TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2 ĐỀ TÀI THIẾT KẾ, LẮP RÁP TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA MỤC LỤC MỤC LỤC 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 3 LỜI C[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, LẮP RÁP TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA MỤC LỤC MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN LỜI CẢM ƠN GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu động KĐB pha roto lồng sóc 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cấu tạo 1.1.3 Nguyên lí hoạt động 1.1.4 Ứng dụng 1.1.5 Điều chỉnh tốc độ động CHƯƠNG : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ PHA KDB .11 2.1 PLC FX1N-48MR 11 2.1.1 Khái niệm 11 2.1.2 Cấu tạo 11 2.1.3 Input 12 2.1.4 Output 13 2.1.5 Ưu nhược điểm PLC .14 2.2 Biến tần Mitsubishi E700 15 2.2.1 Khái niệm 15 2.2.2 Cấu tạo 15 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 16 2.2.4 Ứng dụng 17 2.2.5 Sơ đồ đấu nối đặc tính 17 2.3 Sơ đồ đấu nối plc với biến tần 21 2.4 Nguyên lí hoạt động 21 2.5 Chương trình điều khiển .21 CHƯƠNG : KIỂM TRA, KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ 23 3.1 Kiểm tra khảo sát .23 3.2 Đánh giá 23 3.3 Hình ảnh thực tế 23 KẾT LUẬN 24 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án chuyên ngành 2, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Lê Thị Minh Tâm, giảng viên Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên nói chung, thầy mơn nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô, gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành đồ án chun ngành Em xin chân thành cảm ơn! Hưng yên, ngày , tháng , năm 2020 Sinh viên thực đề tài Nguyễn Viết Trường Cao Quốc Tuyển GIỚI THIỆU CHUNG Lý chọn đề tài Một thành tựu quan trọng tiến khoa học kỹ thuật tự động hóa sản xuất Nó cho phép nâng cao độ xác gia cơng, đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất, giảm sức lao động, tăng cao suất an toàn lao động, mang lại hiệu kinh tế Chính nước ta nhiều nước giới ứng dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất tự động vào hầu hết lĩnh vực sản xuất Thực tế cho thấy dây chuyền sản xuất tự động giám sát điều khiển thơng qua PLC biến tần tính linh hoạt nó, đễ lắp đặt, bảo trì, bền dễ lập trình, cài đặt Vì áp dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC ngày trở lên phổ biến Chính vậy, chúng em lựa chọn đề tài: “ Thiết kế, lắp ráp tủ điện dùng biến tần PLC điều khiển động KĐB pha” Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu, phân tích lựa chọn thiết bị, thiết kế sơ đồ thử nghiệm chương trình điều khiển động khơng đồng ba pha roto lồng sóc đảm bảo yêu cầu Sản phẩm đề tài ứng dụng q trình nghiên cứu đảm bảo tính cơng nghiệp, có tính khả thi thực tiễn Phạm vi đề tài - Nghiên cứu cấu chấp hành PLC, cụ thể ứng dụng kết nối, điều khiển động pha KĐB - Nghiên cứu, ứng dụng kết nối, điều khiển biến tần Mitsubishi E700 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu động KĐB pha roto lồng sóc 1.1.1 Khái niệm Động điện pha là dạng máy điện không đồng hoạt động sử dụng dòng điện xoay chiều pha Đây loại động điện sử dụng thông dụng ngành công nghiệp dây chuyền sản xuất công suất lớn, cụ thể loại máy bơm ly tâm trục ngang, máy bơm ly tâm trục đứng… Dòng điện pha động điện chạy qua nam châm điện đặt lệch vòng tròn tạo từ trường quay cuộn dây bố trí tương tự cách bố trí đường dây máy phát điện pha Đối với động điện pha, dịng điện đưa từ ngồi vào bên cuộn dây 1, 2, Khi motor điện