Đề tài điều khiển tốc độ động cơ dùng biến tần ACS 150

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN Nhận xét giáo viên hướng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện CHƯƠNG LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I Giới thiệu lịch sử biến tần 1.Lịch sử phát triển linh kiện bán dẫn công suất 2.Lịch sử đời biến tần công nghiệp 3.Tầm quan trọng biến tần công nghiệp 3.1 Luận chứng kinh tế 3.2 Tính hữu dụng biến 4.Phân loại biến tần Vai trò biến tần đa bậc II Biến tần trực tiếp 1.Giới thiệu Phân loại biến tần 2.1.Biến tần trực tiếp pha 2.2 Biến tần trực tiếp ba ph 2.3 Biến tần trực tiếp p 2.4 Biến tần trực tiếp ba ph 2.5 Biến tần đường bao ( M III Bộ nghịch lưu 1.Giới thiệu chung 2.Các nghịch lưu nguồn áp pha 2.1 Bộ nghịch lưu nguồn 2.2 Bộ nghịch lưu nguồn 3.Các nghịch lưu nguồn áp pha (Three-Phase Volt 3.1.Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng sin 3.2 Hoạt động sóng Operation…) 3.3.Sự loại trừ hài có chọn lọc nghịch lưu áp 3.4 Các kỹ thuật điều chế Modulating Techniques) 5.Các điện áp pha tải nghịch lưu áp pha 5.1 Các nghịch lưu nguồn dòng (CSI: Current Source In 5.2 Các kỹ thuật điều ch nguồn dòng IV Biến tần đa bậc 1.Giới thiệu biến tần đa bậc 1.1 Khái niệm 1.2 Neutural point clamped 2.Cấu trúc biến tần đa bậc ( nghịch lưu đa bậc) 2.1 Cascade Multilevel Inverter 2.2 Capacitor Clamped Mu 2.3 Cấu trúc phối hợp 3.So sánh dạng nghịch lưu đa bậc 3.1 Phương pháp Sin PWM 3.2 Switching frequency op 3.3 Phương pháp vector kh LỚP ĐHĐT1B Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 3.4 Giản đồ vector điện áp biến tần ba bậc 54 3.5 Giản đồ vector điện áp nghịch lưu năm bậc 59 V Ứng dụng biến tần đa bậc 60 Giới thiệu 60 Đặc tính động điện 60 2.1 Động điện chiều kích từ độc lập (song song) .60 2.2 Động điện chiều kích từ nối tiếp 62 2.3 Động điện ba pha xoay chiều không đồng (KĐB) 62 Điều chỉnh tốc độ động điện xoay chiều ba pha KĐB sử dụng biến tần 64 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto 64 3.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato 65 3.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn xoay chiều 66 3.4 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực động 66 VI Giới thiệu biến tần ACS 150 66 Nguồn cung cấp 66 2.Cấu trúc tổng quan biến tần ABB 66 3.Chi tiết sơ đồ kết nối in/ out biến tần ABB ACS 150 67 4.Cách kết nối nên tránh ngõ biến tần 68 5.Sơ đồ kết nối IN/OUT 69 6.Chức phím mặt máy 69 MENU 70 8.Cách cài đặt hoạt động chế độ “ SHORT PARAMETER MODE “ .71 Cách cài đặt hoạt động chế độ “ LONG PARAMETER MODE “ : 72 10.Một số sơ đồ kết nối dây IN/ OUT ABB khuyên dùng (macro) 72 10.1 ABB Standard macro 72 10.2 wire macro 73 10.3.Alternate Macro .73 10.4 Motor potentiometer macro 74 11 Tín hiệu điều khiển kết nối từ bên 74 12 Điều khiển .75 12.1 Điều khiển tay với hổ trợ hình bàn phím .75 12.2 Điều khiển thiết bị ngoại vi bên ngoài: ( WIN CC + PLC + MODUL EM 235 ) 75 VII EM235 76 VIII PLC 77 Giới thiệu PLC S7-200 77 Sơ đồ khối cấu tạo PLC 78 Ứng dụng xuất sung tốc độ cao 78 3.1 Điều rộng xung 50% (PTO) 78 3.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) .79 Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC) 79 IX WINCC 82 Giới thiệu WinCC (Windows Control Center) 82 Khởi động WinCC 82 Tạo Project 82 Cài đặt Driver kết nối PLC .83 Tạo biến 83 5.1 Biến nội 83 5.2 Biến ngoại: Sử dụng PC Access 84 Tạo soạn thảo giao diện người dùng 87 Cài đặt thông số cho winCC Runtime 87 CHƯƠNG THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 89 LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí I Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển motor .89 II Điều khiển tay 89 III Điều