NGHIÊN cứu, ỨNG DỤNG BIẾN tần và KHỞI ĐỘNG mềm điều KHIỂN ĐỘNG cơ CÔNG SUẤT lớn

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

TÍNH CẦP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong ngành sản xuất công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được ưa chuộng nhờ vào thiết kế đơn giản và độ tin cậy cao Tuy nhiên, khi sử dụng động cơ không đồng bộ, đặc biệt là các động cơ có công suất lớn, cần chú ý đến quá trình khởi động Việc khởi động rotor ở trạng thái ngắn mạch có thể dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, do đó, nếu không áp dụng biện pháp khởi động phù hợp, động cơ có thể không khởi động 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 lâu dài, với các biện pháp giảm dòng điện và momen khởi động ngày càng hoàn thiện Công nghệ bán dẫn hiện nay phát triển mạnh mẽ, với các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng rộng rãi và đáng tin cậy Sự xuất hiện của bộ biến tần và bộ khởi động mềm đã khắc phục những nhược điểm của phương pháp điều khiển truyền thống Việc giảm điện áp trong quá trình khởi động có thể thực hiện dễ dàng thông qua việc điều khiển góc mở của van bán dẫn, giúp hạn chế dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, tùy thuộc vào chế độ tải Khi động cơ được cấp điện trực tiếp từ lưới, dòng khởi động có thể lên tới 5 đến 7 lần dòng định mức Đồng thời, việc điều chỉnh mômen mở máy hợp lý giúp giảm áp lực cơ khí lên các chi tiết, tăng tuổi thọ và an toàn cho động cơ Ngoài ra, việc này còn giúp tránh dòng đỉnh khi khởi động và ổn định điện áp nguồn, 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

Khởi động mềm động cơ công suất lớn giúp điều chỉnh hoạt động một cách linh hoạt, đáp ứng hiệu quả nhu cầu học tập và vận hành thực tiễn Việc áp dụng công nghệ khởi động mềm không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn bảo vệ động cơ khỏi các tác động tiêu cực trong quá trình khởi động.

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.

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng biến tần và bộ khởi động mềm điều khiển động cơ công suất lớn” đã giải quyết vấn đề giảm dòng khởi động cho động cơ và điều khiển điện áp tại đầu cực động cơ Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn còn hạn chế do chưa thể phân tích sâu hơn các tính năng thực tế của biến tần và bộ khởi động mềm đang có mặt trên thị trường hiện nay.

- Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus.

- Các ngõ vào ra đa chức năng,…

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,

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 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.

Hình 2.1: Động cơ không đồng bộ ba pha quay (rotor).

Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ.

Vỏ máy thường được chế tạo từ gang, nhưng đối với những máy có công suất lớn (1000kW), vỏ máy thường được làm từ thép tấm hàn Hình dạng vỏ máy cũng khác nhau tùy thuộc vào phương pháp làm nguội được sử dụng.

Lõi sắt là bộ phận dẫn từ trong các thiết bị điện, được thiết kế để giảm tổn hao năng lượng Để đạt được hiệu quả tối ưu, lõi sắt thường được làm từ các lá thép kỹ thuật điện được ép lại Khi đường kính ngoài của lõi sắt nhỏ hơn 90 mm, người ta sử dụng tấm tròn ép lại, trong khi đối với đường kính lớn hơn, các tấm hình rẻ quạt sẽ được ghép lại Bên trong lõi thép có các rãnh để lắp đặt dây quấn, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Rãnh chứa dây quấn có nhiều hình dạng khác nhau Trong đó, phổ biến là rãnh hình thang và rãnh quả lê.

Hình 2.2: (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh chứa dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc.

Rotor có cấu trúc dây quấn tương tự như dây quấn của stator Dây quấn ba pha của rotor thường được kết nối theo hình sao, trong khi ba đầu còn lại được nối vào vành trượt bằng đồng, được cố định ở một đầu trục Qua chổi than, rotor có thể kết nối với mạch điện bên ngoài, tạo nên đặc điểm nổi bật của nó.

Hình 2.4 (a) sơ đồ bố trí ba cuộn dây stator

(b) dây quấn ba pha đặt trong rãnh

Rãnh ở mặt trong stator cho phép truyền điện qua chổi than vào mạch điện rotor, giúp cải thiện tính năng khởi động, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất của máy Trong quá trình hoạt động bình thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch Tuy nhiên, động cơ này có nhược điểm là giá thành cao, khó sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và có nguy cơ cháy nổ.

Kết cấu của loại dây quấn này khác biệt so với dây quấn stator, với các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được đặt vào mỗi rãnh của lõi sắt rotor Những thanh dẫn này kéo dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch, tạo thành một cấu trúc gọi là lồng sóc.

Rotor có hình dạng tròn, do đó khe hở giữa rotor và stator là đồng đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ được thiết kế rất nhỏ nhằm hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới điện, giúp nâng cao hệ số công suất của máy.

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 kết nối dây quấn stator với nguồn điện 3 pha có tần số f, sẽ xuất hiện hệ thống dòng điện 3 pha (i su, i sv, i sw) trong dây quấn stator Điều này dẫn đến việc tạo ra từ trường quay với tốc độ nhất định, như được minh họa trong hình 2.5.

 p: số đôi cực từ của dây quấn.

Từ trường quay tác động lên dây quấn rotor cảm ứng tạo ra sức điện động E2, dẫn đến dòng điện I2 chạy trong các thanh dẫn rotor Dòng điện I2 tạo ra từ trường quay với tốc độ n1, cùng chiều với từ trường stator Tổng từ trường trong khe hở không khí của máy là sự kết hợp giữa từ trường do dòng điện stator và rotor, cũng là từ trường quay với tốc độ n1 Từ trường này tác động lên dòng điện I2, tạo ra lực F theo chiều xác định bởi quy tắc bàn tay trái, dẫn đến mômen quay rotor Rotor quay cùng chiều với từ trường nhưng với tốc độ n2 nhỏ hơn n1, và hiệu số giữa tốc độ từ trường và tốc độ rotor được gọi là tốc độ trượt (n): n = n1 - n2.

Tỷ số: s = (2.3) Đây chính là hệ số trượt của động cơ.

Hình 2.5: Từ trường quay stator và sự hình thành các cực từ.

Khi s=0, tức là n1=n2, rotor quay với tốc độ bằng tốc độ từ trường, tạo thành chế độ không tải lý tưởng, không có sức cản tác động lên trục Trong thực tế, chế độ không tải thường có s 0 do sự tồn tại của sức cản gió và ma sát từ ổ bi.

Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rotor đứng yên (n 2 =0), momen trên trục bằng momen mở máy

Hệ số trượt tại tải định mức được gọi là hệ số trượt định mức, và tốc độ động cơ tương ứng với hệ số này được gọi là tốc độ định mức.

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

Động cơ không đồng bộ, hay còn gọi là động cơ cảm ứng, có đặc điểm quan trọng là dây quấn stator không được kết nối trực tiếp với lưới điện Sức điện động và dòng điện trong rotor được tạo ra nhờ hiện tượng cảm ứng.

