Mô hình điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng biến tần ls

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BIẾN TẦN LS Chủ nhiệm đề tài: Lê Minh Tân TP.Hồ Chí Minh, năm 202 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH III DANH MỤC BẢNG IV CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 1.1.2 Mục đích nguyên cứu 1.1.3 Phạm vi nguyên cứu .2 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.1.6 Bố cục đề tài 1.2 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.2.1 Cấu tạo 1.2.1 Nguyên lý hoạt động động không đồng 1.2.3 Phương trình đặc tính động 2.1 TÌM HIỂU VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.2 ĐIỀU KHIỂN HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC ỨNG DỤNG HVAC 10 2.3 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC ỨNG DỤNG HVAC BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN BIẾN TỐC 12 2.4 CÁC ỨNG DỤNG VỚI KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG BẰNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ .14 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 16 2.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ R 2' 16 2.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ R 1,ĐIỆN KHÁNG X Ở MẠCH STATO .17 2.4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC TỪ .18 2.5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ f CỦA NGUỒN ĐIỆN ÁP CẤP 18 2.6 BIẾN TẦN VSD (VARIABLE SPEED DRIVE) CHO ĐỘNG CƠ KĐB 20 2.6.1 Đặc điểm biến tần VSD 20 2.6.2 Ưu điểm 22 2.6.3 Nhược điểm .23 3.3.1 Phạm vi ứng dụng điều tốc VSD 23 2.6.4 Khả tiết kiệm điện động không đồng lắp điều tốc VSD 23 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA SỬ DỤNG BIẾN TẦN LS 26 3.1 TẦN LS IG5A .26 3.1.1 CÁC KIỂU BIẾN TẦN HỌ IG5 26 3.1.3 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CƠ BẢN: 27 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA SỬ DỤNG BIẾN TẦN LS 30 4.1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI BIẾN TẦN 30 4.2 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH: 35 4.3 CÁC BÀO HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BIẾN TẦN LS IG5A: 38 4.3.1 Hướng dẫn bước cài thông số để biến tần IG5A chạy nhiều cấp tốc độ : 38 4.3.2 Biến tần IG5A bù trượt cách cài đặt: 41 4.3.3 Điều khiển Sensorless vector .43 5.1 KẾT LUẬN 45 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED DANH MỤC HÌNH HÌNH 1: PHÂN BỐ LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ Ở CÁC LĨNH VỰC .1 HÌNH 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ HÌNH 3: ĐẶC TÍNH DỊNG ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ HÌNH 4: SƠ ĐỒ THAY THẾ MỘT PHA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ HÌNH GIẢN ĐỒ TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ KĐB HÌNH 1.6: PHÂN BỐ NGUỒN NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ KĐB VỚI CÁC DẠNG CÔNG SUẤT VÀ PHỤ TẢI KHÁC NHAU .9 HÌNH 7: PHÂN BỐ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỔN HAO TRONG ĐỘNG CƠ KĐB VỚI CÁC DẠNG CÔNG SUẤT VÀ PHỤ TẢI KHÁC NHAU .10 HÌNH 8: ĐIỀU KHIỂN CƠ KHÍ CHO MÁY BƠM KHƠNG CĨ CỘT ÁP 12 HÌNH 9: ĐIỀU KHIỂN CƠ KHÍ CHO MÁY BƠM CĨ CỘT ÁP 13 HÌNH 1.10: ĐIỀU KHIỂN BIẾN TỐC CHO MÁY BƠM KHÔNG CỘT ÁP 13 HÌNH 11: ĐIỀU KHIỂN BIẾN TỐC CHO MÁY BƠM CĨ CỘT ÁP 14 HÌNH 12: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TƯƠNG ĐỐI CỦA CÁC HỆ THỐNG BƠM TỪ HÌNH 2.4 ĐẾN 2.7 14 HÌNH 1: HỌ ĐẶC TÍNH KHI THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP U 16 HÌNH 2.2.: HỌ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ KHI THAY ĐỔI R 2' 17 HÌNH 3:HỌ ĐẶC TÍNH CƠ NHÂN TẠO CỦA ĐCKĐB KHI THAY ĐỔI R HOẶC X 17 HÌNH 4: ĐẶC TÍNH CƠ KHI THAY ĐỔI TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN f CẤP CHO ĐỘNG CƠ 19 HÌNH 5: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ CỦA BIẾN TẦN .20 HÌNH 3.1: BIẾN TẦN LS IG5A .26 HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ KẾT NỐI BIẾN TẦN LS IG5A 30 HÌNH 4.2: KEYPAD BIẾN TẦN 31 HÌNH 4.3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TỦ ĐIỆN .37 HÌNH 4.4: BẢNG VẼ THIẾT KẾ BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI TỦ ĐIỆN 38 DANH MỤC BẢNG BẢNG 2.1 KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG BẰNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TỐC ĐỘ CHO ỨNG DỤNG HVAC .15 BẢNG 4.1: BẢNG VẬT TƯ THIẾT BỊ TỦ ĐIỆN: 35 Chương 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Tổng quan đề tài Điện nguồn lượng sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân, tiền đề cho phát triển đất nước Nhưng nguồn tài nguyên sản xuất điện nước ta ngày cạn kiệt việc khai thác bừa bãi Do việc khai thác sử dụng lượng hiệu vấn đề quan trọng, quan tâm hàng đầu Động điện hệ thống truyền động động điện (EDMS) sử dụng phần lớn lượng điện tiêu thụ nhiều gấp đôi so với ứng dụng chiếu sáng EDMS chiếm khoảng 43% - 46% điện tiêu thụ toàn cầu, làm tăng khoảng 6040 Mt CO2 phát thải Đến năm 2030, mà khơng có biện pháp sách sử dụng lượng toàn diện hiệu quả, lượng tiêu thụ từ động điện dự kiến tăng lên 13360 TWh năm lượng khí thải CO2 8570 Mt năm Khách hàng chi tiêu 565.000.000.000 USD năm điện sử dụng EDMS, vào năm 2030 tăng lên tới gần 900 tỷ USD [12] Hình 1: Phân bố lượng điện tiêu thụ lĩnh vực Điểm chung tất thống kê lĩnh vực khả làm giảm đáng kể nhu cầu lượng động điện tồn cầu thơng qua việc thực phương pháp cải tiến nhằm mục đích giảm nhu cầu lượng điều khiển động Nếu động không đồng vận hành tiết kiệm vài phần trăm nguồn lượng tiêu thụ tổng sản lượng điện tiết kiệm vô lớn có ý nghĩa Nhất điều kiện tình trạng thiếu lượng vấn đề đáng lo ngại quốc gia giới, nguồn lượng hóa thạch làm điện ngày cạn kiệt gây ô nhiễm môi trường Nguồn điện từ nhà máy điện nguyên tử xảy cố đáng tiếc gây nguy hiểm đến sức khỏe người Trong nghành lượng Việt Nam nhiều bất cập bất cập hiệu suất chung ngành lượng thấp, nhiều sở sản xuất cịn sử dụng dây chuyền cơng nghệ lạc hậu, lựa chọn thiết bị điện không công suất hay phân bố thiết bị không hợp ý chưa áp dụng giải pháp cơng nghệ tiên tiến vào qui trình sản xuất, nên gây tổn thất lãng phí điện khơng đáng có 1.1.2 Mục đích ngun cứu - Mơ hình điều khiển động KĐB ba pha sử dụng biến tần LS - Ứng dụng giảng dạy môn Máy điện, Truyền động điện, Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, Sữa chữa thiết bị điện – điện tử - Ứng dụng vào thực tế sản xuất nhà máy, xí nghiệp 1.1.3 Phạm vi nguyên cứu - Bộ biến tần hãng LS IG5A động KĐB ba pha rotor lồng sóc 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát tìm hiểu - Phân tích tổng hợp - Xây dựng mơ hình 1.1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học - Mơ hình điều khiển động KĐB ba pha sử dụng biến tần LS IG5A: ứng dụng phương pháp điều kiển động  Ý nghĩa thực tiễn - Mơ hình, tài liệu thực hành dùng để giảng dạy 1.1.6 Bố cục đề tài Nội dung đề tài chia làm chương Chương 1: Tổng quan động không đồng ba pha Chương 2: Các phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng ba pha Chương 3: Điều khiển động KĐB ba pha sử dụng biến tần LS Chương 4: Thiết kế thi cơng mơ hình điều khiển động KĐB ba pha sử dụng biến tần LS Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài 1.2 Giới thiệu động không đồng Động không đồng (ĐCKĐB) có cấu tạo đơn giản, vận hành chắn nên sử dụng rộng rãi thực tế Từ loại thiết bị điện gia dụng quạt điện, máy điều hòa nhiệt độ… đến