hành vi điện của tuyến cáp, đặc biệt khi chiều dài tăng. Vì vậy nhiều VFD cable sử dụng cách điện PE hoặc XLPE điện dung thấp.

Cấu tạo cáp VFD gồm những gì?

Cấu tạo cụ thể thay đổi theo từng hãng và series, nhưng một VFD cable công nghiệp điển hình có thể gồm:

1. Ruột dẫn đồng mềm

Nhiều dòng sử dụng conductor đồng Class 5 để thuận tiện cho việc lắp đặt trong máy và nhà máy.

2. Cách điện lõi điện dung thấp

Cách điện PE, XLPE hoặc vật liệu chuyên dụng được sử dụng trên nhiều VFD cable nhằm đạt đặc tính điện phù hợp hơn cho đường truyền từ drive đến motor.

3. Protective Earth – PE

Cấu trúc có thể sử dụng 4G thông thường hoặc thiết kế cân bằng với các dây PE được chia thành nhiều phần như 3X + 3G trên một số dòng cáp motor chuyên dụng.

Thiết kế đối xứng/cân bằng được sử dụng trên một số VFD cable nhằm cải thiện đường hồi của dòng cao tần và đặc tính EMC của hệ drive.

4. Lớp Shield chống nhiễu

Các dòng VFD chuyên dụng thường có màn chắn tốt, chẳng hạn:

• Aluminium laminated foil.
• Tin-plated copper braid.
• Foil + copper braid.

Một số dòng sử dụng double shielding để tăng mức kiểm soát EMI.

5. Vỏ ngoài

Vỏ cáp có thể là PVC, TPE, PUR hoặc LSZH tùy môi trường. Cần chọn theo yêu cầu dầu, UV, nhiệt độ, hóa chất, chống cháy và chuyển động.

Cáp VFD và cáp điện thông thường khác nhau thế nào?

Vì sao cáp VFD cần Shield tốt?

Shield của VFD cable không chỉ nhằm bảo vệ chính dây cáp. Mục tiêu quan trọng là kiểm soát trường điện từ và tạo đường hồi phù hợp cho dòng nhiễu cao tần, từ đó hạn chế ảnh hưởng lên các thiết bị xung quanh.

Một số dòng VFD cable sử dụng kết hợp:

Foil Shield + Tin-Plated Copper Braid

Ví dụ, dòng LAPP ÖLFLEX SERVO 2YSLCY-JB sử dụng cả aluminium-laminated foil và braid đồng mạ thiếc.

Để Shield hoạt động hiệu quả, termination cũng rất quan trọng. Không nên chỉ mua cáp Shield rồi đấu màn chắn tùy ý.

Xem thêm: Shield và Non-Shield khác nhau thế nào?

Cáp VFD Low Capacitance là gì?

Low Capacitance nghĩa là cáp được thiết kế để giảm điện dung giữa các thành phần dẫn điện.

Đặc tính này đặc biệt đáng chú ý khi khoảng cách từ biến tần đến motor tăng. Điện dung thấp có thể giúp giảm dòng nạp của cáp và hỗ trợ hệ thống hoạt động tốt hơn trên tuyến dài.

Các dòng motor cable như ÖLFLEX SERVO 2YSLCY-JB sử dụng PE core insulation và được LAPP phân loại là Low Capacitance Motor Cable.

Tuy nhiên, Low Capacitance không có nghĩa là cáp có thể dài vô hạn. Giới hạn cuối cùng vẫn phải kiểm tra theo:

• Hãng biến tần.
• Model drive.
• Công suất motor.
• Tần số switching.
• Có hay không dv/dt filter hoặc sine filter.
• Loại cáp.

Cáp VFD 4G và 3X+3G khác nhau thế nào?

Hai cấu trúc người mua thường gặp là:

###

4G

Gồm ba lõi pha và một lõi PE bảo vệ. Ví dụ:

• 4G1,5
• 4G2,5
• 4G4
• 4G10
• 4G16

###

3X + 3G

Một số VFD motor cable sử dụng ba lõi pha kết hợp với ba conductor PE nhỏ bố trí đối xứng quanh lõi nguồn.

Ví dụ:

3X6 + 3G1 mm²

Kiểu balanced cable design này được sử dụng trên một số dòng motor cable chuyên dụng nhằm cải thiện đặc tính dòng cao tần và EMC.

