Đồ án Nghiên cứu, ứng dụng biến tần và bộ khởi động mềm điều khiển động cơ công suất lớn

98 trang hapham 110

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu, ứng dụng biến tần và bộ khởi động mềm điều khiển động cơ công suất lớn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_nghien_cuu_ung_dung_bien_tan_va_bo_khoi_dong_mem_dieu.doc

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, ứng dụng biến tần và bộ khởi động mềm điều khiển động cơ công suất lớn

Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta hiện nay đang hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, việc cạnh trạnh về thị trường là rất khốc liệt. Để có được những sản phẩm cạnh tranh thì cần phải thay đổi công nghệ sản xuất lạc hậu, thay vào đó là những dây chuyền sản xuất khép kín, tính tự động hóa cao nhằm mang đến những sản phẩm chất lượng với giá thành rẻ, tăng tính cạnh tranh trên thị trường. Với những ưu điểm như hệ số công suất cao, vận hành tin cậy, giá thành rẻ và chi phí vận hành hằng năm thấp. Do đó, động cơ không đồng bộ đáp ứng được các yêu cầu cao trong điều khiển và được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là sản xuất công nghiệp . Tuy nhiên, do cấu trúc phi tuyến với nhiều thông số nên việc điều khiển động cơ không đồng bộ là khó khăn. Những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bán dẫn, vi điều khiển nhiều phương pháp điều khiển mới đã được đề xuất cho điều khiển động cơ không đồng bộ. Sử dụng biến tần và khởi động mềm là hai phương pháp điều khiển động cơ tiên tiến hiện nay, được ứng dụng rộng rãi với nhiều tính năng, đảm bảo các yêu cầu điều khiển. Đây cũng là lí do mà nhóm chúng em lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VÀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” cho đồ án của chúng em. Qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Văn Hải cùng với các thầy cô giáo trong khoa, các bạn, đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Với khả năng kiến thức còn nhiều hạn chế, do đó bản đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu xót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 6 năm 2012. SVTH: Dương Đức Đạt. Phạm Văn Cường. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 1
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Tp.Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2012. Giáo viên hướng dẫn. (ký và ghi rõ họ tên) SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 2
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN: Tp.Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2012. Giáo viên phản biện. (ký và ghi rõ họ tên) SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 3
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 3 MỤC LỤC 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6 1.1. TÍNH CẦP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6 1.2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 6 1.3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 6 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 7 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 8 2.2. CẤU TẠO 9 2.2.1. Phần tĩnh (Stator) 8 2.2.2. Phần quay (Rotor) 10 2.2.3. Khe hở không khí 11 2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 11 2.4. CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 14 2.4.1. Những yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển động cơ 14 2.4.2. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 16 2.4.3. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 24 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 29 3.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 29 3.2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA BIẾN TẦN 29 3.2.1. Biến tần trực tiếp 29 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 4
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 3.2.2. Biến tần gián tiếp 33 3.3. ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN TRONG THỰC TẾ 36 3.4. MỘT SỐ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN 38 3.5. MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 38 3.6. ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN ABB- ACS150 45 3.6.1. Khởi động và nhập thông số 45 3.6.2. Các phương pháp điều khiển sử dụng biến tần ACS150 55 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM 63 4.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 63 4.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 63 4.2.1. Cấu tạo bộ khởi động mềm 63 4.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm 68 4.3. ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM TRONG THỰC TẾ 69 4.4. MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 70 4.5. ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM SIEMENS – 3RW44 76 4.5.1. Sơ đồ kết nối mạch nguồn và mạch điều khiển 76 4.5.2. Hiển thị và cài đặt thông số 77 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 5
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. TÍNH CẦP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong các ngành sản xuất công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng khá phổ biến trong các hệ thống truyền động, dây chuyền sản xuất bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởi động động cơ do khi khởi động rotor ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thể không khởi động được động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thống điện. Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ đã được nghiên cứu từ lâu với các biện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện và momen khởi động. Ngày nay, công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng rộng rãi, với độ tin cậy ngày càng cao, có khả năng điều khiển tốt. Sự ra đời của các bộ biến tần, bộ khởi động mềm đã giải quyết những nhược điểm mà các phương pháp điều khiển truyền thống mắc phải. Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của van bán dẫn, làm hạn chế dòng điện khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng điện trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần dòng định mức. Đồng thời điều chỉnh tăng mômen mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện. Với đề tài mà chúng em thực hiện là: “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VÀ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” nghĩa là: điều SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 6
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải khiển động cơ sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động, cũng như tăng mômen mở máy một cách hợp lý đồng thời điều chỉnh được tốc độ động cơ trong quá trình làm việc. Chúng em hy vọng sẽ mang đến những kiến thức hữu ích về biến tần và khởi động mềm, để phục vụ tốt hơn cho nhu cầu học tập và vận hành thực tiễn. 1.2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Đề tài bao gồm các nội dung: - Tổng quan về động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển. - Nghiên cứu, ứng dụng biến tần. - Nghiên cứu, ứng dụng bộ khởi động mềm. - Thi công mô hình biến tần và bộ khởi động mềm. 1.3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VÀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” đã giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn còn hạn chế là chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của biến tần và bộ khởi động mềm được bán trên thị trường hiện nay như: - Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus. - Các ngõ vào ra đa chức năng, 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đây là đề tài nghiên cứu lĩnh vực ứng dụng, chính vì vậy các phương pháp chủ yếu sử dụng để thực hiện đề tài này là: - Phương pháp tham khảo tài liệu: Bao gồm các tài liệu chuyên môn, bài giảng và giáo trình liên quan đến đề tài, các tài liệu tải từ Internet, - Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng: Tiến hành cài đặt, hiệu chỉnh và vận hành thực tế, thiết kế và mô phỏng mạch điện, SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 7
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW. Động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất là loại rotor lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 5-7 lần dòng điện định mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rotor lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rotor rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên. Hình 2.1: Động cơ không đồng bộ ba pha. Động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rotor lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 8
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.2. CẤU TẠO Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo gồm hai phần: phần tĩnh (stator) và phần quay (rotor). 2.2.1. Phần tĩnh (Stator) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn:  Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.  Lõi sắt: Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại. Mặt trong của lõi thép có các rãnh để đặt dây quấn. a) b) c) Hình 2.2: (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh chứa dây quấn. Rãnh chứa dây quấn có nhiều hình dạng khác nhau. Trong đó, phổ biến là rãnh hình thang và rãnh quả lê. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 9
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Rãnh kín Rãnh hở Rãnh nửa hở Rãnh hình thang Rãnh quả lê Hình 2.3: Rãnh ở mặt trong stator. Dây quấn: Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Pha U Pha V Pha W a) b) Hình 2.4. (a) sơ đồ bố trí ba cuộn dây stator. (b) dây quấn ba pha đặt trong rãnh. 2.2.2. Phần quay (rotor) Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc. Rotor dây quấn : Rotor có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của rotor thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm là có SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 10
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lồng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt và dễ cháy nổ . Rotor lồng sóc : Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. 2.2.3. Khe hở không khí Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Xét stator động cơ không đồng bộ ba pha đơn giản có 6 rãnh, trên stator được bố trí ba cuộn dây AX, BY và CZ. Khi nối dây quấn stator vào nguồn điện 3 pha tần số f, trong dây quấn stator sẽ có hệ thống dòng điện 3 pha (isu, isv, isw), dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường quay (như hình 2.5) với tốc độ: 60. f n (vòng/phút) (2.1) 1 p Trong đó: f 1: tần số nguồn điện. p: số đôi cực từ của dây quấn. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 11
