LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Giới thiệu lịch sử biến tần
1 Lịch sử phát triển các linh kiện bán dẫn công suất.
Sự phát triển của truyền động điện đã thúc đẩy ngành điện tử công nghiệp, nhưng ứng dụng của nó còn hạn chế do thiếu linh kiện điện tử công suất hiệu suất cao, kích thước nhỏ và độ tin cậy cao Các thiết bị như đèn điện tử chân không và đèn cơ khí không đáp ứng được yêu cầu này, dẫn đến nhu cầu nghiên cứu và phát minh các linh kiện mới Năm 1948, sự ra đời của transistor tại phòng thí nghiệm Bell Telephone đã đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong kĩ thuật điện tử, được công nhận bằng giải thưởng Nobel năm 1956 Ngành điện tử từ đó phát triển mạnh mẽ theo hai hướng: kĩ thuật điện tử tín hiệu và điện tử công suất Kĩ thuật điện tử tín hiệu tập trung vào xử lý tín hiệu qua khuếch đại và điều chế tần số cao, trong khi điện tử công suất nghiên cứu chuyển mạch dòng điện lớn và điện áp cao để thay đổi độ lớn, dạng sóng và tần số dòng công suất.
Dưới đây là bảng tóm tắt về thời gian ra đời cũng như các chỉ số ứng dụng của các linh kiện.
Linh kiện Năm xuất hiện Điện áp định mức Dòng điện định mức Tần số định mức Công suất định mức Điện áp rơi thuận
Tiristo(SCR) 1957 6 kV 3,5kA 500Hz 100MW 1.5±2.5V
GTO 1962 4,5 kV 3kA 2 KHz 10MW 3±4V
MCT 1988 3kV 3kA 20±100KHz 10MW 1±2V
2 Lịch sử ra đời của biến tần trong công nghiệp
Năm 1986, AIE phát minh ra bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
Năm 1962, Bộ điều khiển tốc độ đầu tiên có tính xu hướng thương mại xuất hiện trên thị trường.
Trong ngành công nghiệp, tốc độ động cơ điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và sự ổn định của hệ thống Các ứng dụng như máy ép nhựa, cán thép, và hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu đều yêu cầu sự điều khiển và ổn định tốc độ động cơ Việc điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua các biện pháp nhân tạo như thay đổi điện áp, điện trở, và từ thông giúp tạo ra các đặc tính cơ mới, đáp ứng yêu cầu của phụ tải cơ Có hai phương pháp chính để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện giúp giảm độ phức tạp của hệ thống và cải thiện khả năng điều chỉnh Phương pháp này đặc biệt linh hoạt khi kết hợp với các hệ thống điều khiển điện tử Do đó, bộ biến tần trở thành giải pháp hiệu quả để điều khiển tốc độ động cơ.
Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển momen
Trong các bộ điều khiển moment, ứng dụng quạt gió chiếm 55%, chủ yếu được sử dụng trong hệ thống HVAC (điều hòa không khí trung tâm) Bên cạnh đó, ứng dụng bơm, đặc biệt trong ngành công nghiệp nặng, chiếm 45% tổng số ứng dụng.
Nâng cấp các hệ thống bơm và quạt từ điều khiển tốc độ không đổi sang hệ thống điều chỉnh tốc độ có thể mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp Việc này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng điện mà còn giảm thiểu chi phí nhiên liệu, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và gia tăng lợi nhuận.
3.2 Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt
Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm và Quạt
Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van
Giảm tiếng ồn công nghiệp
Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ
Giúp tiết kiệm điện năng tối đa
Bộ biến tần trong hệ truyền động có chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhằm điều chỉnh tốc độ Mặc dù việc thay đổi tần số có thể thực hiện bằng nhiều phương thức khác nhau mà không cần mạch điện tử, nhưng trước đây, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu với máy biến áp Ưu điểm của thiết bị này là cung cấp sóng điện áp ngõ ra chất lượng cao và công suất lớn, tuy nhiên, nó vẫn tồn tại nhiều hạn chế.
- Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.
- Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu.
- Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì
Điều khiển máy biến áp có thể gặp khó khăn do khoảng điều khiển hạn chế, dẫn đến nguy cơ quá điện áp ngõ ra Hiện tượng bão hòa từ của lõi thép là nguyên nhân chính gây ra vấn đề này.
Các hệ truyền động cần điều chỉnh và giám sát nhiều thông số quan trọng như điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start) và tính chất tải Bộ biến tần với thiết bị bán dẫn là giải pháp tối ưu cho những yêu cầu này.
Trong thực tế biến tần được phân làm hai loại chính dựa theo phương thức chuyển đổi tần số là:
Trong đồ án này, chúng ta sẽ nghiên cứu hai loại biến tần gián tiếp: nghịch lưu đơn bậc và nghịch lưu đa bậc Đặc biệt, phần nghiên cứu về biến tần đa bậc sẽ tập trung vào phương pháp vector không gian.
Hình 1.1: Mô hình minh họa sự phát triển biến tần theo thời gian.
5 Vai trò biến tần đa bậc.
Biến tần hiện nay đang được sử dụng rộng rãi và hiệu quả tại Việt Nam cũng như trên toàn thế giới Mặc dù có nhiều ưu điểm và ứng dụng hiệu quả, biến tần đơn bậc vẫn tồn tại một số hạn chế cần được khắc phục.
Sóng điện áp còn nhiều hài bậc cao, chưa gần sin
Trị số điện kháng Lf mạch lọc còn cao, dẫn đến tổn hao
Tổn hao trong quá trình đóng cắt (Psw) cao
Biến tần đa bậc được phát minh nhằm khắc phục những hạn chế của biến tần đơn bậc, với công suất truyền tải cao hơn (Pcond) và sóng ra gần với dạng sin, giúp giảm thiểu hài bậc cao và tổn hao Việc sóng ra gần sin cho phép giảm thiểu việc sử dụng bộ lọc, dẫn đến tổn hao do dung kháng Lf trong bộ lọc thấp Hơn nữa, với tần số đóng cắt cao, biến tần đa bậc có thời gian chuyển trạng thái ngắn hơn, nâng cao công suất truyền tải và giảm thiểu tổn hao Khi ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ và yêu cầu công suất cao trong điều kiện tần số khắc khe, biến tần đa bậc sẽ là giải pháp tối ưu, đáp ứng tốt các yêu cầu đặt ra.
Biến tần trực tiếp
Bộ biến đổi AC-AC đã được nghiên cứu sâu rộng trong ngành công nghiệp và có ứng dụng phổ biến hơn so với các bộ chuyển đổi công suất khác Mặc dù đã phát triển từ những năm 1930, tần số đóng ngắt và công suất của nó vẫn còn hạn chế Sự ra đời của các linh kiện điện tử công suất như Turn off thyristors (GTO), Triac, Bipolar Transistor (BT), Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) và Power MOSFET đã nâng cao khả năng chuyển đổi Sau năm 1980, việc chuyển đổi công suất từ AC-DC đã cải thiện tần số đóng ngắt và cho phép chuyển đổi công suất cao hơn, đặc biệt trong các thiết bị nguồn công suất DC.
1 Biến đổi điện áp một pha AC/AC
2 Biến đổi điện áp ba pha AC/AC
3 Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra (SISO)
4 Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)
5 Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra (TITO)
6 Biến tần đường bao ( Matrix)
Tất cả các bộ biến đổi điện áp AC/AC chuyển đổi nguồn AC có tần số và điện áp cao hơn thành tần số và điện áp thấp hơn, đồng thời duy trì góc trễ pha nhỏ.
2.1.Biến tần trực tiếp một pha Các bộ chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu là P và nhóm âm kí hiệu là N Cơ sở của mạch công suất điều khiển điện áp một pha AC-AC với pha điều khiển như hình 1.a bao gồm 1 cặp SCR ghép nối back to back đối nghịch giữa nguồn
AC và tải tạo ra điện áp sóng đối xứng hai chiều Cặp SCR có thể thay thế bằng Triac cho nguồn công suất thấp, trong khi bố trí hai điốt và hai SCR cung cấp điện áp âm, giúp đơn giản hóa mạch cách ly Sử dụng một SCR và bốn điốt giảm tổn thất nhưng lại làm tăng hao phí nhiệt Kết hợp SCR và điốt cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không đối xứng một chiều với phương thức tự kiểm soát, nhưng vẫn không thể loại trừ hoàn toàn tổn hao công suất do nhiệt.