khiển WIN CC + PLC _ MODUL E235 90 1.Cài đặt thông số .90 Chương trinh điều khiển PLC + WICC 90 2.1 Chương trình PLC 90 2.2 Tạo Item PC Access 95 2.3.Giao diện WINCC: 96 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển áp dụng nhiều sản xuất công nghiệp khơng thể thiếu dây chuyền tự động hóa để vận hành hệ thống phức tạp nhà máy Chính để hiểu rõ dây chuyền tự động đồ án hai chúng tơi tìm hiểu ứng dụng ngành điện tử đặt biệt lĩnh vực tự động hóa nhằm mục đích mơ hệ thống linh kiện mà học Cụ thể đồ án khảo sát điều khiển tốc độ động thông qua biến tần ACS150 kết hợp với PLC- S7200 khối mở rộng EM 235 Đề tài “Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Dùng Biến Tần ACS 150” có nhiều loại hình khác dựa vào công dụng độ phức tạp hệ thống Do tài liệu tham khảo hạn chế, trình độ chúng tơi có hạn kinh nghiệm thực tế non kém, nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy cô bạn sinh viên LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài chúng em bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn giúp đỡ bạn lớp Nhân chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy Trần Văn Trinh trực tiếp hướng dẫn chúng em đồ án này, thầy cô khoa bạn.Chúng em xin cảm ơn nhà trường gia đình tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài Sinh viên Nguyễn Hữu Dũng Đặng Minh Hữu Lê Anh Trường Nguyễn Trí Nhân Trương Quang Tường LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Nhận xét giáo viên hướng dẫn LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Nhận xét giáo viên phản biện LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I Giới thiệu lịch sử biến tần Lịch sử phát triển linh kiện bán dẫn công suất Sự phát triển truyền động điện thúc đẩy cho phát triển ngành điện tử công nghiệp Tuy nhiên ứng dụng cịn nhiều hạn chế thiếu linh kiện điện tử cơng suất có hiệu suất cao, kích thước nhỏ, tần số hoạt động lớn đặc biệt có độ tin cậy cao Các đèn điện tử chân khơng, đèn khí khơng đáp ứng đòi hỏi khắt khe điện tử cơng nghiệp Điều thúc đẩy nhà khoa học nghiên cứu để phát minh linh kiện Và đến năm 1948, với đời Transistor Bardeen, Brattain Schockley, phòng thí nghiệm Bell Telephone, giải thưởng Nobel năm 1956, đánh dấu bước phát triển cách mạng kĩ thuật điện tử Từ ngành điện tử phát triển mạnh mẽ theo hai hướng kĩ thuật điện tử tín hiệu điện tử cơng suất Trong ngành kĩ thuật điện tử tín hiệu chủ yếu xử lí tín hiệu qua khuếch đại, điều chế tần số cao, tín hiệu vào mạch linh kiện điện tử xử lí cho tín hiệu biến đổi độ lớn, dạng sóng tần số Nguồn có tác dụng ni linh kiện điện tử Cịn ngành điện tử cơng suất chủ yếu nghiên cứu chuyển mạch đóng cắt dịng điện lớn, điện áp cao để thay đổi độ lớn, dạng sóng, tần số dịng cơng suất Dưới bảng tóm tắt thời gian đời số ứng dụng linh kiện Linh kiện Tiristo(SCR) Triac GTO BJT MOSFET IGBT SIT MCT Lịch sử đời biến tần công nghiệp Điện áp rơi thuận 1.5±2.5V 1.5±2V 3±4V 1.5±3V 3±4V 3±4V 2±4V 1±2V Năm 1986, AIE phát minh điều khiển tốc độ động chiều Năm 1962, Bộ điều khiển tốc độ có tính xu hướng thương mại xuất thị trường Tầm quan trọng biến tần công nghiệp Với phát triển vũ bão chủng loại số lượng biến tần, ngày có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng biến tần, phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến biến tần điều khiển tốc độ động điện LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Trong thực tế có nhiều hoạt động cơng nghiệp có liên quan đến tốc độ động điện Đôi lúc xem ổn định tốc độ động mang yếu tố sống chất lượng sản phẩm, ổn định 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 đúc … Vì thế, việc điều khiển ổn định tốc độ động xem vấn đề yếu hệ thống điều khiển công