động truyền động máy công cụ, máy nâng chuyển, dây chuyền sản xuất có mặt ĐCKĐB Chúng có cơng suất từ vài W đến vài nghìn kW Trên 50% điện sản xuất giới ĐCKĐB tiêu thụ Động khơng đồng gồm hai phần chính: Phần tĩnh phần quay 1.2.1 Cấu tạo  Phần tĩnh: gồm lõi thép , dây quấn vỏ máy  Lõi thép stato: Do nhiều thép kỹ thuật điện dập sẵn, ghép cách điện với chiều dày thép thường từ 0.35mm đến 0.5mm, phía có rãnh đặt dây quấn Mỗi thép kỹ thuật sơn cách điện với để giảm tổn hao dịng điện xốy gây lên Nếu thép ngắn ghép lại thành khối Nếu thép dài ghép lại thành thếp, thếp dài từ cm đến cm, cách cm để thơng gió  Dây quấn.: Được đặt lõi rãnh lõi thép, xung quanh dây quấn có bọc lớp cách điện để cách điện với lõi thép Với động không đồng ba pha pha dây quấn đặt cách 1200 điện  Vỏ máy: để bảo vệ giữ chặt lõi thép stato không dùng để dẫn từ Vỏ máy làm nhôm (máy nhỏ) gang , thép (máy lớn) Vỏ máy có chân đế cố định máy bệ, hai đầu có nắp máy để đỡ trục rôto bảo vệ dây quấn  Phần quay: gồm lõi thép , trục, dây quấn  Lõi thép roto: Cũng gồm thép kỹ thuật điện ghép lại giống stato Lõi thép ép trực tiếp lên trục, bên ngồi có sẻ rãnh để đặt dây quấn  Trục máy: Được làm thép, có gắn lõi thép rơto Trục đỡ nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt  Dây quấn: Tuỳ theo động không đồng mà ta chia rơto dây quấn hay rơto lồng sóc  Rơto kiểu dây quấn Rơto dây quấn có kiểu giống dây quấn stato có số cực số cực stato Trong động trung bình lớn dây quấn quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ Trong động nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha động thường đấu hình sao, ba đầu nối với ba vòng trượt đồng thau gắn trục rơto Ba vịng trượt cách điện với với trục, tỳ ba vòng trượt ba chổi than Thơng qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch rơto, có tác dụng cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất thay đổi  Rơto lồng sóc Kết cấu khác với dây quấn stato dây quấn đồng hay nhôm đặt rãnh lõi thép rôto Hai đầu dẫn nối với vịng đồng hay nhơm gọi vịng ngắn mạch Như dây quấn rơto hình thành lồng quen gọi lồng sóc Ngồi dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi thép rãnh rơto làm thành dạng rãnh sâu thành hai rãnh gọi lồng sóc kép dùng cho máy có cơng suất lớn để cải thiện tính mở máy Với động công suất nhỏ rãnh rôto thường chéo góc so với tâm trục 1.2.1 Nguyên lý hoạt động động không đồng Như biết vật lý, cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch 1200 khơng gian từ trường tổng mà ba cuộn dây tạo từ trường quay Nếu từ trường quay có đặt dẫn điện từ trường quay quét qua dẫn điện làm xuất sức điện động cảm ứng dẫn Nối dẫn với làm trục quay dẫn có dịng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc ban tay phải Từ trường quay lại tác dụng vào dịng điện cảm ứng lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái tạo momen làm quay roto theo chiều quay từ trường quay Tốc độ quay roto nhỏ tốc độ quay từ trường quay Nếu roto quay với tốc độ tốc độ từ trường quay từ trường quét qua dây quấn phần cảm nên suất điện động cảm ứng dịng điện cảm ứng khơng cịn, momen quay khơng cịn Do momen cản roto quay chậm lại sau từ trường dây dẫn roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ trường với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Động làm việc theo nguyên lý gọi động không đồng (KĐB) hay động xoay chiều 1.2.3 Phương trình đặc tính động cơ  Nếu gọi tốc độ từ trường quay ω (rad/s) hay n o (vịng/phút) tốc độ quay roto ω (hay n) nhỏ (ω < ω ; n < n0 ) Sai lệch tương tối hai tốc độ gọi độ trượt : s= ω 0−ω ω0 (1-1) Từ ta có ω=ω (1−s ) (1-2) Hay ta có n=no (1−s) (1-3) Với ω= π n 60 (1-4) Xem xét giới hạn 0