Hình 1 Mô hình điều khiển điện áp một pha.Hình a) Ghép nối hai SCR.
Hình b) Sử dụng Triac Hình c)Kết hợp hai SCR và hai Điốt Hình d)Một SCR kết hợp với
4 Điốt Hình e)Sự kết hợp giữa SCR và Điốt.
Dạng sóng trên tải được cho như hình sau: Với là góc kích của SCR
Dạng sóng toàn kỳ một pha tải cảm R_L cho thấy rằng trong trường hợp tải trở, điện áp tải sẽ bị gián đoạn, trong khi với tải R_L, điện áp không còn gián đoạn nữa.
Hình 2 Dạng sóng một pha toàn chu kì với tải trở
Hình 3 Dạng sóng toàn kì một pha tải cảm R_L
Hình 4 Thời gian điều khiển đóng cắt một pha.
Hình a Thời gian đóng cắt của linh kiện.
Hình b Biểu đồ hệ số công suất Điện áp ngõ ra có công thức: Điện áp tức thời.
Hệ số công suất (Power factor)
2.2 Biến tần trực tiếp ba pha
Ta có các dạng mạch của biến tần trực tiếp ba pha mắc như các hình dưới đây
Hình 5 Sơ đồ mạch điện áp ba pha AC
Trong bài viết này, chúng ta phân tích sơ đồ mạch ba pha với khả năng điều khiển độc lập Hình a cho thấy dòng và áp một pha trên một đường, trong khi hình b thể hiện dòng trên một đường và áp trên một đường, với hệ số công suất không cao Hình f sử dụng ba SCR, mỗi SCR dẫn trong 120 độ, kết nối nguồn với tải ngay khi dẫn, mặc dù mô hình này ít phổ biến nhưng có khả năng xử lý dòng lớn Đặc biệt, trong trường hợp điều khiển một pha, có thể thay thế sáu SCR bằng ba SCR và ba điốt Hình g và h mô tả tải đấu hình sao và tam giác, nhưng cả hai mô hình đều gặp hạn chế về điện áp ra có nhiều hài, đặc biệt là hài bậc hai do tính không đối xứng.
2.3 Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra(SISO)
Trái ngược với sự điều khiển điện áp AC tại tần số không đổi đã được bàn luận nhiều
Bộ biến tần trực tiếp hoạt động như bộ biến đổi AC/AC với tần số biến đổi đặc trưng Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên dạng sóng điện áp, xuất phát từ sự gián đoạn điện áp từng khúc của sóng điện áp nguồn AC tần số cao Công nghệ này đã được phát minh từ năm 1920, với bộ nghịch lưu thủy ngân được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu tại Đức.
Vào năm 1930, nguồn điện một pha tần số 16.2/3 Hz được sử dụng để kéo tải từ nguồn ba pha tần số 50 Hz Trong khi đó, bộ biến tần trực tiếp sử dụng 18 Thyratrons cung cấp 400 Hp đã hoạt động trong vài năm như các mô hình phụ tải tại Mỹ Tuy nhiên, thực tế và ứng dụng hữu ích là hai vấn đề khác nhau, và phải đến khi SCR ra đời vào năm 1960, những vấn đề này mới được giải quyết Dưới đây là mô hình sử dụng SCR.
Bộ biến tần trực tiếp một pha AC/AC bao gồm hai phần chính: mạch công suất dạng cầu một pha và mạch thay thế tương đương đã được đơn giản hóa Cấu trúc này cho phép chuyển đổi điện năng hiệu quả, tối ưu hóa quá trình điều khiển và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong hệ thống.
Với sự phát triển của SCR công suất và điều khiển vi mạch điện tử, bộ biến tần trực tiếp đã trở thành giải pháp tối ưu cho nguồn công suất tốc độ chậm Công nghệ biến đổi điện áp và tần số (VVVF) được ứng dụng trong các hệ thống yêu cầu sự chính xác và ổn định, như trong ngành cán thép, chế tạo tàu thủy hải quân, và dây chuyền sản xuất da dày.