nghiệp Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thông … Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu phụ tải Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi thông số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản xuất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử Vì vậy, biến tần sử dụng để điều khiển tốc độ động theo phương pháp 3.1 Luận chứng kinh tế Chiếm 30% thị trường biến tần điều khiển momen Trong điều khiển moment đơng chiếm 55% ứng dụng quạt gió, phần lớn hệ thống HAVC (điều hịa khơng khí trung tâm), chiếm 45% ứng dụng bơm, chủ yếu công nghiệp nặng Nâng cấp cải tạo hệ thống bơm quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ điều chỉnh cơng nghiệp với lợi nhuận to lớn thu từ việc tiết giảm nhiên liệu điện tiêu thụ 3.2 Tính hữu dụng biến tần ứng dụng bơm quạt Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm Quạt Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở van Giảm tiếng ồn công nghiệp Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba tốc độ động Giúp tiết kiệm điện tối đa Như tên gọi, biến tần sử dụng hệ truyền động, chức thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động để thay đổi tốc độ động thay đổi tần số nguồn cung cấp thực việc biến đổi theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trước kia, công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm thiết bị dạng sóng dạng điện áp ngõ tốt (ít hài) cơng suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhiều hạn chế như: - Giá thành cao phải dùng máy biến áp công suất lớn - Tổn thất biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất hệ thống nghịch lưu - Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn việc lắp đặt, tu, bảo trì - Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng dễ bị điện áp ngõ có tượng bão hồ từ lõi thép máy biến áp Ngoài ra, hệ truyền động cịn nhiều thơng số khác cần thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … mà có biến tần sử dụng thiết bị bán dẫn thích hợp trường hợp Phân loại biến tần Trong thực tế biến tần phân làm hai loại dựa theo phương thức chuyển đổi tần số là: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp o Nghịch lưu đơn bậc LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chọn Tên Tag kiểu liệu chọn xong bấm OK 5.2 Biến ngoại: Sử dụng PC Access Khởi động PC Access – File – New chọn Tên PLC Địa PLC (từ đến 126) LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 84 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Để tạo biến ngoại ta chọn New - Item Hộp thoại Item Properties xuất hiện: Sau tạo xong biến ta tiến hành tạo liên kết với WinCC LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 85 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Trong hình WinCC phải chuột vào OPC Groups chọn System Parameter Hộp thoại OPC Item Manager : Chọn Browse Server – đánh dấu vào Read Access Write Access Nhấp vào “+” S7200.OPCServer LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 86 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Sau chon Add chọn tiếp S7200 – OPCServer Finish Tạo soạn thảo giao diện người dùng Phải chuột vào Graphics Designer chọn New Picture Hộp thoại Graphics Designer xuất hiện: Trong hình ta tạo vùng liên kết, nút nhấn đồ thị hiển thị… Và chỉnh sửa cho phù hợp với người dùng Cài đặt thông số cho winCC Runtime Trên cửa sổ WinCC Explorer click chuột phải vào mục Computer, chọn Properies sau Chọn Properties lần Trên tab Graphics Runtime chọn trang hình khởi động, đặt thuộc tính cho hình giao diện LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 87 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Nhấn Ok để Cuối nhấn Active LỚP ĐHĐT1B