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải i iU iV iW t 0 t= /2 t= /2+2 /3 t= /2+4 /3 A A A Y Y Y Z Z Z C B C B C B X X X Hình 2.5: Từ trường quay stator và sự hình thành các cực từ. Từ trường quay quét qua dây quấn rotor cảm ứng trong dây quấn rotor một sức điện động cảm ứng E 2. Do dây quấn rotor nối ngắn mạch, nên E 2 tạo ra dòng điện I 2 chạy trong các thanh dẫn rotor (chiều của i 2 xác định theo qui tắc bàn tay phải như hình 2.5). Dòng điện I2 cũng tạo ra từ trường quay với tốc độ n 1 cùng chiều với từ trường stator. Từ trường trong khe hở không khí của máy là tổng từ trường do dòng điện stator và dòng điện rotor tạo ra và cũng là từ trường quay với tốc độ n 1. Từ trường khe hở không khí sẽ tác dụng lên dòng điện I 2 lực F (chiều của F xác định theo qui tắc bàn tay trái như hình 2.5). Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mặt rotor tạo ra mômen quay rotor. Và rotor sẽ quay cùng chiều từ trường với tốc độ n 2 nhỏ hơn tốc độ n1. Hiệu số giữa tốc độ từ trường và tốc độ rotor gọi là tốc độ trượt (n): n = n1- n2 (2.2) Tỷ số: n n n s = 1 2 (2.3) n1 n1 Đây chính là hệ số trượt của động cơ. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 12
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải n1 F I2 N2 F stator rotor Hình 2.6. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rotor bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ không tải thực, s 0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rotor đứng yên (n2=0), momen trên trục bằng momen mở máy. Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức. Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng: n2 n1 * (1 s) (2.4) Một đặc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stator không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rotor có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm ứng. Tần số dòng điện trong rotor rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trượt của rotor so với từ trường: n1 n2 p * n1 *(n1 n2 ) f2 p * s * f1 (2.5) 60 60* n1 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 13
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện. Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở Khi nam châm điện quay (tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây. Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút. 2.4. CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.4.1. Những yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển động cơ Những động cơ trước đây thường được chế tạo để làm việc với tải không đổi trong suốt quá trình làm việc. Điều này làm cho hiệu suất làm việc của hệ thống thấp, một phần đáng kể công suất đầu vào không được sử dụng hiệu quả. Hầu hết thời gian momen động cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêu cầu của tải. Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động rất lớn. Điều này làm tổn thất công suất lớn trên đường truyền và trong rotor, làm nóng động cơ, thậm chí có thể làm hỏng lớp cách điện. Dòng khởi động lớn có thể làm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ. Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ chủ yếu là dòng từ hóa, tải hầu như chỉ có tính cảm. Kết quả là hệ số công suất (PF: Power Factor) rất thấp, khoảng 0,1. Khi tải tăng lên dòng điện làm việc bắt đầu tăng. Dòng điện từ hóa duy trì hầu như không SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 14
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải đổi trong suốt quá trình hoạt động từ không tải đến đầy tải. Vì vậy, khi tải tăng hệ số công suất cũng lên. Khi động cơ làm việc với hệ số công suất nhở hơn 1, dòng điện trong động cơ không hoàn toàn sin. Điều này cũng làm giảm chất lượng công suất nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ. Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn cấp hoặc đảo chiều động cơ. Độ chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác, đảo chiều tốt làm tăng năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm. Trong các ứng dụng trước đây, các phương pháp hãm cơ thường được sử dụng. Lực ma sát giữa phần cơ và má phanh có tác dụng hãm. Tuy nhiên việc hãm này rất kém hiệu quả và tổn hao nhiệt lớn. Trong nhiều ứng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc độ như quạt, máy bơm. Ở những tải loại này, momen cản tỷ lệ với bình phương tốc độ, công suất tỷ lệ với lập phương của tốc độ. Do đó việc điều chỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào tải, có thể tiết kiệm điện năng. Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ có thể tiết kiệm được 50% công suất đầu vào. Mà điều này là không thể thực hiện được đối với những động cơ sử dụng trực tiếp điện áp lưới. Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị định mức, dòng điện trong động cơ chứa nhiều thành phần điều hòa bậc cao. Điều này làm tăng tổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ của động cơ. Momen sinh ra bởi động cơ bị gợn sóng. Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt động ở tần số cao bởi tính chất cảm của động cơ. Nhưng ở tần số thấp động cơ chạy sẽ bị rung, làm ảnh hưởng đến các vòng đồng của rotor. Động cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu không được bảo vệ sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ. Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều khiển thông minh. Sự phát triển của các van công suất, công nghệ sản xuất IC tích hợp cao cho ra đời những bộ vi xử lý có tốc độ xử lý ngày càng nhanh và sự phát triển của kỹ thuật tính toán đã dẫn đến việc điều khiển động cơ không đồng bộ có thể đạt được chất lượng cao. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 15
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.2. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 2.4.2.1. Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc Đây là phương pháp mở máy đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện là được. Ưu điểm: - Đây là phương pháp đơn giản. - Nếu nguồn điện tương đối lớn thì có thể dùng phương pháp này để mở máy vì mở máy nhanh và đơn giản. Nhược điểm: - Dòng điện mở máy tương đối lớn. - Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian mở máy quá dài thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới . UL ATM RLN Hình 2.7: Sơ đồ đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 16
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.2.2. Hạ điện áp mở máy M U1 U1 > U2 U2 > U3 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 s Hình 2.8: Đường đặc tính M = f(s) ở các mức điện áp khác nhau. Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện mở máy nhưng đồng thời mômen mở máy cũng giảm xuống. Do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thì phương pháp này không dùng được. Tuy vậy, đối với những thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phương pháp này rất thích hợp. Ví dụ: tải quạt gió,bơm, 2.4.2.3. Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stator: Sơ đồ nối dây như hình 2.9. Khi mở máy trong mạch điện stator đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy xong bằng cách đóng tiếp điểm K 1 của công tắc tơ thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết. ’ Do có điện áp gáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ U K sẽ nhỏ hơn điện áp lưới. Gọi dòng điện mở máy và mômen khi mở máy trực tiếp là I K và MK. Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì sau khi thêm điện kháng vào: ’ Dòng điện mở máy còn lại là : I K = k.IK ’ Điện áp đầu cực động cơ điện là : U K = k.UK SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 17
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải ’ 2 Mômen mở máy là: M K = k .MK Trong đó: k < 1. UL UL ATM Cuộ n K1 kháng ’ Uk ’ I k RLN Hình 2.9: Hạ điện áp mở máy bằng cuộn kháng Ưu điểm: - Thiết bị khởi động đơn giản. - Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu. - Phương pháp này được dùng cho động cơ công suất hạ áp và cao áp. Nhược điểm: - Khi giảm dòng điện khởi động xuống thì mômen mở máy giảm đi bình phương lần. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 18
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.2.4. Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy UL ATM I1 K2 ’ I k RLN K1 ’ Uk Hình 2.10: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu. Sơ đồ nối dây như hình 2.10. Bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì cắt máy biến áp tự ngẫu (bằng cách đóng tiếp điểm K 2 vào và mở K1 ra). Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là kT (kT < 1) thì: ’ - Điện áp đầu cực động cơ : U k = kT.U1 ’ - Dòng điện mở máy : I K = kT.IK ’ 2 - Mômen mở máy : M K = k T .MK Nếu gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I1 (dòng điện bên sơ cấp máy biến áp tự ngẫu) ’ 2 thì dòng điện I1 = kT.I K = k T .IK 2 Như vậy ta thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới giảm hơn k T lần. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 19
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Ưu điểm: - Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu. - Với dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp dùng cuộn kháng thì ta có mômen máy lớn hơn. - Phương pháp này dùng được cho cả động cơ hạ áp, cao áp. Nhược điểm: - Mômen mở máy giảm. - Phải đầu tư thêm một máy biến áp tự ngẫu. 2.4.2.5. Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y - : Phương pháp mở máy Y - thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam giác. Khi mở máy ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ có U1/3 . Sau khi đã chạy rồi, đổi lại thành cách đấu . Sơ đồ cách đấu dây như hình 2.11. Khi mở máy thì đóng ATM, tiếp điểm K Y đóng, còn tiếp điểm K mở, như vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng tiếp điểm K , máy đấu Theo phương pháp Y - thì khi dây quấn đấu Y thì ta có: 1 - Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf = U 3 1 1 - Dòng điện pha khi mở máy là : I' I kf 3 kf 1 - Mômen khi mở máy là : M' M k 3 k Khi mở máy trực tiếp động cơ đấu khi đó: - Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf = U1 - Dòng điện pha khi mở máy là : Ik 3.Ikf SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 20
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Như vậy khi mở máy đấu Y thì: ' 1 1 - Dòng điện pha khi mở máy là : I1 = I I I kf 3 kf 3 k 1 - Mômen khi mở máy là: M' M k 3 k UL ATM RLN K KY Hình 2.11: Mở máy bằng cách đổi nối Y - . Trường hợp này tương tự như dùng một máy biến áp tự ngẫu mở máy mà tỷ số biến 1 đổi điện áp kT = . 3 Ưu điểm: - Phương pháp này đơn giản, được áp dụng rộng rãi với những động cơ điện khi làm việc đấu tam giác. - Phương pháp này dùng cho động cơ hạ áp. Nhược điểm: - Không dùng cho động cơ Y/ = 220/380. - Không điều chỉnh được dòng điện khởi động theo yêu cầu. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 21