Biến tần trực tiếp đang dần được thay thế bởi các bộ chuyển đổi khác do những hạn chế của nó, như tần số hoạt động thấp và thời gian đóng cắt không đáp ứng Trong khi đó, bộ biến đổi SCR cũng gặp phải các vấn đề như độ nhạy thấp và dV/dt chưa tối ưu Hạn chế chính của biến tần trực tiếp là dải tần số hoạt động hẹp và độ biến đổi điện áp thấp giữa ngõ vào và ngõ ra.
Hình 7: Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra của bộ biến tần trực tiếp tải trở tần số 50-
Hình 8 minh họa dạng sóng biến tần với cấu hình một pha vào và một pha ra, hoạt động ở tần số 50/10 Hz với tải trở Trong đó, hình a thể hiện dạng sóng điện áp và dòng tải, trong khi hình b trình bày dạng sóng dòng công suất biến đổi.
Tuy ít khi được sử dụng, nhưng biến tần trực tiếp dạng SISO thì có ích để giải thích cho những nguyên lí phức tạp hơn.
2.4 Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)
Hình 9: Biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải
Hình 10: Dạng sóng biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng với dòng tuần hoàn
Sơ đồ mạch điều khiển biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải được trình bày trong hình 9, với nguyên lý điều khiển tương tự như điều khiển một pha Hình 10 minh họa dạng sóng đặc trưng của mạch có chỉ số đập mạch p = 3 với dòng điện liên tục Mỗi bộ chuyển đổi quản lý việc chỉnh lưu và tạo ra áp tải, đồng thời có hai bộ chuyển đổi giúp giảm độ gợn sóng trong quá trình điều khiển Dạng sóng cơ bản được sinh ra từ hai bộ chuyển đổi là giống nhau, tuy nhiên, điện áp giữa bộ biến đổi và điện áp do độ tự cảm sinh ra (thường không đáng kể với mạch điện trở) lại khác nhau và là dòng liên tục.
2.5 Biến tần đường bao ( Matrix cyclyconverter) Dạng sóng của bộ biến tần này là đường bao của các sóng vào nên nó có tên là biến tần đường bao Có thể điều khiển bộ biến tần này sao cho các tình trạng dẫn hoàn toàn như các điốt, việc điều khiển các tiristo được tiến hành trong khoảng nửa chu kì làm việc Ta nhận thấy mạch điều khiển cần thiết để tổng hợp đầu ra đơn giản hơn các đơn giản hơn bộ biến tần điều khiển pha như trình bày các phần trên Tuy nhiên nó cũng có một vài hạn chế, vì sóng ra có xu hướng trở nên hình chữ nhật nên xuất hiện điều hòa bậc cao Tỷ số tần số ra trên tần số vào không thay đổi một cách tùy ý mà phải là số nguyên Một tải có hệ số công suất chậm sau hay vượt trước, tùy theo từng khoảng thời gian phải cho nhóm làm việc ở chế độ chỉnh lưu sau đó ở chế độ nghịch lưu với hế cố công suất tải bằng 1 hay gần bằng 1.Nếu mỗi nhóm bộ biến đổi sáu nửa chu kì với các điện áp pha khác nhau có thể chuyển mạch các pha một cách tự nhiên để có tỷ số tần số 3/1 khi đó sóng ra gần sin hơn.
Hình 11: Dạng sóng điện áp tải biến tần trực tiếp đường bao sáu pha.
Bộ nghịch lưu
Bộ chuyển đổi nguồn tĩnh chủ yếu được thiết kế để chuyển đổi nguồn một chiều thành sóng ngõ ra xoay chiều, phục vụ cho các động cơ điều chỉnh tốc độ Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, biên độ, tần số và góc pha của sóng sin xoay chiều cần được kiểm soát Tùy thuộc vào loại sóng ngõ ra, các bộ chuyển đổi này có thể được phân loại là bộ nghịch lưu nguồn áp (VSIs) khi sóng điện áp được điều khiển độc lập Những cấu trúc này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào tính linh hoạt và hiệu quả của chúng.