để chạy chương trình GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 88 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG THỰC HIỆN ĐỒ ÁN I Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển motor II Điều khiển tay Các bước thực hiện: Cài đặt thơng số biến tần Nhấn phím LOC/ REM bàn phím điều khiển , cho hình hiển thị chữ LOC bên phải hình START -> động hoạt động , SPEED thay đổi tần số -> thay đổi tốc độ động FW/RS : chọn chiều quay động STOP : Dừng động LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 89 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Điều khiển WIN CC + PLC _ MODUL E235 BI 1.Cài đặt thông số Menu -> PAR L -> - 10- ( START/STOP/DIR) -> ( tức họn ngõ vào số DI1 DI2 ) DI1 1 Chương trinh điều khiển PLC + WICC 2.1 Chương trình PLC 2.1.1.Chương trình LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 90 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 91 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 92 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 2.1.2.Chương trình SRB_HSC LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 93 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 2.1.3.Chương trình ngắt INT_10 LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 94 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 2.2 Tạo Item PC Access LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 95 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 2.3.Giao diện WINCC: START_FW: Chạy tới START_RW: Chạy lùi RESET: Reset hệ thống STOP: Dừng chương trình LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 96 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN Ở đề tài chúng chúng em thực hoàn chỉnh điều khiển Động pha không đồng biến tần ABB – ACS150 Cả hai chế độ : - Bằng phím chức mặt máy - Thông qua giao tiếp PLC Do thời gian kiến thức có hạn Đề tài khơng tránh khỏi sai sót, mong q thầy bạn sinh viên đóng góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 97 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhờ (2002) Điện tử công suất Nhà xuất Đại học quốc gia TPHCM [2] Lê Văn Doanh (chủ biên), Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thinh Điện tử công suất Tập Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật [3] M.H Rashid (2001), Power electronics, circuits, devices, and applications Prentice – Hall International Editions [4] Đinh Thị n Hịa, Tài liệu ơn tập mơn truyền động điện, (lưu hành nội bộ) [5] Poh Chiang Loh et al.(2003) Reduced Common Mode modulation strategies for cascaded multilevel inverters In IEEE transactions on industry applications, vol.39 No September/ october 2003 [6] Sergio Busquets-Monge, Josep Bordonau, Dushan Boroyevich, and Seigio Somavilla (2004) The nearest three virtual space vector PWM- A modulation for the Comprehensive Neutral Point balancing in three level NPC inverter In IEEE Power electronics letters, vol 2, No 1, March 2004 11 [7] Website www.hiendaihoa.com [8] Website www Dientuvietnam.com [9] abb.com/ [10]siemen.com LỚP ĐHĐT1B GVHD: ThS TRẦN VĂN TRINH Trang 98 ... tự động hóa nhằm mục đích mơ hệ thống linh kiện mà học Cụ thể đồ án khảo sát điều khiển tốc độ động thông qua biến tần ACS1 50 kết hợp với PLC- S7200 khối mở rộng EM 235 Đề tài ? ?Điều Khiển Tốc Độ. .. liệu, máy ly tâm định hình đúc … Vì thế, việc điều khiển ổn định tốc độ động xem vấn đề yếu hệ thống điều khiển công nghiệp Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn... gọi, biến tần sử dụng hệ truyền động, chức thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động để thay đổi tốc độ động thay đổi tần số nguồn cung cấp thực việc biến đổi theo nhiều phương thức khác, không dùng