Cách chọn cáp VFD phù hợp cho biến tần và motor

1. Xác định công suất và dòng motor

Đây là cơ sở để lựa chọn tiết diện conductor. Không nên chỉ chọn cáp theo công suất kW mà bỏ qua:

• Dòng định mức motor.
• Phương pháp lắp đặt.
• Nhiệt độ môi trường.
• Số cáp đi chung.
• Chiều dài tuyến.
• Sụt áp.

2. Kiểm tra điện áp cáp

Nhiều VFD motor cable công nghiệp sử dụng điện áp danh định 0,6/1 kV, nhưng không nên coi đây là giá trị bắt buộc của mọi VFD cable.

Cần đối chiếu điện áp của cáp với drive system và tiêu chuẩn dự án.

3. Xác định chiều dài từ VFD đến motor

Chiều dài tuyến ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn cable, filter và cách vận hành của drive.

Đặc biệt với tuyến dài, nên ưu tiên kiểm tra:

• Low capacitance.
• Giới hạn cable length của VFD.
• Reflected wave.
• dv/dt filter.
• Sine-wave filter.

4. Kiểm tra Shield và EMC

Nếu drive manual yêu cầu shielded motor cable, cần lựa chọn đúng cấu trúc và termination màn chắn theo hướng dẫn của hãng.

5. Chọn 4G hay balanced 3X+3G

Với ứng dụng thông thường, 4G là cấu hình dễ gặp. Với các drive system có yêu cầu cao về EMC hoặc dòng bearing, có thể cần balanced design.

6. Chọn vật liệu vỏ

Cần xác định:

• Trong nhà hay ngoài trời.
• Có dầu hay không.
• Có hóa chất.
• Có yêu cầu UV.
• LSZH.
• Nhiệt độ.

7. Phân biệt lắp cố định và chuyển động

Một VFD cable có chữ Flexible không đồng nghĩa với cáp Drag Chain chạy hàng triệu chu kỳ.

Nếu motor hoặc cáp chuyển động liên tục, cần sử dụng đúng dòng High Flex / Drag Chain có thông số uốn động phù hợp.

Các quy cách cáp VFD thường gặp

Trên các dòng VFD motor cable công nghiệp, người mua thường gặp các cấu hình:

• 4G1,5 mm²
• 4G2,5 mm²
• 4G4 mm²
• 4G6 mm²
• 4G10 mm²
• 4G16 mm²
• 4G25 mm²
• 4G35 mm²
• và tiết diện lớn hơn tùy công suất motor.

Ngoài ra còn có các balanced design:

• 3X2,5 + 3G0,5
• 3X6 + 3G1
• 3X95 + 3G16
• và nhiều cấu hình khác tùy series.

Ví dụ cáp LAPP ÖLFLEX SERVO 2YSLCY-JB

ÖLFLEX SERVO 2YSLCY-JB là một ví dụ điển hình về low-capacitance motor connection cable dùng giữa frequency converter và motor.

Ví dụ một mã 4G1,5 mm² trong family này có điện áp danh định 0,6/1kV, đường kính ngoài danh nghĩa khoảng 11,4 mm và sử dụng cả foil cùng braid shield.

Các kích thước lớn hơn như 4G2,5, 4G16, 4G25... tiếp tục sử dụng cùng nguyên lý thiết kế nhưng OD và trọng lượng thay đổi theo tiết diện.

Cáp VFD và cáp điều khiển chống nhiễu có giống nhau không?

Không.

Cáp điều khiển chống nhiễu và VFD cable đều có thể có Shield nhưng mục tiêu thiết kế khác nhau.

Vì vậy, không nên lấy ÖLFLEX CLASSIC 110 CY hoặc một cáp control Shielded thông thường thay cho 2YSLCY-JB chỉ vì cả hai đều có braid Shield.

Xem thêm: Cáp điều khiển là gì?

Cáp VFD và cáp Servo khác nhau không?

Hai khái niệm có vùng giao nhau khá lớn vì cả hai đều có thể được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ điều khiển bằng drive.

Tuy nhiên servo system có thể yêu cầu thêm:

• Brake cores.
• Signal pair.
• Feedback / encoder cable riêng.
• Cấu trúc động học High Flex.
• Connector và pinout riêng của hãng motor.

Do đó, không nên mặc định mọi VFD cable đều thay được servo cable hoặc ngược lại.