Hình 3.1 Mô hình điều khiển tốc độ
Các bộ nghịch nguồn dòng (CSIs) là các thiết bị cung cấp ngõ ra xoay chiều dạng sóng dòng điện có thể điều khiển được Chúng được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu điện áp trung bình và chất lượng sóng điện áp cao.
Các bộ chuyển đổi nguồn tĩnh, đặc biệt là các bộ nghịch lưu, được hình thành từ các bộ chuyển mạch công suất, tạo ra dạng sóng ngõ ra xoay chiều từ các giá trị rời rạc Mặc dù dạng sóng này không hoàn toàn giống sóng sin như mong đợi, nhưng thành phần cơ bản của nó vẫn hoạt động hiệu quả Để đảm bảo hoạt động này, cần áp dụng kỹ thuật điều chế với việc kiểm soát thời gian và trình tự trong việc đóng ngắt các khóa nguồn.
On and Off techniques are widely utilized in modulation, with the most common methods being Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM), Space Vector Modulation (SVM), and Selective Harmonic Elimination (SHE).
Bộ nghịch lưu nguồn áp (VSI) tạo ra sóng điện áp xoay chiều với giá trị rời rạc và dv/dt cao, vì vậy tải cần có thành phần cảm kháng tại các tần số hài để tạo dòng điện mịn Đối với tải dung kháng trong VSI, sẽ xuất hiện các đỉnh nhọn dòng lớn, do đó, cần sử dụng bộ lọc cảm kháng giữa phần xoay chiều của VSI và tải Ngược lại, bộ nghịch lưu nguồn dòng (CSI) tạo ra sóng điện với giá trị rời rạc và di/dt lớn, yêu cầu tải có thành phần dung kháng tại các tần số hài để tạo điện áp mịn Tải cảm trong CSIs sẽ gây ra các đỉnh nhọn áp lớn, vì vậy cần sử dụng bộ lọc dung kháng giữa phần xoay chiều của CSI và tải.
Dạng sóng điện áp 3 bậc thường không phù hợp cho động cơ điều khiển tốc độ với điện áp trung bình do thành phần dv/dt lớn Để cải thiện dạng sóng ngõ ra xoay chiều trong VSIs, các phương pháp đa bậc (multilevel và multicell) được sử dụng, cho phép tạo ra dạng sóng ngõ ra từ các mức điện áp khác nhau và giảm thiểu thành phần dv/dt Những phương pháp này phát triển mạnh trong ASDs và phù hợp với bộ lọc tích cực và bộ bù điện áp Các kỹ thuật điều chế chuyên dụng cũng được phát triển để điều khiển nhiều van công suất, trong đó SPWM và SV cơ bản là những phương pháp điều chế phổ biến nhất.
Trong nhiều ứng dụng, việc chuyển năng lượng từ phần xoay chiều của bộ nghịch lưu về phần một chiều là cần thiết Khi ASD dừng lại hoặc giảm tốc độ, dòng liên kết một chiều sẽ bị đảo ngược do điện áp liên kết một chiều cố định Nếu sử dụng tụ điện để duy trì điện áp này, năng lượng sẽ bị tiêu tán hoặc hồi về hệ thống phân phối, trong khi điện áp sẽ tăng dần Một giải pháp là kết nối tụ điện với một điện trở song song, nhưng cần phải đóng ngắt hợp lý khi năng lượng truyền từ tải về dc link Một lựa chọn tốt hơn là phản hồi năng lượng về hệ thống phân phối, tuy nhiên, điều này yêu cầu giao thức đảo ngược dòng Phương pháp mới sử dụng công nghệ lọc tích cực trước khâu cuối, với chế độ phát lại hoạt động tự nhiên của hệ thống.
Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá các bộ nghịch lưu một pha và ba pha, bao gồm nguồn dòng và áp, với điện áp liên kết một chiều (dc link) được coi là thành phần lý tưởng Cả nguồn dòng và áp đều có thể được giữ cố định hoặc thay đổi trong các động cơ nguồn dòng có điện áp trung bình Chúng ta sẽ tìm hiểu về các giao thức, kỹ thuật điều chế, phương diện điều khiển và ứng dụng thực tiễn Để đơn giản hóa quá trình phân tích, các bộ nghịch lưu sẽ được xem như các giao thức lý tưởng không tiêu tốn năng lượng, mặc dù một số điều kiện thực tế không lý tưởng cũng sẽ được đề cập.