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.2.6. Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor UL M 4 3 2 1 ATM RLN K1 1 0, 0, 0, 0, 0 s R 8 6 4 2 K2 R Hình 2.12: Sơ đồ nối dây và đặc tính mômen khi thêm K3 điện trở vào rotor để mở máy. R K Phương pháp này chỉ thích hợp với những động cơ điện rotor dây quấn vì đặc trưng của loại động cơ điện này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây rotor. Khi điện trở rotor thay đổi thì ta có đường đặc tính M = f(s) như hình 2.12. Khi điều chỉnh điện trở mạch điện rotor thích đáng thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng (đường 4). Sau khi máy đã quay để duy trì một mômen điện từ nhất định trong quá trình mở máy ta cắt dần điện trở thêm vào rotor làm cho quá trình tăng tốc của động cơ điện thay đổi từ đường 4 sang đường 1 và sau khi cắt toàn bộ điện trở thì sẽ theo đường 1 tăng tốc đến điểm làm việc. Ưu điểm: - Dùng cho động cơ rotor dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn. - Dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùng động cơ điện loại này. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 22
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Nhược điểm: - Rotor dây quấn là rotor chế tạo phức tạp hơn rotor lồng sóc nên đắt hơn. Bảo quản khó hơn, hiệu suất thấp của máy thấp hơn. - Phương pháp này chỉ áp dụng được cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. - Bảo quản khó hơn, hiệu suất thấp hơn. - Tổn thất công suất trên điện trở phụ lắp vào rotor. 2.4.2.7. Mở máy dùng bộ khởi động mềm (bộ điều áp xoay chiều) Dùng ba cặp thyristor đấu song song ngược như hình 2.13. Ứng với các góc mở khác nhau của các cặp thyristor, điện áp trung bình đặt vào động cơ khác nhau ứng với từng góc . Thyristor RLN UL ĐC ATM Hình 2.13: Mở máy hạ điện áp bằng bộ điều áp xoay chiều. Ưu điểm: - Mở máy động cơ dễ dàng bằng cách điều khiển góc mở lớn để hạn chế dòng điện mở máy. - Áp dụng cho tất cả các loại động cơ ở các cấp điện áp khác nhau. Nhược điểm: - Bộ khởi động dùng thêm ba cặp thyristor cho nên giá thành tăng. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 23
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.2.8. Mở máy dùng biến tần Ưu điểm: - Phương pháp mở máy dùng biến tần có thể giảm dòng khởi động mà mômen khởi động lớn. - Điện áp ra hình sin, hiệu suất cao. Nhược điểm: - Sử dụng nhiều thyristor khiến mạch điều khiển phức tạp. - Giá thành cao. 2.4.3. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như: - Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor Rf. - Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stator. - Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ. - Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa. - Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng. - Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1. Trong các phuơng pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất, đạt đến mức độ tương đương như điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đang ngày càng phát triển. Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1 và phương pháp thay đổi điện áp stator. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 24
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 2.4.3.1. Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1 Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn và số đôi cực từ theo công thức: 2 f  1 (2.6) 0 P Ta lại có, tốc độ của rotor động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ theo công thức:  0 1 s (2.7) Do đó, bằng việc thay đổi tần số nguồn f 1 hoặc thay đổi số đôi cực từ có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ. Khi động cơ đã được chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi được do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn f 1. Bằng cách thay đổi tần số nguồn có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Nhưng khi tần số giảm, trở kháng của động cơ giảm theo ( X=2πfL ). Kết quả là làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên. Nếu điện áp nguồn cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bị bão hòa và động cơ không làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy đuợc hết công suất. Vì vậy người ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần có một luật điều khiển nào đó sao cho từ thông của động cơ không đổi. Từ thông này có thế là từ thông stato Φ1, từ thông của rotor Φ2, hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φ µ. Vì momen động cơ tỉ lệ với từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông không đổi cũng làm giữ cho momen không đổi. Có thể kể ra các luật điều khiển như sau: - Luật U/f không đổi: U/f = const - Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const - Luật dòng điện không tải không đổi: I0 = const - Luật điều khiển dòng stator theo hàm số của độ sụt tốc: I1 = f(Δω) 2.4.3.2. Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stator Sức điện động của cuộn dây stator E 1 tỷ lệ với từ thông Φ 1 và tần số f 1 theo biều thức: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 25
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải E1 K Φ1 f1 U1 I1 Z1 (2-3) Từ (2-3) nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stato Z1, ta có E1 ≈ U1, do đó: U1 1 K (2-4) f1 Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U 1/f1 không đổi. Trong phương pháp U/f = const thì tỷ số U 1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ số này ở định mức. Cần lưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm tăng sụt áp trên điện trở stato dẫn đến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm. Do dó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi. Ta có công thức tính momen cơ của động cơ như sau: 3U 2 R' / s M 1 2 (2-5) ' 2 R 2  . R 2 X X ' 0 1 s 1 2 Và momen tới hạn: 3U 2 M 1 (2-6) th 2 ' 2 20 (R1 R1 (X1 X 2 ) ) Khi hoạt động ở định mức: 2 ' 3U1dm R2 / s M dm (2-7) ' 2 R 2  . R 2 X X ' 0dm 1 s 1dm 2dm 3U 2 M 1dm (2-8) thdm 2 ' 2 20dm (R1 R1 (X1dm X 2dm ) ) Ta có công thức sau: f a 1 (2-9) f1dm SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 26
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Với f1- là tần số làm việc của động cơ, f1dm- là tần số định mức. Theo luật U/f=const: U U U f 1 1dm 1 1 a (2-10) f1 f1dm U1dm f1dm Ta thu được: U aU 1 1dm (2-11) f1 af1dm Phân tích tương tự, ta cũng thu được ω o = aωodm; X1 = aX1dm; X’2 = aX’2dm . Thay các giá trị trên vào (2-5) và (2-6) ta thu được công thức tính momen và momen tới hạn của động cơ ở tần số khác định mức: R' U 2 2 3 1dm M a.s (2-12) ' 2 0 R R 2 1 2 ' X1 X 2 a a.s 3 U 2 M 1dm (2-13) th 2 20 R1 R1 ' 2 X1 X 2 a a Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X’2 phụ thuộc vào tần số trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X 1 + X’2) >> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi. Momen cực đại của động cơ gần như không đổi. Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị của (X1 + X’2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khi momen tải lớn.Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông momen cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ điện một điện áp U0 để từ thông của động cơ định mức khi f = 0. Từ đó ta có quan hệ sau: U1 =U0 + Kf1 (2-14) SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 27
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơ: U=Udm tại f=fdm Khi a > 1 (f > fdm ), điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. Sau đây là đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f=const: Hình 2.14: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số theo luật điều khiển U/f=const. Từ (hình 2.14) ta có nhận xét sau: - Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn. - Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên. Thay vì chỉ làm việc ở tốc độ định mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ định mức. Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này. - Chúng ta có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mức bằng cách tiếp tục tăng tần số. Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện áp định mức. Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến momen giảm. Ở vùng trên vận tốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến momen trở nên phức tạp. - Việc tăng tốc giảm tốc có thể được thực hiện bằng cách điều khiển sự thay đổi của tần số theo thời gian. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 28
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 3.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f 1 cố định thành nguồn điện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn. Biến tần chia làm hai loại: - Biến tần phụ thuộc - trực tiếp. - Biến tần độc lập - gián tiếp. 3.2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA BIẾN TẦN 3.2.1. Biến tần trực tiếp Hình 3.1: Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều-xoay chiều) Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới (f1<flưới). Loại biến tần này hiện nay ít sử dụng. Cấu trúc của thiết bị biến tần trực tiếp như trên hình 3.1. Bộ biến đổi này chỉ dùng một khâu biến đổi là có thể biến đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số điều chỉnh được. Do quá trình biến đổi không phải qua khâu trung gian nên được gọi là bộ biến tần trực tiếp, còn được gọi là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconverter). SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 29
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp. Mỗi một pha đầu ra của bộ biến tần trực tiếp đều được tạo bởi mạch điện mắc song song ngược hai sơ đồ chỉnh lưu tiristor (hình 3.2). Hai sơ đồ chỉnh lưu thuận nghịch lần lượt được điều khiển làm việc theo chu kỳ nhất định. Trên phụ tải sẽ nhận được điện áp ra xoay chiều U1. Biên độ của nó phụ thuộc vào góc điều khiển , còn tần số của nó phụ thuộc vào tần số khống chế quá trình chuyển đổi sự làm việc của hai sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược. Nếu góc điều khiển không thay đổi thì điện áp trung bình đầu ra có giá trị không đổi trong mỗi nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Muốn nhận được điện áp đầu ra có dạng gần hình sin hơn cần phải liên tục thay đổi góc điều khiển các van của mỗi sơ đồ chỉnh lưu trong thời gian làm việc của nó (mỗi nửa chu kỳ điện áp ra); chẳng hạn ở nửa chu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, thực hiện thay đổi góc điều khiển từ /2 (ứng với điện áp trung bình bằng không) giảm dần tới 0 (ứng với điện áp trung bình là cực đại), sau đó lại tăng dần từ 0 lên tới /2 thì điện áp trung bình đầu ra của sơ đồ chỉnh lưu lại từ giá trị cực đại giảm về 0, tức là làm cho góc thay đổi trong phạm vi /2  0  /2, để điện áp biến đổi theo quy luật gần hình sin, như trên hình 3.3. Trong đó, tại điểm A có = 0, điện áp chỉnh lưu trung bình cực đại, sau đó tại các điểm B, C, D, E góc tăng dần lên, điện áp trung bình giảm xuống dần, cho đến điểm F với = /2 điện áp trung bình là 0. Điện áp trung bình trong nửa chu kỳ là hình sin trong hình vẽ thể hiện bằng nét đứt. Sự điều khiển sơ đồ ngược trong nửa chu kỳ âm điện áp ra cũng tương tự như thế. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 30