7 lỗi thường gặp khi chọn cáp cho biến tần

1. Chỉ chọn theo tiết diện mà bỏ qua Shield và EMC.
2. Dùng cáp điều khiển có Shield thay cho VFD motor cable.
3. Không kiểm tra chiều dài tối đa giữa biến tần và motor.
4. Cho rằng mọi cáp Flexible đều dùng được trong Drag Chain.
5. Termination Shield không đúng hướng dẫn của hãng VFD.
6. Không kiểm tra môi trường dầu, UV và nhiệt độ.
7. Thay cấu trúc balanced PE bằng 4G thông thường mà không kiểm tra thiết kế.

Các dòng cáp VFD – Servo Motor tham khảo

KHOCAPSI cung cấp nhóm cáp VFD / Servo Motor cho hệ thống biến tần, motor và máy công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp về cáp VFD

Cáp VFD là gì?

Cáp VFD là cáp motor chuyên dụng dùng chủ yếu để kết nối ngõ ra của biến tần với động cơ, với cấu trúc được tối ưu cho môi trường điện của drive system.

Cáp VFD có phải là cáp chống nhiễu không?

Phần lớn VFD cable công nghiệp có Shield để kiểm soát EMI, nhưng Shield chỉ là một phần của thiết kế. Cáp VFD còn cần các đặc tính về cách điện, điện dung và grounding phù hợp.

Có thể dùng cáp điện 4G thông thường cho biến tần không?

Cần kiểm tra manual của biến tần và yêu cầu dự án. Với tuyến motor quan trọng hoặc môi trường EMI cao, nên sử dụng cable được thiết kế cho VFD thay vì mặc định dùng power cable thông thường.

Cáp VFD có cần 0,6/1kV không?

0,6/1kV là mức điện áp rất thường gặp trên VFD motor cable công nghiệp, nhưng không phải quy tắc áp dụng cho mọi sản phẩm. Cần đối chiếu đúng drive system và datasheet.

Cáp VFD 4G1,5 dùng cho motor bao nhiêu kW?

Không nên quy đổi cố định một tiết diện thành một công suất motor. Cần dựa vào dòng định mức, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ, chiều dài tuyến, sụt áp và tiêu chuẩn áp dụng.

Cáp VFD dài tối đa bao nhiêu mét?

Không có một giới hạn chung. Chiều dài tối đa phụ thuộc model VFD, loại cable, switching frequency, motor và việc có sử dụng dv/dt hoặc sine filter hay không.

ÖLFLEX CLASSIC 110 CY có dùng thay cáp VFD được không?

Không nên mặc định là được. 110 CY là cáp nguồn và điều khiển có Shield; VFD motor cable như 2YSLCY-JB còn được thiết kế với các đặc tính riêng cho drive system như low capacitance và cấu trúc motor connection cable.

Cáp VFD có dùng trong Drag Chain được không?

Chỉ khi sản phẩm được thiết kế và công bố cho chuyển động đó. Một VFD cable Flexible dùng cho occasional flexing chưa chắc đáp ứng hàng triệu chu kỳ trong cable chain.

Shield cáp VFD nên nối đất như thế nào?

Phải tuân theo manual EMC của biến tần và motor. Trong drive system, cách termination Shield có ảnh hưởng lớn đến khả năng kiểm soát nhiễu, vì vậy không nên áp dụng máy móc một quy tắc cho mọi thiết bị.

VFD cable và Servo cable có giống nhau không?

Có nhiều đặc điểm chung nhưng không hoàn toàn giống nhau. Servo system có thể cần brake core, signal pair, feedback cable hoặc khả năng High Flex riêng tùy motor và drive.

Kết luận: khi nào nên chọn cáp VFD chuyên dụng?

Nếu cáp kết nối trực tiếp từ ngõ ra biến tần đến motor, đặc biệt khi tuyến dài, môi trường nhiễu cao hoặc hệ thống yêu cầu EMC tốt, nên ưu tiên cáp VFD được thiết kế đúng cho drive system.

Việc lựa chọn không chỉ dựa trên tiết diện. Người mua cần xem đồng thời dòng motor, điện áp, chiều dài tuyến, Low Capacitance, Shield, PE/grounding, môi trường lắp đặt và khả năng chuyển động.

Tham khảo thêm Shield và Non-Shield khác nhau thế nào?, Cáp điều khiển là gì? hoặc xem trực tiếp danh mục cáp VFD / Servo tại KHOCAPSI.

Thông tin trong bài mang tính hướng dẫn lựa chọn chung. Thông số cuối cùng cần được kiểm tra theo datasheet của cáp, manual của biến tần/motor và yêu cầu thiết kế của hệ thống.