Tần số dòng điện trong rotor rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trượt của rotor so với từ trường:

Động cơ không đồng bộ ba pha có thể hoạt động như một máy phát điện khi được quay bởi một động cơ khác với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, kết nối đầu ra với lưới điện Ngoài ra, nó cũng có thể hoạt động độc lập nếu được kích thích bằng các tụ điện Động cơ không đồng bộ có thể được chế tạo thành động cơ một pha, nhưng động cơ một pha không thể tự khởi động; do đó, cần có các phần tử khởi động như tụ điện và điện trở để khởi động động cơ này.

Khi nam châm điện quay với tốc độ 1 vòng/phút, đường sức từ cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng, tạo ra sức điện động E Sức điện động này sinh ra dòng điện I trong khung dây Dòng điện I nằm trong từ trường, khiến từ trường quay tác động lên khung dây một lực điện từ F Lực điện từ này làm cho 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

Trước đây, động cơ thường được thiết kế để hoạt động với tải không đổi, dẫn đến hiệu suất làm việc của hệ thống thấp và phần lớn công suất đầu vào không được sử dụng hiệu quả Hầu hết thời gian, momen động cơ tạo ra vượt quá momen yêu cầu của tải.

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Động cơ không đồng bộ ba pha, với cấu trúc đơn giản và giá thành rẻ, được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế, đặc biệt là loại công suất dưới 100 kW Động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc, đặc biệt là loại rotor lồng sóc đúc nhôm, chiếm ưu thế trong các động cơ công suất nhỏ và trung bình Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của loại động cơ này là khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ và dòng điện khởi động cao, thường gấp 5-7 lần dòng điện định mức Để khắc phục, người ta đã phát triển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc nhiều tốc độ và rotor rãnh sâu, giúp giảm dòng điện khởi động và tăng mô men khởi động Đối với động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn, mặc dù có khả năng điều chỉnh tốc độ và tạo mô men khởi động lớn với dòng khởi động thấp, nhưng việc chế tạo phức tạp hơn và giá thành cao hơn so với loại rotor lồng sóc.

Hình 2.1: Động cơ không đồng bộ ba pha.

CẤU TẠO

Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ.

Vỏ máy thường được chế tạo từ gang, nhưng đối với các máy có công suất lớn khoảng 1000kW, người ta thường sử dụng thép tấm hàn để tạo thành vỏ Hình dạng của vỏ máy cũng thay đổi tùy thuộc vào phương pháp làm nguội.

Lõi sắt đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn từ, với từ trường quay đi qua lõi sắt Để giảm thiểu tổn hao, lõi sắt được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện được ép lại Đối với lõi sắt có đường kính ngoài nhỏ hơn 90 mm, sử dụng tấm tròn ép lại, trong khi với đường kính lớn hơn, các tấm hình rẻ quạt sẽ được ghép lại Bên trong lõi thép có các rãnh để lắp đặt dây quấn.

Rãnh chứa dây quấn có nhiều hình dạng khác nhau Trong đó, phổ biến là rãnh hình thang và rãnh quả lê.

Hình 2.2: (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh chứa dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc.

Rotor có cấu trúc dây quấn tương tự như stator, với dây quấn 3 pha thường được đấu hình sao Ba đầu dây quấn còn lại được kết nối với vành trượt bằng đồng, cố định ở một đầu trục Qua chổi than, rotor có thể kết nối với mạch điện bên ngoài, mang lại tính năng hoạt động hiệu quả.

Hình 2.4 (a) sơ đồ bố trí ba cuộn dây stator

(b) dây quấn ba pha đặt trong rãnh

Rãnh ở mặt trong stator cho phép truyền điện qua chổi than, cung cấp điện trở phụ hoặc suất điện động phụ cho mạch điện rotor, từ đó cải thiện khả năng mở máy, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất Trong quá trình hoạt động bình thường, dây quấn rotor được kết nối ngắn mạch Tuy nhiên, động cơ này có nhược điểm là giá thành cao, khó sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và dễ gây cháy nổ.

Kết cấu của dây quấn rotor khác biệt rõ rệt so với dây quấn stator Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor, các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được đặt vào và kéo dài ra ngoài, sau đó được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hoặc nhôm Cấu trúc này tạo thành một cái lồng, thường được gọi là lồng sóc.

Rotor có hình dạng tròn, tạo ra khe hở đồng đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ được thiết kế rất nhỏ nhằm hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới, giúp nâng cao hệ số công suất của máy.

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 kết nối dây quấn stator với nguồn điện 3 pha có tần số f, trong dây quấn sẽ xuất hiện hệ thống dòng điện 3 pha (i su, i sv, i sw) Điều này dẫn đến việc dây quấn stator tạo ra từ trường quay với tốc độ nhất định.

 p: số đôi cực từ của dây quấn.

Từ trường quay tác động lên dây quấn rotor cảm ứng, tạo ra sức điện động E2 Khi dây quấn rotor được nối ngắn mạch, E2 sinh ra dòng điện I2 trong các thanh dẫn rotor, với chiều dòng điện xác định theo quy tắc bàn tay phải Dòng điện I2 cũng tạo ra từ trường quay cùng chiều với từ trường stator, dẫn đến từ trường trong khe hở không khí là tổng hợp của từ trường do dòng điện stator và rotor Từ trường này tác động lên dòng điện I2, sinh ra lực F, với chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái Các lực này tạo ra mômen quay cho rotor, khiến rotor quay cùng chiều với từ trường nhưng với tốc độ n2 nhỏ hơn n1 Hiệu số giữa tốc độ từ trường và tốc độ rotor được gọi là tốc độ trượt (n): n = n1 - n2.

Tỷ số: s = (2.3) Đây chính là hệ số trượt của động cơ.

Hình 2.5: Từ trường quay stator và sự hình thành các cực từ.

Khi s = 0, tức là n1 = n2, rotor quay với tốc độ bằng tốc độ từ trường, tạo thành chế độ không tải lý tưởng, không chịu bất kỳ sức cản nào lên trục Trong thực tế, chế độ không tải có s ≈ 0 do tồn tại một số sức cản như sức cản gió và ma sát từ ổ bi.

Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rotor đứng yên (n 2 =0), momen trên trục bằng momen mở máy

Hệ số trượt ứng với tải định mức được gọi là hệ số trượt định mức, và tốc độ động cơ tương ứng với hệ số này được gọi là tốc độ định mức.

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

Động cơ không đồng bộ có một đặc điểm quan trọng là dây quấn stator không kết nối trực tiếp với lưới điện Sức điện động và dòng điện trong rotor được tạo ra nhờ hiện tượng cảm ứng, do đó động cơ này còn được gọi 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:

Động cơ không đồng bộ ba pha có thể hoạt động như một máy phát điện khi được quay bởi một động cơ khác với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, với đầu ra kết nối vào lưới điện Ngoài ra, nó cũng có khả năng làm việc độc lập khi được kích thích bằng các tụ điện Động cơ không đồng bộ có thể được cấu tạo thành động cơ một pha, nhưng động cơ một pha không thể tự khởi động, do đó cần có các phần tử khởi động như tụ điện và điện trở để bắt đầu hoạt động.