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 3.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay chiều-xoay chiều hình sin. Hình 3.4: Sóng hài bậc nhất dòng, áp trên tải và các chế độ làm việc của các khâu trong biến tần trực tiếp. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 31
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Trên đây đã phân tích đầu ra một pha biến tần xoay chiều - xoay chiều (trực tiếp), đối với phụ tải ba pha, hai pha khác cũng dùng mạch điện đảo chiều mắc song song ngược, điện áp trung bình đầu ra có góc pha lệch nhau 1200. Như vậy, nếu mỗi một sơ đồ chỉnh lưu đều dùng loại sơ đồ cầu ba pha thì bộ biến tần ba pha sẽ cần tổng cộng tới 36 tiristor (mỗi nhánh cầu chỉ dùng một tiristor), nếu dùng loại sơ đồ tia ba pha, cũng phải dùng tới 18 tiristor. Vì vậy thiết bị biến tần trực tiếp tuy về mặt cấu trúc chỉ dùng một khâu biến đổi, nhưng số lượng linh kiện lại tăng lên rất nhiều, kích thước tổng tăng lên rất lớn. Do những thiết bị này đều tương tự như thiết bị của bộ biến đổi có đảo dòng thường dùng trong hệ thống điều tốc một chiều có đảo chiều nên quá trình chuyển mạch chiều dòng điện được thực hiện giống như trong sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển (chuyển mạch tự nhiên), đối với các linh kiện không có các yêu cầu gì đặc biệt. Ngoài ra, từ hình 3.3 có thể thấy, khi điện áp đổi chiều đồ thị hình sin của điện áp nguồn cũng có thể biến đổi theo rất nhanh chóng, vì vậy tần số đầu ra lớn nhất cũng không vượt quá 1/3  1/2 tần số lưới điện (tuỳ theo số pha chỉnh lưu), nếu không, đồ thị đầu ra sẽ thay đổi rất lớn, sẽ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của hệ thống điều tốc biến tần. Do số lượng linh kiện tăng lên nhiều, tần số đầu ra giảm xuống, phạm vi thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tần hẹp (vì cũng bị gới hạn cả tần số thấp nhất) nên hệ điều tốc này ít được dùng, chỉ trong một số lĩnh vực công suất lớn và cần tốc độ làm việc thấp, chẳng hạn như máy cán thép, máy nghiền bi, lò xi măng, những loại máy này khi dùng động cơ tốc độ thấp được cấp điện bởi biến tần trực tiếp có thể loại bỏ được hộp giảm tốc rất cồng kềnh và thường dùng tiristor mắc song song mới thoả mãn được yêu cầu công suất đầu ra. Bộ biến tần trực tiếp tuy có một số nhược điểm là số lượng phần tử nhiều, phạm vi thay đổi tần số không rộng, chất lượng điện áp ra thấp, nhưng có ưu điểm là hiệu suất cao hơn so với các bộ biến tần gián tiếp, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi công suất hệ thống điều tốc cực lớn (các hệ thống dùng động cơ công suất đến 16.000 KW). Trên đồ thị dạng sóng (hình 3.4) ta thấy công suất tức thời của biến tần bao gồm có bốn giai đoạn. Trong hai khoảng ta có tích điện áp và dòng điện của biến tần dương, biến tần lấy công suất từ SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 32
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải lưới cung cấp cho tải. Trong hai khoảng còn lại ta có tích giữa điện áp và dòng điện trong biến tần âm nên biến tần biến đổi cung cấp lại công suất cho lưới. 3.2.2. Biến tần gián tiếp Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành xoay chiều. Khâu trung gian một chiều đóng vai trò tích lũy năng lượng dưới dạng nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới. Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau: M Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 33
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Chức năng của các khối chính như sau:  Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Chỉnh lưu có thể là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh. Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến đổi. Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển. Trong các bộ biến đổi công suất lớn, người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải. Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định. Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.  Nghịch lưu: Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập. Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau: - Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp. - Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn là sức điện động thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện. - Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin. Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 34
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Ngoài ra, còn có các khối phụ: Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra nó còn có chức năng sau: - Theo dõi sự cố lúc vận hành. -Xử lý thông tin từ người sử dụng. - Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm. -Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu. -Kết nối với máy tính. Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển.  Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông số hệ thống như tần số, dòng điện, điện áp, và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ thống.  Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ, biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được. Ngoài ra còn có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó. Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 35
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 3.3. ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN TRONG THỰC TẾ Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện. Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp. Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất. Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này. Khảo sát cho thấy:  Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment.  Trong các bộ điều khiển moment, động cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 36
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải  Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ. Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt: Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm và quạt. Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van. Giảm tiếng ồn công nghiệp. Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ. Giúp tiết kiệm điện năng tối đa. Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp. Ưu điểm chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như: - Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn. -Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu. - Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì cũng như thay mới. -Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 37
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động mềm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này. 3.4. MỘT SỐ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN - Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc. - Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhạy cảm với điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam. - Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí. Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 5000C, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn, độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt nước biển. - Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số cài đặt. Nhờ các kỹ thuật viên của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn. Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại. - Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố. 3.5. MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 3.5.1. Biến tần Simen 3.5.1.1. Biến tần Siemens M420 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 38
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Họ biến tần MICROMASTER 420 - 6SE6420 có công suất định mức từ 0.37KW đến 11KW đối với điện áp vào 3 pha AC 380V đến 480V, 0.12 KW đến 5.5KW đối với điện áp vào 3 pha AC 200V đến 240V và 0.12KW đến 3KW đối với điện áp vào 1 pha AC 200V đến 240V tần số ngõ vào 50/60Hz. Các đặc tính khác: - Điện áp định mức ngõ ra: 1/3 pha 220VAC và 3 pha 380VAC tuỳ theo chọn mã hàng, tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz . - Các đầu đấu nối vào và ra: 3 đầu vào số,1 đầu vào tương tự, 1 đầu ra rơle, 1 đầu ra tương tự,1 cổng RS485, có chức năng hãm DC và hãm hổn hợp. - Phương pháp điều khiển: Phương pháp điều khiển V/F tuyến tính, V/F đa điểm, V/f bình phương, điều khiển dòng từ thông FCC. - Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần. - Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP, bảng điều khiển AOP, bộ ghép nối PC, đĩa CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc đầu vào, lọc đầu ra. Hình 3.6: Biến tần Siemens M420 Ứng dụng: Dùng cho các ứng dụng đơn giản có công suất dưới 11KW (Bơm, quạt, băng chuyền ) - Ứng dụng tốt cho hệ thống quạt. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 39
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Ứng dụng tốt các giải pháp tiết kiệm điện trong các hệ thống quạt. 3.5.1.2. Biến tần Siemens M430: Hình 3.7: Biến tần Siemens M430 Biến tần MICROMASTER 430 - 6SE6430 có công suất định mức từ 7.5KW đến 250KW đối với điện áp vào 3 pha AC 380V đến 480V, tần số ngõ vào 50/60Hz. điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 380VAC , tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz. Các đặc tính kỹ thuật khác: - Các đầu đấu nối vào và ra : 6 đầu vào số, 2 đầu vào tương tự, 3 đầu ra rơle, 2 đầu ra tương tự,1 cổng RS485, 15 cấp tần số cố định có chức năng hãm DC và hảm hổn hợp, có tích hợp bộ điều khiển PID . - Phương pháp điều khiển: V/f tuyến tính, V/f bình phương, V/f đa điểm, điều khiển dòng từ thông, điều khiển vecter, điều khiển momen. - Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần. - Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP-2, bộ phụ kiện lắp BOP trên cánh tủ, bộ ghép nối PC, modul profibus, bộ lọc đầu vào, bộ lọc đầu ra. Ứng dụng: Chuyên dụng cho các dự án tiết kiệm năng lượng (bơm, quạt). MM430 ứng dụng chuyên cho bơm , quạt và các Momen thay đổi theo tốc độ khác. - Ứng dụng tốt cho các hệ thống bơm. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 40