2 Các bộ nghịch lưu nguồn áp một pha
Các bộ nghịch lưu nguồn áp (VSI) một pha được chia thành hai loại: bán cầu và toàn cầu Mặc dù công suất của chúng tương đối thấp, nhưng chúng vẫn được sử dụng phổ biến trong các bộ cung cấp nguồn (power supplies) và trong các hệ thống UPS một pha Ngoài ra, chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong các giao thức nguồn tĩnh phức tạp với công suất cao hiện nay.
2.1 Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha bán cầu.
Bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha bán cầu được minh họa trong Hình 3.2, với cấu trúc mạch sử dụng hai tụ điện lớn để tạo điểm trung tính N, mỗi tụ điện duy trì điện áp cố định vi/2 Do các hài dòng phát sinh từ hoạt động của bộ nghịch lưu chủ yếu là hài bậc thấp, việc sử dụng các tụ điện lớn (C+ và C-) là cần thiết để giảm thiểu ảnh hưởng của chúng.
Hình 3.2 Bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha bán cầu
Cần lưu ý rằng cả hai công tắc S+ và S- không thể hoạt động đồng thời để tránh gây ra ngắn mạch qua nguồn áp liên kết một chiều Hệ thống có hai trạng thái đóng ngắt xác định và một trạng thái không xác định, được mô tả trong bảng 3.1 Để ngăn ngừa ngắn mạch qua đường dẫn DC và tình trạng điện áp ngõ ra xoay chiều không xác định, kỹ thuật điều chế cần đảm bảo rằng tại mỗi thời điểm chỉ một trong hai công tắc của bộ nghịch lưu được bật.
Hình 3.3 minh họa dạng sóng lý tưởng cho bộ nghịch lưu bán cầu như trong hình 3.2 Các trạng thái của công tắc S+ và S- được xác định thông qua kỹ thuật điều chế, cụ thể là kỹ thuật điều chế sóng mang cơ bản PWM.
Hình 3.3 minh họa dạng sóng lý tưởng của bộ nghịch lưu nguồn áp bán cầu khi áp dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng sin với ma = 0.8 và mf = 9 Trong hình, (a) thể hiện các tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều chế, (b) và (c) mô tả trạng thái của các công tắc S+ và S-, trong khi (d) cho thấy điện áp ngõ ra xoay chiều Hình (e) trình bày chuỗi điện áp ngõ ra xoay chiều, (f) là dòng điện ngõ ra xoay chiều, (g) thể hiện dòng điện một chiều và (h) là chuỗi dòng điện một chiều Cuối cùng, (i) và (j) minh họa dòng điện của công tắc S+ và dòng của diode D+.
2.1.1 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản.
Điện áp xoay chiều ngõ ra vo = vAN cần đạt được theo dạng sóng sin bằng cách điều chỉnh thích hợp các khóa công suất Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) sử dụng sóng mang cơ bản để xác định trạng thái đóng, ngắt của các khóa trong bộ nghịch lưu Quá trình này được thực hiện bằng cách so sánh tín hiệu điều chế vc (điện áp ngõ ra xoay chiều mong muốn) với sóng tam giác v∆.
(tín hiệu sóng mang) Trong thực tế, khi vc > v∆ công tắc S+ đóng và công tắc S- ngắt. Tương tự, khi vc < v∆ công tắc S+ ngắt và công tắc S- đóng.
Trong trường hợp đặc biệt, tín hiệu điều chế vc là sóng sin với tần số fc và biên độ c, trong khi tín hiệu tam giác v∆ có tần số f∆ và biên độ ∆ Đây là phương pháp điều chế độ rộng xung sóng sin (SPWM) Hệ số điều chế ma, hay còn gọi là tỉ số biên độ điều chế, được xác định trong bối cảnh này.