Khi nam châm điện quay với tốc độ 1 vòng/phút, đường sức từ cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng, tạo ra sức điện động E Sức điện động này sinh ra dòng điện I trong khung dây Dòng điện I nằm trong từ trường, khiến từ trường quay tác động lên khung dây và tạo ra một lực điện từ F Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/phút.

CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.4.1 Những yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển động cơ

Trước đây, động cơ thường được thiết kế để hoạt động với tải không đổi, dẫn đến hiệu suất làm việc của hệ thống thấp Điều này khiến một phần lớn công suất đầu vào không được sử dụng hiệu quả Hầu hết thời gian, mô-men xoắn mà động cơ tạo ra thường vượt quá yêu cầu của tải.

Khi khởi động động cơ trực tiếp từ lưới điện, dòng khởi động sẽ rất lớn, gây tổn thất công suất đáng kể trên đường truyền và trong rotor Hiện tượng này không chỉ làm nóng động cơ mà còn có thể gây hư hại cho lớp cách điện Hơn nữa, dòng khởi động lớn có thể dẫn đến sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng tiêu cực đến các thiết bị khác cùng sử dụng nguồn điện với động cơ.

Khi động cơ hoạt động không tải, dòng điện chủ yếu là dòng từ hóa, dẫn đến hệ số công suất (PF) rất thấp, khoảng 0,1 Khi tải tăng, dòng điện làm việc cũng tăng, trong khi dòng điện từ hóa duy trì ổn định Sự gia tăng tải sẽ cải thiện hệ số công suất, nhưng khi hệ số công suất nhỏ hơn 1, dòng điện trong động cơ không còn hoàn toàn hình sin, gây giảm chất lượng công suất nguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác cùng sử dụng nguồn điện.

Trong quá trình làm việc, việc dừng khẩn cấp hoặc đảo chiều động cơ là rất cần thiết, và độ chính xác trong tốc độ cùng khả năng dừng và đảo chiều hiệu quả sẽ nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Trước đây, các phương pháp hãm cơ thường được áp dụng, sử dụng lực ma sát giữa phần cơ và má phanh để hãm Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả và gây tổn hao nhiệt lớn.

Trong nhiều ứng dụng như quạt và máy bơm, công suất đầu vào phụ thuộc vào tốc độ, với momen cản tỷ lệ với bình phương tốc độ và công suất tỷ lệ với lập phương của tốc độ Việc điều chỉnh tốc độ theo tải có thể giúp tiết kiệm điện năng, với tính toán cho thấy giảm 20% tốc độ động cơ có thể tiết kiệm đến 50% công suất đầu vào Tuy nhiên, điều này không khả thi đối với các động cơ sử dụng trực tiếp điện áp lưới.

Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn 1, dòng điện trong động cơ sẽ chứa nhiều thành phần điều hòa bậc cao, dẫn đến tổn thất tăng và giảm tuổi thọ của động cơ Momen sinh ra từ động cơ bị gợn sóng, và các thành phần này có thể được loại bỏ khi hoạt động ở tần số cao nhờ tính chất cảm của động cơ Tuy nhiên, ở tần số thấp, động cơ sẽ bị rung, ảnh hưởng đến các vòng đồng của rotor Nếu động cơ hoạt động trong môi trường lưới nguồn không ổn định mà không có biện pháp bảo vệ, tuổi thọ của nó sẽ bị giảm đáng kể.

Cần thiết phải có một hệ điều khiển thông minh để nâng cao chất lượng điều khiển động cơ không đồng bộ Sự phát triển của van công suất và công nghệ sản xuất IC tích hợp cao đã tạo ra các bộ vi xử lý với tốc độ xử lý ngày càng nhanh, góp phần vào việc cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong điều khiển.

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.

- 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.

- 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

Hình 2.7: Sơ đồ đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện

2.4.2.2 Hạ điện áp mở máy

Phương pháp này nhằm giảm dòng điện khởi động, tuy nhiên cũng làm giảm mômen khởi động Do đó, nó không phù hợp với các tải cần mômen khởi động lớn Ngược lại, phương pháp này rất hiệu quả cho các thiết bị yêu cầu mômen khởi động nhỏ, chẳng hạn như quạt gió và bơm.

2.4.2.3 Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stator:

Sơ đồ nối dây trong hình 2.9 cho thấy khi khởi động máy, mạch điện stator được kết nối với một điện kháng Sau khi máy khởi động, việc đóng tiếp điểm K1 của công tắc tơ sẽ ngắn mạch điện kháng này Bằng cách điều chỉnh trị số của điện kháng, ta có thể đạt được dòng điện mở máy cần thiết.

Do ảnh hưởng của điện áp gáng trên điện kháng, điện áp mở máy tại đầu cực động cơ U’K sẽ thấp hơn điện áp lưới Dòng điện mở máy và mômen khi khởi động trực tiếp được ký hiệu là IK.

M K 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.I K Điện áp đầu cực động cơ điện là : U ’ K = k.U K

Hình 2.8: Đường đặc tính M = f(s) ở các mức điện áp khác nhau

- 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.

- Khi giảm dòng điện khởi động xuống thì mômen mở máy giảm đi bình phương lần.

Hình 2.9: Hạ điện áp mở máy bằng cuộn kháng

2.4.2.4 Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy

Sơ đồ nối dây thể hiện cách kết nối giữa lưới điện cao áp và động cơ điện qua máy biến áp tự ngẫu Sau khi khởi động máy, cần thực hiện thao tác cắt máy biến áp bằng cách đóng tiếp điểm K2 và mở tiếp điểm K1.

Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là k T (k T < 1) thì:

- Điện áp đầu cực động cơ : U ’ k = k T U 1

Nếu gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I 1 (dòng điện bên sơ cấp máy biến áp tự ngẫu) thì dòng điện I 1 = k T I ’ K = I K

Như vậy ta thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới giảm hơn lần.

Hình 2.10: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu

- 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.

- 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 - Δ được áp dụng cho các máy hoạt động bình thường với kết nối tam giác Khi khởi động, chúng ta chuyển sang chế độ Y, giúp giảm điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha, từ đó cải thiện hiệu suất và bảo vệ động cơ trong quá trình khởi động.

Sau khi máy đã hoạt động, cần chuyển đổi sang cách đấu  Theo sơ đồ đấu dây trong hình 2.11, khi khởi động máy, hãy đóng ATM; lúc này tiếp điểm K Y sẽ đóng và tiếp điểm K  sẽ mở, đảm bảo máy hoạt động đúng cách.