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Giải pháp tiết kiệm điện trong các hệ thống quạt gió. 3.5.2. Biến tần OMRON 3.5.2.1. 3G3JX: (loại nhỏ, kinh tế) Ðặc tính kỹ thuật - Nhỏ gọn, dễ sử dụng, dùng cho động 0.1kW đến 3.7kW - 5 đầu vào số và 1 đầu vào tương tự để điều khiển hoạt động của biến tần. - Vòng quay ổn định và mômen lớn khi tốc độ nhỏ. - 2 đầu ra số và 1 đầu ra tương tự thông báo tình trạng biến tần. - Có chiết áp chỉnh tốc độ dễ dàng. - Tăng mômen tự động, tự phát hiện quá mômen, tốc độ. Hình 3.8: Biến tần Omron 3G3JX Ứng dụng: Thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Ðiều khiển hệ thống băng tải, quạt gió, cầu trục, hệ thống phối liệu, cửa tự động, gara ôtô, 3.5.2.2. 3G3MX: (loại trung) Ðặc tính kỹ thuật - Công suất 0.1kW-7.5kW, điều chỉnh dùng vector. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 41
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Nhỏ gọn, hoạt động không ồn, momen khởi động lớn (1Hz:200%). - Có chiết áp điều chỉnh tốc độ. - Có bảo vệ nhiệt cho động cơ. - Khối đấu nối điều khiển tháo rời, có thể lắp đặt sát nhau. - Nhiều tính năng điều khiển đặc biệt. - Cổng RS-422/485. Hình 3.9: Biến tần Omron 3G3MX 3.5.2.3. 3G3RX: (loại lớn) Hình 3.10: Biến tần Omron 3G3RX Ðặc tính kỹ thuật SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 42
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Loại lớn sử dụng cho động cơ công suất 0.4kW-400kW. - Có các đặc tính kỹ thuật tiên tiến, điều khiển Vector với PG, vector vòng hở tới 0Hz. - Dễ sử dụng, lắp đặt và bảo trì, lọc nhiễu vô tuyến, chức năng dừng khẩn cấp. - Ðộng cơ hoạt động tối đa mà vẫn tiết kiệm năng lượng và không gây tiếng ồn. - Khối đấu nối điều khiển tháo rời, truyền thông RS-485. 3.5.3. Biến tần ABB 3.5.3.1. ACS150 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 4KW Hình 3.11: Biến tần ACS150 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 4KW Đặc tính kỹ thuật: - Dùng điều để khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha. - Điện áp/Dải công suất: 220V/0.37 2.2 kW, 380/0.37 4kW đạt tiêu chuẩn IP20, NEMA 1(tuỳ chọn). - Tần số ra: 0-500 Hz. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 43
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Hệ số công suất: 0.98. - Công cụ hỗ trợ cài đặt không cần cấp nguồn biến tần- FlashDrop. - Tích hợp sẵn bộ lọc EMC. - Bộ điều khiển phanh hãm. - Tích hợp sẵn màn hình điều khiển, biến trở điều khiển tốc độ. - Bo mạch phủ (Coated boards). - 5 đầu vào số(DI) bao gồm 1 đầu vào xung(Pule train 0 10kHz), 1 đầu vào tương tự (AI). - 1 đầu ra rơ le (NO+NC). Ứng dụng: Máy đóng gói, băng tải, cửa tự động, quạt, bơm, 3.5.3.2. ACS 350 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 22KW . Hình 3.12: Biến tần ACS350 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 4KW Đặc tính kỹ thuật: - Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha. - Phần mềm ấn tượng và phần cứng nhỏ gọn . SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 44
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Giao diện tối ưu cho người sử dụng. - Điện áp/Công suất: 220V/0.37 .4kW; 380V/0.37 22kW. - Cấp bảo vệ IP20, NEMA 1(tuỳ chọn). - Tần số ra: 0-500 Hz. Hệ số công suất 0.98. - Tương thích công cụ lập trình FlashDrop. - Lập trình khối logic tuần tự (Sequence Programming). - Tích hợp sẵn bộ lọc EMC. - Bộ điều khiển phanh hãm. - Bo mạch phủ(Coated boards). - 5 đầu vào số (DI) gồm 1 đầu vào xung (Pulse Train 0 16kHz), 2 đầu vào tương tự (AI). - 1 đầu ra rơle (NO+NC), 1 đầu ra Transisstor (10 16kHz), 1 đầu ra tương tự (AO). - Bảo vệ biến tần khi đầu nhầm cáp môtô, cáp điều khiển. Ứng dụng: OEM - chế tạo máy dệt, máy in, máy chế biến thực phẩm, cao su, nhựa, gỗ, băng tải. 3.6. ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN ABB - ACS150 3.6.1. Khởi động và nhập thông số 3.6.1.1. Cấp nguồn Cấp nguồn cho biến tần, sau khi cấp nguồn màn hình hiển thi chế độ OUTPUT. REM 0.0 HZ OUTPUT FWD SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 45
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Sơ đồ kết nối dây mạch động lực: Hình 3.13: Sơ đồ kết nối dây mạch động lực 3.6.1.2. Nhập thông số khởi động: Thao tác nhập thông số được thực hiện như sau : - Để trở về Menu chính, nhấn phím nếu góc dưới có hiển thị chữ OUTPUT, nếu không, nhấn cho đến khi nào hiện chữ MENU ở góc bên dưới. - Nhấn / đến khi thấy chữ “ Par “ và nhấn phím Enter. - Tìm các nhóm thông số bằng bàn phím / rồi nhấn Enter . - Tìm thông số thích hợp bằng bàn phím / - Nhấn giữ Enter trong khoảng 2s đến khi hiện ra giá trị thông số đó với hàng chữ SET bên dưới. - Thay đổi giá trị thông số bằng bàn phím / . - Nhấn Enter để lưu lại. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 46
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thực hiện quá trình chạy ID Run (ở chế độ LOC): ID Run là quá trình ước lượng, đánh giá các đặc tính của Motor một cách tự động khi sử dụng lần đầu tiên hoặc thay Motor. - Cài đặt các thông số Motor xong, ta tiến hành ID Run. - Cài thông số 9910 = (ON). Nhấn Enter để lưu lại. - Nếu muốn quan sát các giá trị trong quá trình chạy ID Run, nhấn Exit liên tục để trở về chế độ Output. - Nhấn Start để bắt đẩu chạy ID Run, màn hình hiển thị thông báo A2019. - Không nên nhấn bất kỳ phím nào trong quá trình ID Run, tuy nhiên có thể dừng ID Run bằng nút Stop. - Khi hoàn tất quá trình ID Run, màn hình không còn thông số A2019 nữa. Nếu ID Run thất bại, màn hình báo lỗi F0011, khi đó phải kiểm tra lại thông số motor và ID Run lại. Lưu ý : chỉ ID Run khi không tải và motor nguội. Hoạt động ở chế độ Loc (local) –điều khiển bằng bàn phím. - Nhấn phím Loc/Rem trên bàn phím để màn hình hiện Loc. - Khởi động motor bằng phím start. - Dừng motor bằng phím stop. - Đảo chiều quay bằng phím - Điều chỉnh tần số trong menu ref (reference) bằng phím / . - Hoạt động ở chế độ REM (REMOTE) – điều khiển bên ngoài. - Nhấn phím LOC/REM trên bàn phím để màn hình hiện REM. - Đấu dây theo sơ đồ của macro sử dụng, nếu sử dụng macro mặc định thì đấu dây như sau : SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 47
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 3.14: Sơ đồ đấu dây ở chế độ macro mặc định. - Điều khiển thông qua các ngõ vào DI1 . . . DI5. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN Thông số Tên Thông Số Diễn Giải 01 Thông số hoạt động Các thông số hiển thị cơ bản của biến 0101 Tốc độ & chiều quay Hiển thị tốc độ vòng quay của motor. Hiển thị giá trị âm khi motor chạy ngược chiều (rpm) 0102 Tốc độ Hiển thị tốc độ vòng quay của motor (rpm) 0103 Tần số đầu ra Hiển thị tần số ngõ ra của biến tần (Hz) 0104 Dòng điện Hiển thị dòng điện hoạt động của motor (A) 0105 Moment Hiển thị % moment của tải . 0106 Công suất Hiển thị công suất của motor ( Kw ) 0107 Điện áp DC-Bus Hiển thị điện áp DC-Bus ( VDC ) 0109 Điện áp đầu ra Hiển thị điện áp đầu ra của biến tần (VAC ) SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 48
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 0110 Nhiệt độ biến tần Hiển thị nhiệt độ trên IGBT của biến tần ( 0C ) 0114 Thời gian hoạt động Đếm thời gian hoạt động của biết tần (Giờ ).có (R) thể Reset . 0115 Đếm KWH (R) Đếm công suất tiêu thụ điện KWH .Có thể Reset. 0140 Thời gian hoạt động Thời gian hoạt động của biến tần. Không Reset được . 0141 Đếm KWH Đếm công suất tiêu thụ (KWH). Không Reset được. 0145 Nhiệt độ Motor Đo nhiệt độ Motor, phụ thuộc vào Senor sử dụng. 0160 Trạng thái ngõ vào Trạng thái ngõ vào số (Digital Input). Ví dụ DI1 _DI5 =10000 thì DI1 là On ,DI2 DI5 là OFF . 10 Chạy / Dừng / Chiều Tín hiệu điều khiển mở rộng chạy, dừng và quay chiều quay. 1001 Điều khiển ngoại vi Kết nối điều khiển chạy, dừng, chiều quay bằng EXT1 tín hiệu ngoại vi EXT1. 0 Không lựa chọn Không lựa chọn nguồn điều khiển 1 DI1 Điều khiển Run / Stop bằng ngõ vào DI1 2 DI1,2 Điều khiển Run / Stop bằng ngõ vào DI1, điều khiển chạy thuận nghịch bằng ngõ vào DI2 3 DI1P,2P Kích xung chạy bằng ngõ vào DI1 (DI1= 0 1 chạy) Kích xung dừng bằng ngõ vào DI2 (DI 2=1 0 dừng) 4 DI1P,2P,3 Kích xung chạy bằng ngõ vào DI1 (DI1= 0 1 chạy SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 49
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Kích xung dừng bằng ngõ vào DI2 (DI 2=1 0 dừng) khiển chạy thuận nghịch bằng ngõ vào DI3 5 DI1P,2P,3P Kích xung chạy thuận bằng ngõ vào DI1 (DI1= 0 1 chạy thuận) Kích xung chạy ngược bằng ngõ vào DI2 (DI 2=1 0 chạy ngược) Kích xung dừng bằng ngõ vào DI3 (DI3=1 0 dừng ) 8 Bằng bàn phím Điều khiển chạy, dừng và hướng quay bằng bàn phím của biến tần . 9 DI 1F,2R Điều khiển chạy, dừng và hướng quay theo DI1 và DI2 DI1=DI2: dừng; DI1=1, DI2=0: chạy thuận ; DI1=0, DI2=1 chạy ngược 10 COMM Điều khiển chạy, dừng và đảo chiều thông qua cổng truyền thông. 20 DI5 Điều khiển Run / Stop bằng ngõ vào DI5 21 DI5,4 Điều khiển Run / Stop bằng ngõ vào DI5, điều khiển chạy thuận nghịch bằng ngõ vào DI4 22 TIMER STOP Dừng sau thời gian khoảng thời gian trể đđược định nghĩa ở 1901 23 TIMER START Chạy sau thời gian trễ 1901: Timer delay, dừng khi timer bị reset. 24 COUNTER STOP Dừng khi giá trị đếm của counter vượt quá giới hạn xác định ở 1905. Chạy khi có tín hiệu khởi đđộng counter 25 COUNTER START Chạy khi giá trị đếm của counter vượt quá giới SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 50
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải hạn xác định ở 1905. Dừng khi có tín hiệu stop counter 26 Bằng chương trình Chạy, dừng và đảo chiều bằng các tuần tự chương trình tuần tự 1002 Điều khiển ngoại vi Kết nối điều khiển chạy, dừng, chiều quay bằng EXT2 tín hiệu ngoại vi EXT2 ( Tương tự như thông số 1001) 1003 Hướng quay Có thể điều khiển hướng quay của motor hoặc có thể cố định hướng quay. 1 quay thuận Cố định chiều quay thuận 2 Quay ngược Cố định chiều quay ngược 3 Quay thuận /ngược Cho phép quay cả thuận và chiều ngược 12 Thông số điều khiển Lựa chọn cấp tốc độ và phương pháp điều tốc độ khiển logic 1201 Chọn tín hiệu điều Lựa chọn tín hiệu ngõ vào digital để điều khiển khiển tốc độ 0 Không lựa chọn Không sử dụng 1 DI1 Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI1: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động 2 DI2 Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI2: 1- hoạt động; 0- không hoạt động 3 DI3 Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED)bằng tín hiệu ngõ vào DI3: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động 4 DI4 Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI4: 1- SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 51