xoay chiều pha đem đấu nối vào dòng điện pha từ trường quay tạo để nhằm làm rotor quay trục Roto truyền chuyển động ngồi thơng qua qua trục máy giúp vận hành cấu chuyển động hay chuyển động máy công cụ 1.1.2 Cấu tạo - Cấu tạo Motor pha thiết kế bao gồm phần phần stator (đứng yên) phần rotor (quay) - Phần stator: Là tập hợp thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại với vào khung, bên có xẻ rãnh làm khối thép đúc Phần dây quấn qua rãnh khe stator - Phần rotor: Là phần quay motor điện, ghép lại nhiều kim loại để tạo thành dạng lồng có hình trụ ngắn Rotor động chia thành loại, là: loại rotor lồng sóc tạo thành từ nhiều kim loại song song dây quấn 1.1.3 Nguyên lí hoạt động - Những sắt động điện pha sắt mỏng để giúp giảm dòng điện xốy đến mức nhỏ Người có chuyên môn biết lợi lớn động điện pha tự khởi động Đồng thời, với mục đích tránh dao động momen quay động cơ, dẫn truyền rotor động thiết kế đặt xiên so với phận trục quay - Trong cấu tạo động không đồng pha có sử dụng rotor lồng sóc thay sử dụng vịng dây kín đơn giản Loại rotor lồng sóc cấu tạo bao gồm nhiều dẫn ngắn mạch đầu, trình thực vịng ngắn mạch - Sẽ có khoảng nhỏ mơ men quay chuyển động từ cặp dẫn sang cho cặp dẫn động dẫn động điện pha đặt thẳng song song với trục Đây nguyên nhân gây dao động moment quay động làm rotor bị giật, gián đoạn quay Với cách đặt theo hướng xiên dẫn rotor, trước mô men quay động điện pha ngừng cặp dẫn khác vào hoạt động Do vậy, việc giúp tránh trình dao động mô men quay - Nguyên lý hoạt động động điện xoay chiều pha là: + Khi ta thực cho dịng điện pha có tần số f vào dây quấn stator chúng tạo từ trường quay bên động với tốc độ n1 = 60f/ p. + Từ trường quay phía bên động giúp bạn dễ dàng cắt dẫn phần dây quấn rotor với cảm ứng sức điện động Đồng thời, dây quấn rotor thực việc đấu nối kín mạch Vì thế, sức điện động cảm ứng động điện pha làm sinh dòng điện dẫn rotor Khi đó, lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dòng điện rotor gây cho rotor quay nhanh với tốc độ n < n1, quay đồng thời với chiều với n1 + Như ta biết, rotor n động điện pha có tốc độ quay nhỏ tốc độ vốn có từ trường quay n1 Khi tốc độ quay chúng lực điện từ 0, dây quấn rotor khơng cịn tồn sức điện động lẫn dịng điện cảm ứng Cơng thức tính hệ số trượt tốc độ là: s = (n1n)/ n1 Cơng thức tính tốc độ động là: n = 60f/ p.(1s) (vòng/ phút) 1.1.4 Ứng dụng Ngày nay, động điện pha sử dụng vô rộng rãi lĩnh vực đời sống hoạt động điện áp pha tần số 50Hz mà động hoạt động ổn định - Động điện pha có ứng dụng thông dụng - Động điện máy bơm nước pha - Động điện máy phát điện xoay chiều pha - Động điện motor giảm tốc - Động điện motor kéo - Động điện pha ứng dụng khác lĩnh vực công nghiệp như: Máy bơm nước pha: Chuyên cung cấp nước cho dây chuyền sản xuất dại, công nghiệp, dùng cho nồi hơi, loại tháp tản nhiệt, đặc biệt hệ thống cứu hỏa, phòng cháy chữa cháy Motor giảm tốc pha: Được dùng rộng rãi dây chuyền sản xuất phân bón, dây chuyền băng tải chuyển nông sản kho, công nghệ sản xuất sắt thép, motor pha máy tời dùng xây dựng, công nghiệp Motor kéo pha: Loại động pha có tốc độ cao, sử dụng cho động loại máy bơm nước cao áp 1.1.5 Điều chỉnh tốc độ động - Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số Với điều kiện lực q tải khơng đổi, tìm quan hệ điện áp , tần số mômen M Trong công thức mômen cực đại, bỏ qua điện trở : Với C – hệ số Khi thay đổi tần số đặc tính thay đổi Họ đặc tính với Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số: Rectifier – chỉnh lưu (AC → DC) Inverter – Nghịch lưu (DC → AC) f – control – điều khiển tần số Giả thiết điện áp mômen lúc tần số , vào điều kiện lực q tải khơng đổi: Do đó: Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu mômen không đổi: Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa mơmen tỉ lệ nghịch với tần số: Do đó: Khi thay đổi tần số Trường hợp , phải đồng thời thay đổi đưa vào động tần số giảm có đặc tính đồ thị, cách điều chỉnh có đặc tính thích hợp với loại tải cần vận tốc thay đổi 10 CHƯƠNG : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ PHA KDB 2.1 PLC FX1N-48MR 2.1.1 Khái niệm PLC tên viết tắt dịng chữ Programmable Logic Controller. (Có thể hiểu cách đơn giản tiếng việt là: Thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình (Khả trình)) Thơng qua bộ điều khiển PLC, người dùng hồn tồn thay đổi thuật tốn điều khiển thơng qua việc lập trình PLC (Viết ngơn ngữ lập trình) Các hãng sản xuất PLC tiếng sử dụng nhiều phải kể đến: Siemens (Đức), Omron Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) PLC FX1N 2.1.2 Cấu tạo - Cấu trúc : 11 Tất PLC gồm có thành phần sau : - Bộ nhớ chương trìn RAM, ROM - Một vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lí thuật tốn - Các modul vào/ra tín hiệu Khối nguồn nuôi: nguồn PLC thường 24VDC Module CPU: ( có PLC sử dụng nguồn 220VAC Những PLC khơng có module nguồn cấp nguồn bên CPU: central processing unit: đơn vị xử lý trung tâm ) Bao gồm: vi xử lý nhớ Module xuất nhập (I/O module) – Module nhập (input module ) nối với công tắc, nút ấn, sensor … để điều khiển từ chương trình bên ngồi – Module xuất (output module) nối với tải ngõ cuộn dây relay, contactor, đèn tín hiệu, ghép quang 2.1.3 Input 12 AC Power supply 100 - 240V AC, +10% -15%, 50 - 60 Hz Circuit protector or Fuse Emergency stop Power supply switch Power ON pilot indicator Power supply for loads Grounding resistor 100Ω or less Fuse Main unit Breaker DC Power supply 24V DC Service Power Supply, 24V DC 400mA 10 11 12 2.1.4 Output - Relay Output 10 Do not use this terminal Fuse Reverse-current protection diode External Mechanical Interlock Emergency Stop Surge absorber (0.1μF capacitor + 100-200Ω resistor) Inductive load Incandescent Lamp DC Power Supply AC Power Supply 13 2.1.5 Ưu nhược điểm PLC - Ưu điểm + Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển khái niệm thiết kế chúng, hệ điều khiển dùng PLC có ưu điểm sau: + Giảm đến 80% số lượng dây nối + Công suất tiêu thụ PLC thấp + Khả tự chuẩn đoán giúp cho việc sửa chữa nhanh chóng + Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình, khơng có u cầu thay đổi đầu vào khơng cần phải nâng cấp phần cứng + Giảm thiểu số lượng rơle timer so với hệ điều khiển cổ điển + Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng chương trình - Thời gian để chu trình điều khiển hoàn thành vài ms, điều làm tăng tốc độ suất PLC +Chức lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học + Chương trình điều khiển in giấy thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống + Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa + Dung lượng chương trình lớn để chứa nhiều chương trình phức tạp + Hồn tồn tin cậy môi trường công nghiệp + Dễ dàng kết nối với thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, Module mở rộng + Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ + Giá bán cạnh tranh + Đặc trưng tất dịng PLC khả lập trình được, số IP dải quy định cho phép PLC hoạt động môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng thấp, thay hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả nâng cấp thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập đầu xuất đáp ứng tuỳ nghi khả xem tiêu chí cho nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho hệ thống hoạt động tự động - Nhược điểm 14 + Địi hỏi người dùng có khả trình độ chuyên môn cao + Giá thành cao + Khi hỏng khả sửa chữa khó 2.2 Biến tần Mitsubishi E700 2.2.1 Khái niệm - Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác điều chỉnh - Nói cách khác: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên động thơng qua điều khiển tốc độ động cách vô cấp, khơng cần dùng đến hộp số khí Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt dịng điện đặt vào cuộn dây động để làm sinh từ trường xoay làm quay động 2.2.2 Cấu tạo - Bên biến tần phận có chức nhận điện áp đầu vào có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động Các phận biến tần bao gồm chỉnh lưu, lọc, nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển Ngoài biến tần tích hợp thêm số phận khác như: điện kháng xoay chiều, điện kháng chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, hình hiển thị, module truyền thơng, 15 2.2.3 Nguyên lý hoạt động - Đầu tiên, nguồn điện pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Điện đầu vào pha pha, mức điện áp tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz) - Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Mới đầu, điện áp chiều tạo lưu trữ giàn tụ điện Tiếp theo, thông qua q trình tự kích hoạt thích hợp, biến đổi IGBT (viết tắt tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống công tắc bật tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu biến tần) tạo điện áp xoay chiều pha phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 16 2.2.4 Ứng dụng - Do ưu điểm vượt trội nên biến tần sử dụng phổ biến công nghiệp dân dụng, đặc biệt công nghiệp Dưới số ứng dụng phổ biến thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả điều khiển hộp số, thay cho việc sử dụng cấu điều khiển vô cấp truyền thống máy công tác, 2.2.5 Sơ đồ đấu nối đặc tính 17 - Đặc tính : + Dịng Fr-E720 có điện áp 220V, cơng suất từ 0,1 – 7,5 kW + Chế độ điều khiển V/F điều khiển véc tơ từ thông nâng cao, giúp hiệu suất điều khiển cao + Khả mở rộng chân điều khiển truyền thông + Chức nâng cao đáp ứng cho tất ứng dụng - Cách cài đặt thông số : + Muốn thay đổi thơng số cài đặt ta cần xác định biến tần chế độ chạy keypad (đèn PU sáng) Nhấn vào nút PU/EXT để chuyển từ EXT sang PU, khơng chuyển nút cài thơng số P.79 = Quy trình thay đổi thơng số nút nhấn trình bày hình + Chú ý: Nếu sử dụng loại biến tần Mitsubishi cũ, để cài đặt thông số mặc định nhà sản xuất ta cài ALLC = - Chức 18 - Nhóm thơng số động - Nhóm chức ngõ vào - Chức chân ngõ 19 - Thông số bảo vệ biến tần - Điều khiển biến tần chạy biến trở cấp tốc độ - Cài đặt thông số chạy cấp tốc 20 ... mà động hoạt động ổn định - Động điện pha có ứng dụng thông dụng - Động điện máy bơm nước pha - Động điện máy phát điện xoay chiều pha - Động điện motor giảm tốc - Động điện motor kéo - Động điện. .. biết, rotor n động điện pha ln có tốc độ quay nhỏ tốc độ vốn có từ trường quay n1 Khi tốc độ quay chúng lực điện từ 0, dây quấn rotor không tồn sức điện động lẫn dòng điện cảm ứng Cơng thức tính... Loại động pha có tốc độ cao, sử dụng cho động loại máy bơm nước cao áp 1.1.5 Điều chỉnh tốc độ động - Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số Với điều kiện lực q tải khơng đổi, tìm quan hệ điện