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:

- Điện áp pha trên dây quấn là : U kf =

- Dòng điện pha khi mở máy là :

- Mômen khi mở máy là : Khi mở máy trực tiếp động cơ đấu  khi đó:

- Điện áp pha trên dây quấn là : U kf = U 1

- Dòng điện pha khi mở máy là : Như vậy khi mở máy đấu Y thì:

- Dòng điện pha khi mở máy là : I 1 =

- Mômen khi mở máy là:

Trường hợp này tương tự như dùng một máy biến áp tự ngẫu mở máy mà tỷ số biến đổi điện áp k T =

- 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.

- Không dùng cho động cơ Y/ = 220/380.

- Không điều chỉnh được dòng điện khởi động theo yêu cầu.

Hình 2.11: Mở máy bằng cách đổi nối Y - 

2.4.2.6 Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor

Phương pháp này chỉ phù hợp với động cơ điện rotor dây quấn, cho phép thêm điện trở vào cuộn dây rotor Khi thay đổi điện trở rotor, ta có đường đặc tính M = f(s) Bằng cách điều chỉnh điện trở mạch điện rotor, ta có thể đạt được trạng thái mở máy lý tưởng Sau khi động cơ đã khởi động, để duy trì mômen điện từ nhất định, ta sẽ dần cắt giảm điện trở thêm vào rotor, làm cho quá trình tăng tốc chuyển từ đường lý tưởng sang đường đặc tính chính, cho đến khi cắt hoàn toàn điện trở và động cơ tăng tốc đến điểm làm việc.

- 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.

Hình 2.12: Sơ đồ nối dây và đặc tính mômen khi thêm điện trở vào rotor để mở máy

- 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)

GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Biến tần là thiết bị chuyển đổi nguồn điện với tần số cố định f1 thành nguồn điện có tần số thay đổi fr, sử dụng các khóa bán dẫn để điều chỉnh.

Biến tần chia làm hai loại:

- Biến tần phụ thuộc - trực tiếp.

- Biến tần độc lập - gián tiếp.

CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA BIẾN TẦN

Biến tần trực tiếp là thiết bị chuyển đổi tần số từ lưới điện xoay chiều mà không cần qua bộ chuyển đổi một chiều Tần số đầu ra của biến tần này được điều chỉnh nhảy cấp và luôn nhỏ hơn tần số của lưới điện (f 1 < f lưới) Hiện nay, loại biến tần này ít được sử dụng.

Bộ biến tần trực tiếp, như hình 3.1, sử dụng một khâu biến đổi duy nhất để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp và tần số cố định thành điện áp xoay chiều với điện áp và tần số có thể điều chỉnh Quá trình này không qua khâu trung gian, do đó thiết bị này còn được gọi là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconverter).

Hình 3.1: Thiết bị biến tần trực tiếp

Mỗi pha đầu ra của bộ biến tần trực tiếp được tạo ra từ mạch điện mắc song song ngược hai sơ đồ chỉnh lưu tiristor Hai sơ đồ chỉnh lưu này được điều khiển theo chu kỳ nhất định, tạo ra điện áp ra xoay chiều U1 Biên độ điện áp phụ thuộc vào góc điều khiển α, trong khi tần số phụ thuộc vào quá trình chuyển đổi giữa hai sơ đồ chỉnh lưu Nếu góc điều khiển α không thay đổi, điện áp trung bình đầu ra sẽ không đổi trong mỗi nửa chu kỳ Để có điện áp đầu ra gần hình sin hơn, cần thay đổi liên tục góc điều khiển α trong thời gian hoạt động của mỗi sơ đồ chỉnh lưu Cụ thể, trong nửa chu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, góc α sẽ giảm từ π/2 xuống 0 và sau đó tăng từ 0 lên π/2, khiến điện áp trung bình đầu ra biến đổi theo quy luật gần hình sin Tại điểm A, điện áp chỉnh lưu trung bình đạt cực đại khi α = 0, và sau đó giảm dần đến 0 tại điểm F khi α = π/2 Điện áp trung bình trong nửa chu kỳ được thể hiện bằng hình sin trong hình vẽ Quy trình điều khiển sơ đồ ngược trong nửa chu kỳ âm cũng tương tự.

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp

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

Bài viết phân tích đầu ra của biến tần xoay chiều - xoay chiều cho phụ tải ba pha, với điện áp trung bình đầu ra có góc pha lệch nhau 120 độ Để sử dụng sơ đồ cầu ba pha, bộ biến tần ba pha cần tới 36 tiristor, trong khi sơ đồ tia ba pha yêu cầu 18 tiristor Mặc dù thiết bị biến tần trực tiếp chỉ có một khâu biến đổi, nhưng số lượng linh kiện và kích thước tổng thể lại tăng lên đáng kể.

Các thiết bị này tương tự như bộ biến đổi có đảo dòng, thường được sử dụng trong hệ thống điều tốc một chiều có đảo chiều, với quá trình chuyển mạch chiều dòng điện diễn ra như trong sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển Theo hình 3.3, khi điện áp đổi chiều, đồ thị hình sin của điện áp nguồn biến đổi nhanh chóng, dẫn đến tần số đầu ra lớn nhất không vượt quá 1/3 đến 1/2 tần số lưới điện, tùy thuộc vào số pha chỉnh lưu Nếu vượt quá giới hạn này, đồ thị đầu ra sẽ biến đổi lớn, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống điều tốc biến tần Do số lượng linh kiện tăng lên, tần số đầu ra giảm và phạm vi thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tần hẹp, khiến hệ điều tốc này ít được sử dụng, chỉ trong một số lĩnh vực công suất lớn cần tốc độ làm việc thấp như máy cán thép, máy nghiền bi và lò xi măng Việc sử dụng động cơ tốc độ thấp với biến tần trực tiếp giúp loại bỏ hộp giảm tốc cồng kềnh, trong khi tiristor mắc song song đáp ứng yêu cầu công suất đầu ra.

Bộ biến tần trực tiếp, mặc dù có một số nhược điểm như số lượng phần tử nhiều, phạm vi thay đổi tần số hạn chế và chất lượng điện áp ra thấp, nhưng lại có hiệu suất cao hơn so với bộ biến tần gián tiếp, đặc biệt quan trọng trong các hệ thống điều tốc lớn với công suất lên đến 16.000 KW Trên đồ thị dạng sóng, công suất tức thời của biến tần được chia thành bốn giai đoạn, trong đó hai giai đoạn đầu cho thấy biến tần lấy công suất từ lưới cung cấp cho tải, và hai giai đoạn còn lại cho thấy biến tần cung cấp lại công suất cho lưới.

Biến tần gián tiếp, hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, chuyển đổi nguồn xoay chiều thành một chiều thông qua bộ chỉnh lưu, sau đó sử dụng bộ nghịch lưu để biến đổi nguồn một chiều trở lại thành xoay chiều Khâu trung gian một chiều này có chức năng tích lũy năng lượng dưới dạng nguồn áp nhờ tụ điện hoặc nguồn dòng nhờ cuộn cảm, tạo ra sự cách ly giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới Các bộ biến tần gián tiếp thường có cấu trúc phức tạp, giúp tối ưu hóa hiệu suất và bảo vệ hệ thống điện.

Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp

Chức năng của các khối chính như sau:

Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, có thể chia thành hai loại: không điều chỉnh và có điều chỉnh Hiện nay, phần lớn các hệ thống chỉnh lưu sử dụng loại không điều chỉnh để giảm kích thước bộ lọc và nâng cao hiệu suất bộ biến đổi Chức năng biến đổi điện áp và tần số thường được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua các quy tắc điều khiển Trong các bộ biến đổi công suất lớn, chỉnh lưu bán điều khiển thường được áp dụng để bảo vệ toàn hệ thống khi gặp tình trạng quá tải Tùy thuộc vào yêu cầu của tầng nghịch lưu, bộ chỉnh lưu sẽ cung cấp dòng điện hoặc điện áp ổn định.

 Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.

Nghịch lưu là thiết bị chuyển đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều với tần số thay đổi, cho phép hoạt động với phụ tải độc lập Nghịch lưu có thể được phân loại thành ba loại khác nhau.

Nghịch lưu nguồn áp là một phương pháp trong đó điện áp ra tải được định dạng trước, thường là dạng xung chữ nhật, trong khi dòng điện lại phụ thuộc vào tính chất của tải Để cung cấp điện áp, nguồn điện cần phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Phương pháp này thường được áp dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ.

Nghịch lưu nguồn dòng là loại nguồn mà dòng điện ra tải được định hình trước, trong khi điện áp phụ thuộc vào tải Để duy trì dòng một chiều ổn định, nguồn cung cấp cần phải là nguồn dòng Nếu nguồn là sức điện động, cần có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo các điều kiện theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện.

Nghịch lưu cộng hưởng là loại mạch sử dụng nguyên tắc cộng hưởng trong quá trình hoạt động, dẫn đến việc dòng điện hoặc điện áp thường có dạng hình sin Đặc biệt, cả điện áp và dòng điện tại tải đều phụ thuộc vào tính chất của tải.

Ngoài ra, còn có các khối phụ:

Bộ điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra tín hiệu điều khiển theo một luật nhất định, sau đó truyền đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Bên cạnh đó, bộ điều khiển còn đảm nhận nhiều chức năng quan trọng khác.

- 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 đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tín hiệu điều khiển cho các van công suất trong mạch nghịch lưu Đồng thời, mạch cách ly giúp bảo vệ mạch điều khiển bằng cách tách biệt nó với mạch công suất.

Màn hình hiển thị và điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc hiển thị các thông số hệ thống như tần số, dòng điện và điện áp, đồng thời cho phép người sử dụng điều chỉnh các thông số này theo nhu cầu.

MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY

Biến tần MICROMASTER 420 - 6SE6420 có công suất định mức đa dạng, từ 0.37KW đến 11KW cho điện áp 3 pha AC 380V đến 480V, từ 0.12KW đến 5.5KW cho điện áp 3 pha AC 200V đến 240V, và từ 0.12KW đến 3KW cho điện áp 1 pha.

AC 200V đến 240V tần số ngõ vào 50/60Hz.

- 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

Bài viết đề cập đến các đầu đấu nối của thiết bị, bao gồm 3 đầu vào số, 1 đầu vào tương tự, 1 đầu ra rơle, 1 đầu ra tương tự và 1 cổng RS485 Thiết bị này còn có chức năng hãm DC và hãm hỗn hợp, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động và tính linh hoạt trong ứng dụng.

- 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 tùy chọn bao gồm bảng điều khiển BOP, bảng điều khiển AOP, bộ ghép nối PC, đĩa CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc đầu vào và lọc đầu ra Những thiết bị này được sử dụng cho các ứng dụng đơn giản với công suất dưới 11KW, chẳng hạn như bơm, quạt và băng chuyền.

- Ứng dụng tốt cho hệ thống quạt.

- Ứng dụng tốt các giải pháp tiết kiệm điện trong các hệ thống quạt.

Biến tần MICROMASTER 430 - 6SE6430 có công suất định mức từ 7.5KW đến 250KW, hoạt động với điện áp vào 3 pha AC từ 380V đến 480V và tần số ngõ vào 50/60Hz Đặc biệt, điện áp định mức ngõ ra là 3 pha 380VAC, với tần số ngõ ra có thể điều chỉnh từ 0Hz đến 650Hz.

Các đặc tính kỹ thuật khác:

Bài viết mô tả các đầu đấu nối vào và ra của thiết bị, bao gồm 6 đầu vào số, 2 đầu vào tương tự, 3 đầu ra rơle, 2 đầu ra tương tự và 1 cổng RS485 Thiết bị còn có 15 cấp tần số cố định với chức năng hãm DC và hãm hỗn hợp, cùng với bộ điều khiển PID tích hợp.

- 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.

Bảng điều khiển BOP-2 và các bộ phụ kiện như lắp BOP trên cánh tủ, bộ ghép nối PC, modul Profibus, bộ lọc đầu vào và đầu ra là những tùy chọn quan trọng Chúng được ứng dụng chuyên dụng cho các dự án tiết kiệm năng lượng, đặc biệt là trong lĩnh vực bơm và quạt MM430 là giải pháp lý tưởng cho bơm, quạt và các ứng dụng có mô-men xoắn thay đổi theo tốc độ.

- Ứng dụng tốt cho các hệ thống bơm.

- 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 và khả năng tự phát hiện quá mômen giúp tối ưu hóa hiệu suất trong nhiều ứng dụng khác nhau Công nghệ này được áp dụng hiệu quả trong điều khiển hệ thống băng tải, quạt gió, cầu trục, hệ thống phối liệu, cửa tự động và gara ôtô.

3.5.2.2 3G3MX: (loại trung) Ðặc tính kỹ thuật

- Công suất 0.1kW-7.5kW, điều chỉnh dùng vector.

- Nhỏ gọn, hoạt động không ồn, momen khởi động lớn (1Hz:200%).

Hình 3.8: Biến tần Omron 3G3JX

- 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.

3.5.2.3 3G3RX: (loại lớn) Ðặc tính kỹ thuật

- Loại lớn sử dụng cho động cơ công suất 0.4kW-400kW

Hình 3.9: Biến tần Omron 3G3MX

Hình 3.10: Biến tần Omron 3G3RX

- 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 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).

Hình 3.11: Biến tần ACS150 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 4KW

- 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 Đặc tính kỹ thuật:

- Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha.

- Phần mềm ấn tượng và phần cứng nhỏ gọn

- Giao diện tối ưu cho người sử dụng.

Hình 3.12: Biến tần ACS350 Series 3 pha 220VAC, 380VAC công suất 0,37 – 4KW

- 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 là rất quan trọng khi kết nối nhầm cáp môtô hoặc cáp điều khiển Điều này đặc biệt cần thiết trong các ứng dụng như chế tạo máy dệt, máy in, máy chế biến thực phẩm, cao su, nhựa, gỗ và băng tải Việc đảm bảo an toàn cho biến tần giúp tăng cường hiệu suất và độ bền của thiết bị trong quá trình vận hành.

ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN ABB- ACS150

Cấp nguồn cho biến tần, sau khi cấp nguồn màn hình hiển thi chế độ OUTPUT.

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.

Hình 3.13: Sơ đồ kết nối dây mạch động lực

Quá trình chạy ID Run ở chế độ LOC là bước quan trọng trong việc ước lượng và đánh giá các đặc tính của Motor Điều này thường được thực hiện tự động khi Motor được sử dụng lần đầu tiên hoặc khi tiến hành thay thế 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.

Sau khi hoàn tất quá trình ID Run, màn hình sẽ không hiển thị thông số A2019 nữa Nếu quá trình ID Run không thành công, màn hình sẽ hiển thị lỗi F0011, lúc này cần kiểm tra lại thông số của motor.

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 :

- 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 )

Hình 3.14: Sơ đồ đấu dây ở chế độ macro mặc định

0109 Điện áp đầu ra Hiển thị điện áp đầu ra của biến tần (VAC )

0110 Nhiệt độ biến tần Hiển thị nhiệt độ trên IGBT của biến tần ( 0 C )

(R) Đếm thời gian hoạt động của biết tần (Giờ ).có 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.

Trạng thái ngõ vào số (Digital Input) Ví dụ

000 thì DI1 là On ,DI2…DI5 là OFF

Tín hiệu điều khiển mở rộng chạy, dừng và chiều quay

Kết nối điều khiển chạy, dừng, chiều quay bằng 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

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=

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 hạn xác định ở 1905 Dừng khi có tín hiệu stop counter

26 Bằng chương trình tuần tự

Chạy, dừng và đảo chiều bằng các chương trình tuần tự

Kết nối điều khiển chạy, dừng, chiều quay bằng 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 tốc độ

Lựa chọn cấp tốc độ và phương pháp điều khiển logic

1201 Chọn tín hiệu điều khiển Lựa chọn tín hiệu ngõ vào digital để điều 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

CONST SPEED) bằng tín hiệu ngõ vào DI2: 1- hoạt động; 0- không hoạt động

CONST SPEED)bằng tín hiệu ngõ vào DI3: 1- hoạt động ; 0- không hoạt động

7 DI1 ,2 DI1 DI2 Hoạt động

1 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202

8 DI2,3 Xem thông số DI1,2

12 DI1,2,3 DI1 DI2 DI3 Hoạt động

1 0 0 Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202

13 DI3,4,5 Xem thông số DI1,2,3

-1 DI1 (INV) Điều khiển tốc độ (cài đặt thông số 1202

-7 DI1 ,2 DI1 DI2 Hoạt động

-8 DI2,3 Xem thông số DI1,2

-12 DI1,2,3 DI1 DI2 DI3 Hoạt động

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

3.6.2 Các phương pháp điều khiển sử dụng biến tần ACS150 3.6.2.1 Điều khiển bằng phím

Để chọn chế độ LOC, hãy nhấn phím Loc trên bàn phím; chữ LOC sẽ xuất hiện ở góc phải phía trên màn hình Tiếp theo, chọn chiều quay bằng phím và điều chỉnh tần số trực tiếp qua biến trở, giá trị tần số sẽ hiển thị trên màn hình Để khởi động động cơ, nhấn phím start; để dừng động cơ, nhấn phím stop.

Khi sử dụng phím dừng (stop) mà không điều chỉnh biến trở, tần số sẽ giữ nguyên giá trị khi khởi động lại bằng phím bắt đầu (start) Trong quá trình hoạt động, người dùng có thể thay đổi 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

 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:

Chọn địa chỉ 10 và thông số 1001, giữ phím ENTER trong 2 giây, sau đó chọn địa chỉ 2 và nhấn ENTER Cài đặt các thông số này cho phép điều khiển chức năng chạy/dừng qua ngõ vào DI1 và điều chỉnh chiều thuận/nghịch qua 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.

Để lựa chọn cấp tốc độ và điều khiển logic, bạn cần thiết lập thông số 12, chọn địa chỉ 1201 và tín hiệu điều khiển tại địa chỉ 9 Cấp tốc độ sẽ được xác định thông qua ngõ vào DI3 và DI4 Dưới đây là bảng thống số điều khiển.

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.

- Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202.

Ta có bảng thông số điều khiển:

1 0 Cài đặt tốc độ 1 với tần số 10Hz

Sơ đồ kết nối dây điều khiển:

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 /

- 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 :

Để cài đặt điều khiển run/stop và thuận/nghịch, hãy trở về địa chỉ 10, chọn thông số 1001 và giữ phím ENTER trong 2 giây Sau đó, chọn địa chỉ 21 và nhấn ENTER Thông số này sẽ cho phép điều khiển bằng ngõ vào DI1 và 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.

Để lựa chọn cấp tốc độ và điều khiển logic, hãy sử dụng thông số 12, chọn địa chỉ 1201 và tín hiệu điều khiển Tiếp theo, chọn địa chỉ 12 và xác định cấp tốc độ thông qua các ngõ vào DI1, DI2 và DI3 Dưới đây là bảng thông số điều khiển.

DI1 DI2 DI3 Hoạt động

1 1 1 Cài đặt tốc độ 7 bằng thông số 1208Khi hoạt động chuyển từ LOCREM

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.

- Cài đặt tốc độ 1 bằng thông số 1202 Chọn 10Hz.

- 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:

DI1 DI2 DI3 Hoạt động

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

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

- DI1=0, DI2=0, DI3=0 động cơ không hoạt động.

- DI5=0 không cho phép điều khiển.

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.

GIỚI THIỆU VỀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Bộ khởi động mềm là thiết bị giúp hạn chế điện áp tại đầu cực động cơ, cho phép tăng dần điện áp theo một chương trình phù hợp, từ giá trị xác định đến điện áp định mức một cách tuyến tính Quá trình khởi động được điều khiển thông qua việc đóng mở thyristor bằng bộ vi xử lý, với các cổng vào và ra tương ứng, trong khi tần số được giữ không đổi theo tần số điện áp lưới.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

4.2.1.1 Mạch động lực a Cấu tạo

Hình 4.1: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều (hay bộ khởi động mềm điều khiển) động cơ không đồng bộ

Mạch động lực của bộ khởi động mềm sử dụng 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho 3 pha, giúp điều chỉnh mô men động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp và dòng điện Để hạn chế mô men gia tốc và dòng điện khởi động, trị số hiệu dụng của điện áp được điều chỉnh Quy trình điều chỉnh này diễn ra trong quá trình khởi động và dừng nhờ vào việc kích mở 3 cặp thyristor song song ngược trong mạch động lực Do đó, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn phụ thuộc vào việc điều khiển điện áp trong quá trình khởi động và dừng, tức là thay đổi trị số hiệu dụng của điện áp.

Giả thiết điện áp nguồn 3 pha đối xứng:

, , 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 ( U fT = U a , U fT = U b , U fT = U b ).