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải hoạt động ; 0- không hoạt động 5 DI5 Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI5: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động 7 DI1 ,2 DI1 DI2 Hoạt động 0 0 Không hoạt động 1 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 8 DI2,3 Xem thông số DI1,2 9 DI3,4 Xem thông số DI1,2 10 DI4,5 Xem thông số DI1,2 12 DI1,2,3 DI1 DI2 DI3 Hoạt động 0 0 0 Không hoạt động 1 0 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 0 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 0 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 0 0 1 Cài đặt tốc độ 4 bằng thông số 1205 1 0 1 Cài đặt tốc độ 5 bằng thông số 1206 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 52
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 0 1 1 Cài đặt tốc độ 6 bằng thông số 1207 1 1 1 Cài đặt tốc độ 7 bằng thông số 1208 13 DI3,4,5 Xem thông số DI1,2,3 -1 DI1 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI1: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động -2 DI2 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI2: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động -3 DI3 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI3: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động -4 DI4 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI4: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động -5 DI5 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202 CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI5: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động -7 DI1 ,2 DI1 DI2 Hoạt động 0 0 Không hoạt động 1 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 53
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải -8 DI2,3 Xem thông số DI1,2 -9 DI3,4 Xem thông số DI1,2 -10 DI4,5 Xem thông số DI1,2 -12 DI1,2,3 DI1 DI2 DI3 Hoạt động 0 0 0 Không hoạt động 1 0 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 0 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 0 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 0 0 1 Cài đặt tốc độ 4 bằng thông số 1205 1 0 1 Cài đặt tốc độ 5 bằng thông số 1206 0 1 1 Cài đặt tốc độ 6 bằng thông số 1207 1 1 1 Cài đặt tốc độ 7 bằng thông số 1208 -13 DI3,4,5(INV) Xem thông số DI1,2,3 (INV) 2008 MAXIMUM FREQ Giới hạn tần số lớn nhất Trích dẫn cataloge của nhà sản xuất ABB. Thông tin đầy đủ về các thông số tra cataloge ABB-ACS150. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 54
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 3.6.2. Các phương pháp điều khiển sử dụng biến tần ACS150 3.6.2.1. Điều khiển bằng phím Chọn chế độ LOC bằng phím Loc trên keypad, góc phải phía trên màn hình sẽ được hiển thị chữ LOC. Chọn chiều quay bằng phím và điều chỉnh tần số trực tiếp bằng biến trở, giá trị của tần số sẽ được hiển thị trên màn hình. Muốn động cơ hoạt động ta nhấn phím start còn nhấn phím stop động cơ sẽ dừng lại. Lưu ý: Khi dừng bằng phím stop mà không điều chỉnh biến trở thì khi chạy lại bằng phím start tần số sẽ giữ đúng giá trị khi dừng, trong khi đang chạy ta vẫn có thể đảo chiều quay bằng phím đảo chiều. 3.6.2.2. Điều khiển ngoại vi: Để cài đặt cho biến tần ta phải chọn chế độ LOC.  Điều chỉnh 4 cấp tốc độ: Với phương pháp điều chỉnh này động cơ hoạt động với 4 cấp tốc độ phương pháp điều chỉnh được thực hiện như sau : - Cài đặt giới hạn tần số của biến tần bằng thông số 20→Chọn địa chỉ 2008. Đầu tiên từ màn hình chờ của biến tần, nhấn ENTER chọn chế độ thích hợp bằng phím / sau đó nhấn ENTER rồi trở về bằng phím EXIT. Để cài đặt ta chọn chế độ PAR L, chọn thông số 20, chọn địa chỉ 2008 giữ phím ENTER trong khoảng 2s sau đó chọn tần số thích hợp bằng phím / - Điều khiển chạy, dừng và chiều quay của động cơ bằng thông số 10→chọn địa chỉ 1001 điều khiển ngoại vi → chọn địa chỉ 2 điều khiển run/stop bằng ngõ vào DI1 và thuận/nghịch bằng ngõ vào DI2.Cách làm như sau: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 55
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Chọn địa chỉ 10, chọn thông số 1001 giữ phím ENTER trong 2s chọn địa chỉ 2 nhấn ENTER. Cài đặt thông số này điều khiển run/stop bằng ngõ vào DI1 và thuận/nghịch bằng ngõ vào DI2 Khi DI1 lên 1 cho phép chạy bằng điều khiển ngoại vi, khi DI1 xuống 0 không điều khiển được bằng ngoại vi. Khi DI2 lên 1 cho phép động cơ chạy nghịch, khi DI2 xuống 0 động cơ chạy thuận. - Lựa chọn cấp tốc độ và điều khiển logic bằng thông số 12 → chọn địa chỉ 1201 chọn tín hiệu điều khiển → chọn địa chỉ 9, lựa chọn cấp tốc độ bằng ngõ vào DI3 và DI4. Ta có bảng thống số điều khiển: DI3 DI4 Hoạt động 0 0 Không hoạt động 1 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 Ví dụ 1: Điều khiển động cơ hoạt động ở 4 cấp tốc độ. Chọn chế độ LOC từ bàn phím. Chọn tần số max cho biến tần bằng thông số 2008. Chẳng hạn ta chọn tần số max là 70Hz sau đó nhấn ENTER. Chọn thông số 1001=2. Chọn thông số 1201=9. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 56
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt tốc độ: - Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202. Chọn 10Hz. - Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203. Chọn 20Hz. - Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204. Chọn 30Hz. Ta có bảng thông số điều khiển: DI3 DI4 Hoạt động 0 0 Không hoạt động 1 0 Cài đặt tốc độ 1 với tần số 10Hz 0 1 Cài đặt tốc độ 2 với tần số 20Hz 1 1 Cài đặt tốc độ 3 với tần số 30Hz Sơ đồ kết nối dây điều khiển: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 57
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Chạy chương trình cài đặt : - Chuyển từ chế độ LOC REM. - Nhấn EXIT trở về màn hình chờ. Vận hành chương trình cài đặt: - Cho DI1 lên 1 cho phép điều khiển . - Chạy cấp độ 1 cho DI3 =1, DI4=0 . - Chạy cấp độ 2 cho DI3=0, DI4=1. - Chạy cấp độ 3 cho DI3=1, DI4=1. - DI3=0, DI4=0 động cơ không hoạt động. - DI1=0 không cho phép điều khiển .  Điều khiển 8 cấp tốc độ: Với phương pháp điều chỉnh này động cơ hoạt động với 8 cấp tốc độ phương pháp điều chỉnh được thực hiện như sau : - Cài đặt giới hạn tần số của biến tần bằng thông số 20 → Chọn địa chỉ 2008 Đầu tiên từ màn hình chờ của biến tần, nhấn ENTER chọn chế độ thích hợp bằng phím / sau đó nhấn ENTER rồi trở về bằng phím EXIT. Để cài đặt ta chọn chế độ PAR L, chọn thông số 20, chọn địa chỉ 2008 giữ phím ENTER trong khoảng 2s sau đó chọn tần số thích hợp bằng phím / SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 58
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Điều khiển chạy ,dừng và chiều quay của động cơ bằng thông số 10→chọn địa chỉ 1001 điều khiển ngoại vi→ chọn địa chỉ 21 điều khiển run/stop bằng ngõ vào DI5 và thuận/nghịch bằng ngõ vào DI4,cách làm như sau : Trở về chọn địa chỉ 10, chọn thông số 1001 giữ phím ENTER trong 2s chọn địa chỉ 21 nhấn ENTER. Cài đặt thông số này điều khiển run/stop bằng ngõ vào DI1 và thuận/nghịch bằng ngõ vào DI2 Khi DI1 lên 1 cho phép chạy bằng điều khiển ngoại vi, khi DI1 xuống 0 không điều khiển được bằng ngoại vi. Khi DI2 lên 1 cho phép động cơ chạy nghịch, khi DI2 xuống 0 động cơ chạy thuận. - Lựa chọn cấp tốc độ và điều khiển logic bằng thông số 12→ chọn địa chỉ 1201 chọn tín hiệu điều khiển → chọn địa chỉ 12, lựa chọn cấp tốc độ bằng ngõ vào DI1, DI2 và DI3. Ta có bảng thông số điều khiển: DI1 DI2 DI3 Hoạt động 0 0 0 Không hoạt động 1 0 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 0 1 0 Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 1 1 0 Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 0 0 1 Cài đặt tốc độ 4 bằng thông số 1205 1 0 1 Cài đặt tốc độ 5 bằng thông số 1206 0 1 1 Cài đặt tốc độ 6 bằng thông số 1207 1 1 1 Cài đặt tốc độ 7 bằng thông số 1208 Khi hoạt động chuyển từ LOC REM SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 59
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Ví dụ 2: Điều khiển động cơ hoạt động ở 8 cấp tốc độ. Chọn chế độ LOC từ bàn phím. Chọn tần số max cho biến tần bằng thông số 2008. Chẳng hạn ta chọn tần số max là 70Hz sau đó nhấn ENTER. Chọn thông số 1001=21. Chọn thông số 1201=12. Cài đặt tốc độ: - Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 Chọn 10Hz. - Cài đặt tốc độ 2 bằng thông số 1203 Chọn 20Hz. - Cài đặt tốc độ 3 bằng thông số 1204 Chọn 30Hz. - Cài đặt tốc độ 4 bằng thông số 1205 Chọn 40Hz. - Cài đặt tốc độ 5 bằng thông số 1206 Chọn 50Hz. - Cài đặt tốc độ 6 bằng thông số 1207 Chọn 60HZ. - Cài đặt tốc độ 7 bằng thông số 1208 Chọn 70 Hz. Ta có bảng thông số điều khiển: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 60
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải DI1 DI2 DI3 Hoạt động 0 0 0 Không hoạt động 1 0 0 Tốc đô 1 0 1 0 Tốc độ 2 1 1 0 Tốc độ 3 0 0 1 Tốc độ 4 1 0 1 Tốc độ 5 0 1 1 Tốc độ 6 1 1 1 Tốc độ 7 Sơ đồ kết nối dây mạch điều khiển: Chạy chương trình cài đặt : - Chuyển từ chế độ LOC REM . - Nhấn EXIT trở về màn hình chờ . SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 61
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Vận hành chương trình cài đặt: - Cho DI5 lên 1 cho phép điều khiển . - Chạy cấp độ 1 cho DI1 =1, DI2=0, DI3=0 - Chạy cấp độ 2 cho DI1=0, DI2=1, DI3=0 - Chạy cấp độ 3 cho DI1=1, DI2=1. DI3=0 - Chạy cấp độ 4 cho DI1 =0, DI2=0, DI3=1 - Chạy cấp độ 5 cho DI1=1, DI2=0, DI3=1 - Chạy cấp độ 6 cho DI1=0, DI2=1. DI3=1 - Chạy cấp độ 7 cho DI1=1, DI2=1. DI3=1 - DI1=0, DI2=0, DI3=0 động cơ không hoạt động. - DI5=0 không cho phép điều khiển. NHẬN XÉT: Sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ có nhiều ưu điểm nổi bật như : - Độ chính xác khi cài đặt rất cao. - Điều chỉnh rất linh hoạt có thể thay đổi theo moment và phụ tải. - Các cấp điều chỉnh rộng mà các phương pháp khác không thể so sánh được. - Biến tần có thể làm nhiều nhiệm vụ khác như : bảo vệ, cảnh báo sự cố . . . - Giảm dòng khởi động của động cơ không gây ảnh hưởng tới những động cơ khác khi khởi động. Tuy nhiên giá thành của phương pháp này cao hơn các phương pháp khác nên cân nhắc khi sử dụng. Tùy theo yêu cầu và điều kiện mà chọn phương pháp điều khiển cho phù hợp. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 62
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU VỀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM 4.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bộ khởi động mềm (bộ điều áp xoay chiều) là thiết bị dùng để hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức. Toàn bộ quá trình khởi động được điều khiển đóng mở thyristor bằng bộ vi xử lý với các cổng vào và ra tương ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện áp lưới. 4.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 4.2.1. Cấu tạo bộ khởi động mềm 4.2.1.1. Mạch động lực a. Cấu tạo ~ 380 Aptomat Bộ khởi động mềm T2 T4 T6 T T T 1 3 5 ĐC Hình 4.1: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều (hay bộ khởi động mềm điều khiển) động cơ không đồng bộ. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 63
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Mạch động lực của bộ khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho 3 pha. Vì mô men động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp, dòng điện tỷ lệ với điện áp, mô mem gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích mở 3 cặp thyristor song song ngược) trong mạch động lực. Như vậy hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp thay đổi. b. Phân tích sơ đồ đường cong điện áp Giả thiết điện áp nguồn 3 pha đối xứng: 2 4 u A 2U sin ,,u A 2U sin  u A 2U sin  3 3 Để có dòng điện đi qua tải thì tại mọi thời điểm phải có 2 hoặc 3 van ở 2 hoặc 3 pha đồng thời cùng dẫn. -Ở những khoảng 3 van của 3 pha đều dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha của lưới ( UfT = Ua, UfT = Ub, UfT = Ub ). -Ở những khoảng có 2 van ở 2 pha dẫn thì điện áp trên 2 pha tải nối với 2 van đó bằng một nửa điện áp dây của 2 pha nguồn nối với 2 van đó. Điện áp trên pha tải còn lại sẽ bằng 0. Để điện áp trên các pha tải đối xứng, các xung kích xuất hiện ở các thời điểm cách đều nhau góc π/3. Khác với trường hợp mạch chỉnh lưu điều khiển, góc kích van (α) trong mạch điều chỉnh xoay chiều 3 pha được tính từ gốc tọa độ cho tới vị trí phát xung kích. Hoạt động của mạch phụ thuộc rất nhiều vào góc kích α. Vì điện áp tải đối xứng, khi xét hoạt động của mạch, ta chỉ khảo sát điện áp trên một pha (pha a). Điện áp các pha khác được suy ra bằng cách dịch pha điện áp được khảo sát góc 1200. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 64
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Trường hợp < : Dòng điện tải và điện áp trên tải sẽ là hình sin vì lúc này các van đều dẫn điện trong một nửa chu kỳ và bất kỳ lúc nào cũng có ba van của ba pha dẫn điện. : góc mở của pha A (góc mở của ba pha là 3pha = - 30). L arctg . R U Ua Ub Uc UdA t a) Hình 4.2: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi < . Điện áp trên tải : udA = ua = Umsin u U Dòng điện tải : da m ida sin  Za Za Trường hợp < < gh: gh là giá trị mà vẫn còn tồn tại chế độ cả ba van thuộc về ba pha vẫn dẫn điện. u ac Trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có ba đoạn udA = ua, hai đoạn còn lại là u hoặc dA 2 uab u và một đoạn udA = 0. dA 2 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 65
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải U Ua Ub Uc UdA Uab/2 Uac/2 t = 60 b) Hình 4.3: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi < < gh Giá trị hiệu dụng của điện áp pha: 2 2 2 t1 t2 t3 t4 t5 t6 1 2 1 2 2 uab 2 uab U dA udA d ua d 0.d ua d d ua d d 2 2 2 0 0 t1 t2 t3 t4 t5 Thay các giá trị ua, uab, uac ta tính được điện áp hiệu dụng của điện áp pha: 1 3 U2 U sin  2 d U sin  2 d dA m m 0 2 2 2 3 3 3 2 3 2 U sin  d U sin d U sin  d m m m 2 6 2 6 3 3 3 1 3 1 3 1 3  U U sin 2 sin 2 cos2 dA m 4 4 3 8 2 8 Góc giới hạn: 2 1 arctg e 3tg gh 3 2 SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 66
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Trường hợp gh < < 150: U Ua Ub Uc Uab/2 Uac/2 UdA t = 120 c) Hình 4.4: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi gh < < 150 Trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai van của hai pha dẫn điện, mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai U U đoạn mà U AB hoặc là U AC . dA 2 dA 2 Góc điều khiển lớn nhất là max = 150. 4.2.1.2. Mạch điều khiển ĐK Uf Khâu đồng Vi điều Khâu Biến áp Thyristor pha khiển khuếch đại xung Khâu đồng pha sử dụng khuếch đại thuật toán. Từ tín hiệu đồng pha được đưa vào vi điều khiển, từ đó sẽ tính toán thời gian để phát xung điều khiển theo yêu cầu. Vi điều khiển tiếp nhận các tín hiệu đầu vào từ khâu đồng pha, xử lý các tín hiệu và đưa ra các xung điều khiển. Khâu khuếch đại sử dụng mạch khuếch đại Darlington. Có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu điều khiển đưa đến để điều khiển van bán dẫn công suất để đảm bảo các tham số cơ bản như biên độ, độ rộng và công suất. Một trong những nhiệm vụ cơ bản của khuếch đại xung là cách ly giữa mạch động lực và hệ thống điều khiển. Biến áp xung là loại biến áp đặc biệt trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp có dạng cung chữ nhật mà không phải là một điện áp hình sin. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 67
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 4.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm Giả sử các cuộn dây của động cơ đối xứng. Xét đường con điện áp trên pha A, khi góc mở pha A = 60 (hình 4.3). Tại thời điểm t1 ( pha A= 60) pha A dương nhất, pha B âm nhất phát xung X 1 để điều khiển T1, đồng thời phát xung đệm X 1-4 cho T4 (xung mở thứ hai của T 4), T1 và T4 cùng dẫn, lúc này pha C đang dẫn do cuộn dây đang xả năng lượng nên T 5 dẫn cho đến thời điểm t’1. Do đó điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha A (u dA = ua). Tại t’1, chỉ còn T1 và T4 dẫn đến thời t2, điện áp trên tải bằng ½ điện áp dây uab (udA = ½ uab). Đến thời điểm t 2, pha A vẫn đang dương nhất, pha C âm nhất, phát xung đệm X 1-6 cho T1 (xung mở thứ hai của T1) và xung chính X6 để mở T6, pha B đang dẫn do cuộn dây đang xả năng lượng nên T 4 dẫn đến thời điểm t’ 2. Điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha A (udA = ua). Tại thời điểm t’ 2, cuộn dây đã xả hết năng lượng nên T 4 khóa (pha B không dẫn), điện áp trên tải bằng ½ điện áp dây uac (udA = ½ uac). Tại thời điểm t 3, pha B dương nhất, pha C âm nhất. Phát xung chính X 3 để mở T 3, đồng thời phát xung đệm X 6-3 cho T3 (xung mở thứ hai của T 3), pha A dẫn do cuộn dây đang xả năng lượng nên T1 dẫn đến thời điển t’3. Điện áp trên tải trùng với điện áp pha A (udA = ua). Tương tự như vậy: tại thời điểm t 4, phát xung chính X2 mở T2 và xung đệm X3-2 cho T3. Tại thời điểm t5, phát xung chính X5 mở T5 và xung đệm X2-5 cho T2. Tại thời điểm t6, phát xung chính X4 cho T4 và xung đệm X5-4 cho T5. Nhận xét Khi góc mở nhỏ thì xung đệm chỉ có ý nghĩa ở chu kỳ đầu, ngay sau khi đóng điện. Khi góc mở lớn, điện áp gián đoạn nhiều thì bắt buộc phải có xung đệm mới hoạt động được. Do đó, bộ điều áp xoay chiều ba pha phải có các góc mở bằng nhau (mỗi van lần lượt mở cách nhau 60) và độ rộng xung mở mỗi van là 120 để đảm bảo lượng sóng hài SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 68
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải tối thiểu và mở chắc chắn. Khả năng điều chỉnh điện áp chỉ có thể xảy ra khi góc dẫn của Thyristor < 150. 4.3. ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM TRONG THỰC TẾ Bộ khởi động mềm đã mang lại những giải pháp tối ưu nhờ nhiều chức năng như khởi động mềm và dừng mềm, đừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm năng lượng khi non tải. Có chức năng bảo vệ động cơ như bảo vệ quá tải, mất pha Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trước khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức được tăng lên 100% điện áp lưới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc. Tiết kiệm năng lượng khi động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm điều khiển giảm điện áp động cơ tới giá trị U 0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %. Những ứng dụng điển hình của bộ khởi động mềm:  Ứng dụng với hệ thống máy bơm: - Khử bỏ các hiện tượng quá áp suất và áp lực tác động lên hệ thống. - Bảo vệ chống vận hành khô (không tải), mất pha, đảo thứ tự pha hoặc ngay cả trong trường hợp hiện tượng rotor bị kẹt. - Giảm sự phát nóng động cơ: tự động chuyển sang chế độ dừng tự nhiên khi lưu lượng bơm giảm xuống mức thấp.  Ứng dụng hệ thống máy quạt và máy có quán tính lớn: - Khởi động mềm giúp làm giảm độ căng của dây xích truyền động hoặc hiện tượng trượt dây cuaroa hạn chế hiện tượng quá dòng và sụt áp lúc khởi động. - Nhận biết được trường hợp rotor quay ngược để có quá trình khởi động thích hợp. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 69
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 4.4. MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 4.4.1. Khởi động mềm SIEMENS 4.4.1.1. Khởi động mềm 3RW30 Hình 4.7:Khởi động mềm 3RW30 Thông số kỹ thuật: - Kích cỡ size: S00/S0/S3. - Dòng định mức tại 400C: 3 106A. - Điện áp định mức: 200 480V. - Công suất motor tại 400V (mạch inline): 1.5 55kW. - Điện áp điều khiển Us: 24V AC/DC; 100 230V AC/DC. - Khởi động/ dừng mềm; điện áp hàm dốc. - Điện áp khởi động/ dừng: 40% 100%; thời gian khởi động và dừng: 0 20s. - Tích hợp contact bypass bên trong; bán dẫn công suất điều khiển 2 pha. - Nhiệt độ môi trường: -25 600C. - Tiêu chẩn: IEC 60947-4-2;UL/CSA. Ứng dụng: bơm, bơm nhiệt, có thể sử dụng cho bơm thủy lực, máy ép, băng tải, băng cuốn Vis tải. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 70
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 4.4.1.2. Khởi động mềm 3RW40 Hình 4.8: Khởi động mềm 3RW40 Thông số kỹ thuật: - Kích cỡ size: S0/S2/S3/S6/S12. - Dòng định mức tại 400C: 12.5 432A. - Điện áp định mức: 200 480V; 400 600V. - Công suất motor tại 400V (mạch inline): 5.5 250kW. - Điện áp điều khiển Us: 24V AC/DC; 100 230V AC/DC. - Khởi động/ dừng mềm; điện áp hàm dốc. - Điện áp khởi động/ dừng: 40% 100%; thời gian khởi động và dừng: 0 20s. - Tích hợp contact bypass bên trong; bán dẫn công suất điều khiển 2 pha; bảo vệ bên trong thiết bị; bảo vệ quá tải motor; bảo vệ nhiệt cho motor; Remote RESET; giới hạn dòng điều chỉnh được. - Cấp bảo vệ có thể điều chỉnh được: class 10/15/20 và off. - Bảo vệ chống nổ theo ATEX directive 94/9/EC. - Nhiệt độ môi trường: -25 600C. - Tiêu chẩn: IEC 60947-4-2;UL/CSA. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 71
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Ứng dụng: bơm, bơm nhiệt, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, băng cuốn Vis tải, thang cuốn máy nén Piston, máy nén trục Vis, quạt nhỏ, máy thổi ly tâm, có thể dùng cho máy khuấy, máy ép đùn, máy tiện, máy cán. 4.4.1.3. Khởi động mềm 3RW44 Hình 4.9: Khởi động mềm 3RW44 Thông số kỹ thuật: - Kích cỡ size: S0/S2/S3/S6/S12. - Dòng định mức tại 400C: 29 1214A. - Điện áp định mức: 200 480V; 400 690V. - Công suất motor tại 400V: 15 710kW (mạch inline): 22 1200kW (inside delta). - Điện áp điều khiển Us: 115V AC; 230V AC. - Chỉ thị LCD. - Khởi động/ dừng mềm; điện áp hàm dốc. - Điện áp khởi động/ dừng: 20% 100%; thời gian khởi động và dừng: 0 30s. - Tích hợp contact bypass bên trong, bán dẫn công suất điều khiển 3 pha. - Bảo vệ bên trong thiết bị, bảo vệ quá tải motor, bảo vệ nhiệt cho motor. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 72