Khi có hai van ở hai pha dẫn, điện áp trên hai pha tải kết nối với các van này sẽ bằng một nửa điện áp dây của hai pha nguồn Đồng thời, điện áp trên pha tải còn lại sẽ bằng 0 Để đảm bảo điện áp trên các pha tải được đối xứng, các xung kích cần xuất hiện tại các thời điểm cách đều nhau một góc π/3.

Trong mạch điều chỉnh xoay chiều 3 pha, góc kích van (α) được xác định từ gốc tọa độ đến vị trí phát xung kích, khác với mạch chỉnh lưu điều khiển Hoạt động của mạch này chịu ảnh hưởng lớn từ góc kích α.

Khi phân tích hoạt động của mạch điện áp tải đối xứng, chỉ cần khảo sát điện áp trên một pha (pha a) Các điện áp của các pha khác có thể được xác định bằng cách dịch pha điện áp đã khảo sát một góc 120 độ.

Dòng điện tải và điện áp trên tải sẽ có dạng hình sin, vì trong một nửa chu kỳ, tất cả các van đều dẫn điện, đảm bảo rằng luôn có ba van của ba pha hoạt động cùng lúc.

: góc mở của pha A (góc mở của ba pha là  3pha =  - 30).

. Điện áp trên tải : u dA = u a = U m sin

Giá trị gh vẫn duy trì chế độ ba van thuộc ba pha dẫn điện Trong mỗi nửa chu kỳ, có ba đoạn điện áp u dA = u a, trong khi hai đoạn còn lại có thể là khác nhau, và một đoạn có điện áp u dA = 0.

Hình 4.2: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi  < .

Giá trị hiệu dụng của điện áp pha:

Thay các giá trị u a , u ab , u ac ta tính được điện áp hiệu dụng của điện áp pha:

Hình 4.3: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi  <  <  gh

Trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai van của hai pha dẫn điện, mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai đoạn mà hoặc là

Góc điều khiển lớn nhất là  max = 150.

Khâu đồng pha sử dụng khuếch đại thuật toán để xử lý tín hiệu Tín hiệu đồng pha được truyền vào vi điều khiển, từ đó thực hiện tính toán thời gian nhằm 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

Mạch khuếch đại Darlington được sử dụng trong khâu khuếch đại để tăng cường tín hiệu điều khiển cho van bán dẫn công suất, đảm bảo các tham số cơ bản như biên độ, độ rộng và công suất Một trong những chức năng quan trọng của khuếch đại xung là tạo sự cách ly giữa mạch động lực và hệ thống điều khiển.

Biến áp xung là một loại biến áp đặc biệt, trong đó điện áp ở phía sơ cấp có dạng sóng chữ nhật, khác với điện áp hình sin truyền thống.

Khâu khuếch đại Biến áp xung ĐK Thyristor

Hình 4.4: Sơ đồ đường cong điện áp tải mang tính trở kháng khi  gh <  < 150 

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 đạt 60°, với pha A dương nhất và pha B âm nhất, phát xung X1 để điều khiển T1, đồng thời phát xung đệm X1-4 cho T4 Khi T1 và T4 cùng dẫn, pha C cũng đang dẫn do cuộn dây xả năng lượng, dẫn đến T5 cũng hoạt động cho đến thời điểm t'1 Do đó, điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha A (udA = ua) Tại t'1, chỉ còn

Tại thời điểm t2, điện áp trên tải bằng điện áp dây Uab (UdA = Uab) Pha A vẫn dương nhất trong khi pha C âm nhất, phát xung đệm X1-6 cho T1 (xung mở thứ hai của T1) và xung chính X6 để mở T6 Pha B đang dẫn do cuộn dây xả năng lượng, dẫn đến T4 hoạt động tại thời điểm t'2 Điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha.

A (u dA = u a ) Tại thời điểm t’ 2 , cuộn dây đã xả hết năng lượng nên T 4 khóa (pha B không dẫn), điện ỏp trờn tải bằng ẵ điện ỏp dõy uac (u dA = ẵ u ac )

Tại thời điểm t3, pha B ở mức dương nhất và pha C ở mức âm nhất Phát xung chính X3 mở T3, cùng lúc phát xung đệm X6-3 cho T3 (xung mở thứ hai của T3), trong khi pha A dẫn do cuộn dây đang xả năng lượng, dẫn đến T1 dẫn tại thời điểm 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 X 2 mở T 2 và xung đệm X 3-2 cho

T 3 Tại thời điểm t 5 , phát xung chính X 5 mở T 5 và xung đệm X 2-5 cho T 2 Tại thời điểm t 6 , phát xung chính X 4 cho T 4 và xung đệm X 5-4 cho T 5

Khi góc mở  nhỏ, xung đệm chỉ có vai trò quan trọng trong chu kỳ đầu sau khi đóng điện Ngược lại, khi góc mở  lớn và điện áp gián đoạn nhiều, việc sử dụng xung đệm trở nên cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Bộ điều áp xoay chiều ba pha cần có các góc mở bằng nhau, với mỗi van mở cách nhau 60 và độ rộng xung mở mỗi van là 120 để giảm thiểu sóng hài và đảm bảo hoạt động ổn định Việc điều chỉnh điện áp chỉ khả thi khi góc dẫn của Thyristor nằm trong khoảng từ dưới 150 đến 150.

ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM TRONG THỰC TẾ

Bộ khởi động mềm cung cấp giải pháp tối ưu với nhiều chức năng như khởi động và dừng mềm, giúp tránh những cú sốc đột ngột Nó cũng hỗ trợ phanh dòng trực tiếp và tiết kiệm năng lượng trong tình trạng non tải Đặc biệt, bộ khởi động này còn tích hợp các chức năng bảo vệ động cơ như bảo vệ quá tải và mất pha, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Khi động cơ đạt tốc độ yêu cầu trước khi thời gian đặt của bộ khởi động mềm kết thúc, điện áp vào sẽ ngay lập tức được tăng lên 100% điện áp lưới Đây là chức năng quan trọng giúp phát hiện quá trình tăng tốc của động cơ.

Tiết kiệm năng lượng cho động cơ điện khi vận hành không tải được thực hiện thông qua khởi động mềm, giúp điều khiển giảm điện áp động cơ xuống giá trị U0 Việc giảm điện áp này không chỉ làm giảm dòng điện mà còn giảm tổn hao đồng và tổn hao sắt, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.

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 giảm độ căng của dây xích truyền động, đồng thời hạn chế hiện tượng trượt dây cuaroa Điều này góp phần ngăn ngừa quá dòng và sụt áp trong quá trình khởi động.

- Nhận biết được trường hợp rotor quay ngược để có quá trình khởi động thích hợp.

MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY

- Công suất motor tại 400V (mạch inline): 1.5…55kW.

- Điện áp điều khiển Us: 24V AC/DC; 100…230V AC/DC.

Hình 4.7:Khởi động mềm 3RW30

- 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.

- 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.

- Công suất motor tại 400V (mạch inline): 5.5…250kW.

- Điện áp điều khiển Us: 24V AC/DC; 100…230V AC/DC.

Hình 4.8: Khởi động mềm 3RW40

Tích hợp tính năng contact bypass bên trong giúp nâng cao hiệu suất hoạt động; sử dụng bán dẫn công suất điều khiển 2 pha đảm bảo độ tin cậy; thiết bị được trang bị bảo vệ nội bộ, bảo vệ quá tải cho motor và bảo vệ nhiệt cho motor; hỗ trợ Remote RESET và cho phép giới hạn dòng điều chỉnh được, mang lại sự linh hoạt và an toàn cho người sử dụng.

- Cấp bảo vệ có thể điều chỉnh được: class 10/15/20 và off.

- Bảo vệ chống nổ theo ATEX directive 94/9/EC.

Tiêu chuẩn IEC 60947-4-2 và UL/CSA được áp dụng cho nhiều thiết bị công nghiệp như 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, cũng như các máy khuấy, máy ép đùn, máy tiện và máy cán.

- Công suất motor tại 400V: 15…710kW (mạch inline): 22…1200kW (inside delta).

Hình 4.9: Khởi động mềm 3RW44

- Điện áp điều khiển Us: 115V AC; 230V AC.

- 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.

- Giới hạn dòng điều chỉnh được.

- Cấp bảo vệ có thể điều chỉnh được: class 10/15/20/30 và off.

Nhiệt độ môi trường hoạt động của thiết bị dao động từ -25 đến 60 độ C Các ứng dụng phổ biến bao gồm bơm, bơm nhiệt, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, băng cuốn, thang cuốn, máy nén trục vít, quạt nhỏ, máy thổi ly tâm, máy khuấy, máy ép đùn, máy tiện, máy cán, quạt lớn, cưa đĩa, máy ly tâm và 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

 3 pha: 400V/1,5kW - 22kW; 500V/2,2kW - 30kW.

- Điện áp cấp: 24VDC hoặc 100-240VAC.

- Khởi động và dừng mềm với khoảng điều chỉnh Start Ram: 1 10s.

- 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.

- Cấp bảo vệ IP20. Ứng dụng: máy bơm, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, thang máy, máy nghiền, máy trộn, quạt nhỏ

Hình 4.11: Khởi động mềm PSS30/ 52-500L

- Công suất động cơ: 3 pha 400V/15kW.

- Thực hiện 10 lần khởi động/ giờ.

- 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.

- Công suất động cơ: 132kW.

- Điện áp điều khiển: 100-250 VAC.

Hình 4.12: Khởi động mềm ABB: PST250-600-70

- Điện áp hoạt động 208-600V, 50/60 Hz.

Cấp bảo vệ IP20 được áp dụng cho nhiều thiết bị công nghiệp như máy bơm, bơm nhiệt, bơm thủy lực, máy ép, băng tải, thang cuốn, máy thổi ly tâm, máy khuấy, máy ép đùn và máy tiện, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM SIEMENS – 3RW44

Ví dụ thiết kế điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụng khởi động mềm 3RW44.

Hình 4.13: Sơ đồ các đầu cực chức năng trong 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

Bộ khởi động mềm Sirius 3RW44 tự động cập nhật các loại hình kết nối khi kết nối vào hệ thống điều khiển Các kết nối này được hiển thị trên màn hình trong mục “Status Display/Type of connection” Nếu có lỗi trong mạch hoặc động cơ không được kết nối, màn hình sẽ hiển thị trạng thái “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:

Hình 4.15: Sơ đồ kết nối khởi động mềm 3RW44 trong mạch điều khiển động cơ thông qua PLC

“ 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

4.5.2.2 Cài đặt các tham số a Cấu trúc Menu chính 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.

Hình 4.17: Cấu trúc của Menu

- Save settings: lưu cài đặt.

Menu chính trong mục “Settings”

Cài đặt thiết lập các thông số

 Các trình đơn thiết lập các thông số

 Nhập các dữ liệu động cơ:

 Thiết lập chế khởi động

 Thiết lập đường đặc tuyến điện áp:

 Thiết lập đường đặc tuyến điện áp và giới hạn dòng điện:

Hình 4.18: Đường đặc tuyến điện áp theo thời gian V=f(s)

 Thiết lập chế độ điều khiển Moment:

Hình 4.19: Đường đặc tuyến điện áp khi khởi động V=f(s)

Hình 4.20: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động

Hình 4.21: Đường đặc tuyến moment theo thời gian M=f(s)

 Thiết lập đường đặc tuyến Moment với giới hạn dòng điện:

Hình 4.23: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động

Hình 4.22: Đường đặc tuyến moment trong quá trình khởi động

 Cài đặt chế độ khởi động trực tiếp:

Hình 4.25: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động trực tiếp Hình 4.24: Đường đặc tuyến dòng điện khởi động trực tiếp

 Cài đặt nhiệt độ phát nóng động cơ:

 Cài đặt chế độ dừng:

Hình 4.26: Đường đặc tính tốc độ n(s) qua các phương pháp dừng động cơ

 Thiết lập chế độ dừng “coasting down”:

 Cài đặt chế độ dừng mềm điều khiển Moment:

Hình 4.27: Đường đặc tính moment khi dừng mềm

 Cài đặt thông số giới hạn dòng điện khởi động:

Bộ khởi động mềm là giải pháp tiết kiệm chi phí hiệu quả cho việc khởi động và dừng động cơ công suất lớn, nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khởi động truyền thống.

- 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.

Công nghệ khởi động mềm hiện nay cho phép tích hợp chức năng dịch lui pha của sóng điện áp, giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả khi động cơ hoạt động 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

Biến tần và bộ khởi động mềm đã khắc phục nhiều nhược điểm của các phương pháp điều khiển truyền thống, từ đó cải thiện khả năng tự động hóa và chất lượng sản phẩm Đồng thời, chúng cũng góp phần tìm kiếm giải pháp cho bài toán tiết kiệm năng lượng Trong đồ án này, chúng em đã trình bày những vấn đề cơ bản liên quan đến 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 và ứng dụng sâu về các tính năng thực của biến tần và khởi động mềm hiện có trên thị trường, bao gồm bảo vệ quá nhiệt cho động cơ và các ngõ vào/ra đa chức năng, là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

- Thiết kế các hệ thống điều khiển tối ưu.

- Kết nối và điều khiển cho toàn hệ thống.

Chúng em nhận thức rằng với kiến thức còn hạn chế và thời gian nghiên cứu không nhiều, đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được ý kiến góp ý từ quý thầy cô và các bạn để hoàn thiện đồ án này.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Văn Hải và các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử, cùng với sự hỗ trợ từ bạn bè và động viên từ gia đình, đã giúp chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp một cách xuất sắc.

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Ứng Dụng Biến Tần Và Khởi Động Mềm Điều Khiển Động Cơ Công Suất Lớn
Tác giả	Dương Đức Đạt, Phạm Văn Cường
Người hướng dẫn	GVHD: Trần Văn Hải
Thể loại	Đồ án học phần

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	2,83 MB