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Remote RESET, - Giới hạn dòng điều chỉnh được. - Truyền thông PROFIBUS (option). - Cấp bảo vệ có thể điều chỉnh được: class 10/15/20/30 và off. - Nhiệt độ môi trường: -25 600C. Ứng dụng: bơm, bơm nhiệt, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, băng cuốn Vis tải, thang cuốn máy Piston, máy nén trục Vis, quạt nhỏ, máy thổi ly tâm, máy khuấy, máy ép đùn, máy tiện, máy cán, quạt lớn, cưa đĩa/ lá, máy ly tâm, máy cắt. 4.4.2. Khởi động mềm ABB 4.4.2.1. Khởi động mềm PSR Hình 4.10: Khởi động mềm loại PSR Thông số kỹ thuật: - Dòng định mức: 3,9-45A. - Công suất động cơ: 1 pha 230V: 0,75kW - 11kW. 3 pha: 400V/1,5kW - 22kW; 500V/2,2kW - 30kW. - Điện áp cấp: 24VDC hoặc 100-240VAC. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 73
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Khởi động và dừng mềm với khoảng điều chỉnh Start Ram: 1 10s. - Stop Ram: 0 20s. - Thực hiện 10 lần khởi động/ giờ và 20 lần/ giờ nếu có quạt làm mát. - Có thể lắp trên DIN- rail hoặc lắp trên bảng điện bằng vít. - Điện áp hoạt động 208-600V. - Cấp bảo vệ IP20. Ứng dụng: máy bơm, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, thang máy, máy nghiền, máy trộn, quạt nhỏ. 4.4.2.2. Khởi động mềm PSS30/ 52-500L Hình 4.11: Khởi động mềm PSS30/ 52-500L Thông số kỹ thuật: - Dòng định mức: 30 A. - Công suất động cơ: 3 pha 400V/15kW. - Điện áp cấp: 100-240 VAC. - Khởi động và dừng mềm với khoảng điều chỉnh Start Ram: 1 30s. - Stop Ram: 0 30s. - Thực hiện 10 lần khởi động/ giờ. - Tiếp điểm phụ 1NO. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 74
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải - Điện áp hoạt động 220-240V, 50/60 Hz. - Cấp bảo vệ IP20. Ứng dụng: máy bơm, máy nén khí, thang máy, thang cuốn, băng tải ngắn, máy nghiền, máy trộn, băng tải dài. 4.4.2.3. Khởi động mềm PST250-600-70 Hình 4.12: Khởi động mềm ABB: PST250-600-70 Thông số kỹ thuật: - Dòng định mức: 248 A. - Công suất động cơ: 132kW. - Điện áp điều khiển: 100-250 VAC. - Khởi động và dừng mềm với khoảng điều chỉnh Start Ram: 1 20s. - Stop Ram: 0 20s. - Điện áp hoạt động 208-600V, 50/60 Hz. - Cấp bảo vệ IP20. Ứng dụng: máy bơm, bơm nhiệt, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, thang cuốn ,máy thổi ly tâm, máy khuấy, máy ép đùn, máy tiện. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 75
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 4.5. ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM SIEMENS-3RW44 4.5.1. Sơ đồ kết nối mạch nguồn và mạch điều khiển Hình 4.13: Sơ đồ các đầu cực chức năng trong khởi động mềm 3RW44 Ví dụ thiết kế điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụng khởi động mềm 3RW44. Hình 4.14: Sơ đồ kết nối khởi động mềm 3RW44 trong mạch điều khiển động cơ thông qua phím chức năng. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 76
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 4.15: Sơ đồ kết nối khởi động mềm 3RW44 trong mạch điều khiển động cơ thông qua PLC. Bộ khởi động mềm Sirius 3RW44 khi được kết nối vào hệ thống điều khiển, sẽ tự động cập nhật các loại hình kết nối. Các loại hình kết nối này sẽ được hiển thị trên màn hình ở mục trình đơn “Status Display/Type of connection”. Nếu mạch bị lỗi hoặc động cơ không được kết nối thì màn hình sẽ hiển thị là “Unknown”. 4.5.2. Hiển thị và cài đặt thông số 4.5.2.1. Hiển thị Một màn hình hiển thị cung cấp các thông tin về chức năng và trạng thái của bộ khởi động mềm thông qua các biểu tượng được hiển thị. Có 4 phím chức năng cho các hoạt động và điều chỉnh các thông số của bộ khởi động mềm: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 77
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải “ up” - phím để di chuyển con trỏ đi lên hoặc là tăng giá trị thông số đang hiệu chỉnh. “down”- phím để di chuyển con trỏ đi xuống hoặc là giảm giá trị thông số đang hiệu chỉnh. “OK”- phím đa chức năng, dùng để lựa chọn trình đơn hoặc lưu giá trị các thông số vừa hiệu chỉnh. “escape”- phím dùng để quay lại trang trình đơn trước đó. Hình 4.16: Giải thích các ký hiệu hiển thị. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 78
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải 4.5.2.2. Cài đặt các tham số a. Cấu trúc Menu chính Hình 4.17: Cấu trúc của Menu. b. Cài đặt các tham số Nếu các giá trị ưu cầu khác với các thiết lập của nhà sản xuất, ta sẽ thực hiện như sau: trong mục Settings ta sẽ chọn: - Select parameter set: chọn thiết lập tham số. - Set motor data: thiết lập dữ liệu động cơ. - Set starting mode and parameters: thiết lập chế độ khởi động và các thông số. - Set stopping mode and parameters: thiết lập chế độ dừng và các tham số. - Set inputs and outputs: thiết lập đầu vào và đầu ra. - Check motor protection settings: kiểm tra các thiết lập bảo vệ động cơ. - Save settings: lưu cài đặt. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 79
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Menu chính trong mục “Settings” SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 80
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt thiết lập các thông số Các trình đơn thiết lập các thông số SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 81
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Nhập các dữ liệu động cơ: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 82
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thiết lập chế khởi động SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 83
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thiết lập đường đặc tuyến điện áp: Hình 4.18: Đường đặc tuyến điện áp theo thời gian V=f(s) SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 84
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thiết lập đường đặc tuyến điện áp và giới hạn dòng điện: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 85
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 4.19: Đường đặc tuyến điện áp khi khởi động V=f(s). Hình 4.20: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động. Thiết lập chế độ điều khiển Moment: Hình 4.21: Đường đặc tuyến moment theo thời gian M=f(s). SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 86
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 87
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thiết lập đường đặc tuyến Moment với giới hạn dòng điện: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 88
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Hình 4.22: Đường đặc tuyến moment trong quá trình khởi động. Hình 4.23: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 89
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt chế độ khởi động trực tiếp: Hình 4.24: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động trực tiếp. Hình 4.25: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động trực tiếp. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 90
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt nhiệt độ phát nóng động cơ: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 91
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt chế độ dừng: Hình 4.26: Đường đặc tính tốc độ n(s) qua các phương pháp dừng động cơ. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 92
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Thiết lập chế độ dừng “coasting down”: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 93
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt chế độ dừng mềm điều khiển Moment: Hình 4.27: Đường đặc tính moment khi dừng mềm. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 94
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải Cài đặt thông số giới hạn dòng điện khởi động: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 95
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải NHẬN XÉT: Bộ khởi động mềm được xem là giải pháp kinh tế nhất để khởi động và dừng động cơ công suất lớn nhờ có những ưu điểm vượt trội hơn so với các phương pháp khởi động truyền thống như: - Bảo vệ tránh chạy không tải, mất hoặc ngược pha, quá tải động cơ, kẹt cơ khí. - Giảm ảnh hưởng đến nguồn cung cấp (dòng đỉnh và sụt áp khi khởi động). - Khả năng giao tiếp với mạng điều khiển. - Về mặt công nghệ, có thể dễ dàng tích hợp vào khởi động mềm chức năng dịch lui pha của sóng điện áp để tiết kiệm điện năng khi động cơ làm việc ở chế độ nhẹ tải. - Tuy nhiên, chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, nếu có, thực chất là nhằm vào việc cải thiện hiệu suất động cơ. SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 96
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải KẾT LUẬN Biến tần và bộ khởi động mềm đã giải quyết được phần nào những nhược điểm mà các phương pháp điều khiển truyền thống mắc phải, để từ đó nâng cao năng lực tự động hóa, nâng cao chất lượng sản phẩm và từng bước tìm ra câu trả lời cho bài toán tiết kiệm năng lượng. Trong đồ án này, chúng em đã trình bày được những vấn đề cơ bản của đề tài: - Tổng quan về động cơ không đồng bộ. - Các phương pháp điều khiển động cơ. - Biến tần và các ứng dụng. - Khởi động mềm và các ứng dụng. - Tìm hiểu về các sản phẩm biến tần, khởi động mềm trên thị trường hiện nay. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu, ứng dụng sâu hơn về những tính năng thực của biến tần và khởi động mềm có trên thị trường hiện nay, như là: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, các ngõ vào/ra đa chức năng. - Thiết kế các hệ thống điều khiển tối ưu. - Kết nối và điều khiển cho toàn hệ thống. Với tầm hiểu biết còn nhiều hạn chế và thời gian nghiên cứu đề tài là không nhiều nên đồ án này của chúng em sẽ không tránh khỏi những sai xót. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến góp ý từ quý thầy cô, các bạn để đồ án này được hoàn thiện. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Hải cùng với các quý thầy cô trong khoa Điện- Điện tử, các bạn và hơn nữa là sự động viên từ phía gia đình, đã giúp chúng em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 97
Đồ án học phần 1 GVHD: Trần Văn Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng Điện tử công suất - Trường ĐH CNTP Tp.HCM, 2011. [2] Bài giảng Truyền động điện - Trường ĐH CNTP Tp.HCM, 2009. [3] Catalogue biến tần, khởi động mềm của các hãng ABB, Siement, Schneider, Omron cung cấp. [4] Vũ Gia Hanh – Máy điện 1, NXB Khoa học- Kỹ thuật, 2009. [5] Nguyễn Văn Nhờ – Giáo trình Điện tử công suất- tập 1, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 2005. [6] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh – Giáo trình Điện tử công suất. NXB Khoa học - Kỹ thuật, 2007. [7] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – Điều chỉnh tự động truyền động điện. NXB khoa học và kỹ thuật, 2008. [8] Tài liệu tham khảo từ các trang web như: SVTH: Dương Đức Đạt – Phạm Văn Cường Trang 98