Và hệ số tần số sóng mang mf (tỉ số tần số điều chế) là:
Biến tần đa bậc
Hiện nay, các nhà máy công nghiệp đang đối mặt với thách thức lớn trong việc sử dụng hệ thống công suất cao, mà biến tần đơn bậc không thể đáp ứng Biến tần đa bậc đang được phát triển tại các nước tiên tiến và cũng đang được nghiên cứu tại Việt Nam, mặc dù vẫn còn mới mẻ và đòi hỏi kiến thức chuyên sâu Chương này sẽ tập trung vào cấu tạo và phương thức điều khiển của biến tần đa bậc.
Biến tần hiện nay được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả tại Việt Nam cũng như trên thế giới Mặc dù có nhiều ưu điểm và ứng dụng hiệu quả, biến tần đơn bậc vẫn tồn tại một số hạn chế cần được khắc phục.
Sóng điện áp còn nhiều hài bậc cao, chưa thật sự gần sin
Trị số điện kháng Lf mạch lọc còn cao, dẫn đến tổn hao
Tổn hao trong quá trình đóng cắt (Psw) cao
Biến tần đa bậc đã được phát minh để khắc phục công suất truyền tải còn thấp (Pcond) và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người.
Hình 1.0 Mô hình biến tần đa bậc động cơ không đồng bộ
Trong các đồ thị dưới đây nói về ưu điểm biến tần bậc cao so với biến tần bậc thấp hơn.
Hình 1.2 Đồ thị miêu tả ưu điểm của biến tần đa bậc.
Khi sử dụng biến tần đa bậc, chỉ số tổng hài (THD) giảm, tần số thấp (Lf) giảm và công suất truyền tải tăng, đồng thời công suất tổn hao cũng thấp Điều này xảy ra vì số bậc biến tần càng cao, dạng sóng điện áp ngõ ra càng gần với hình sin, dẫn đến việc bộ lọc hoạt động hiệu quả hơn và giảm thiểu tổn hao do cảm kháng của bộ lọc.
Biến tần đa bậc là khái niệm liên quan đến sự thay đổi điện áp giữa các đầu pha tải (điểm a, b, c với điểm 0) của nguồn điện, cho phép điện áp thay đổi giữa hai hoặc nhiều mức khác nhau Chẳng hạn, trong biến tần hai bậc, điện áp có thể dao động giữa +Udc/2 và -Udc/2 Sự thay đổi này gây ra dV/dt lớn và hiện tượng điện áp common-mode quan trọng Để khắc phục những vấn đề này, bộ nghịch lưu đa bậc được sử dụng, nhờ tính phổ dụng của nó mà được gọi là biến tần đa bậc.
1.2 Neutural point clamped inverter NPC
Bộ nghịch lưu ba bậc trên sơ đồ sử dụng điện áp từ nguồn DC, với điện áp trên mỗi tụ điện tương đương Mỗi điểm pha a, b, c có khả năng kết nối với các điểm 0, n, p thông qua các sơ đồ đóng ngắt đa dạng của khóa bán dẫn.
Các mức điện áp pha a có thể đạt được như sau:
Theo các tính toán, điện áp đặt trên các điốt trong mô hình NPC bậc cao hơn sẽ cao hơn so với các điốt khác, điều này tạo ra một nhược điểm cho mô hình NPC.
Hình 1.5b Mô hình bộ nghịch lưu NPC 3 bậc, 5 bậc hay n bậc.
Do mất đối xứng trong thời gian nạp xả tụ mà điện áp tụ trở nên mất cân bằng.
1.2.1 Ưu điểm chính của mô hình là
Giảm thành phần sóng hài
Giảm dV/dt ( bằng một nửa so với bộ nghịch lưu hai bậc)
Mức độ chịu đựng điện áp trên các điốt là khác nhau
Điều khiển PWM phức tạp hơn bậc hai
Vấn đề cần bằng áp tụ DC-links là khá phức tạp
2 Cấu trúc biến tần đa bậc ( bộ nghịch lưu đa bậc)
Hiện nay có một số loại nghịch lưu như sau:
1 Nghịch lưu dạng điốt kẹp ( Neutural Point Clamped Multilevel Inverter NPC)
2 Nghịch lưu đa bậc dạng Cascade( Cascade Multilevel Inverter)
3 Nghịch lưu đa bậc dạng Flying Capacitor
Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dạng Cascade, lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1975, sử dụng nguồn DC riêng và bao gồm nhiều bộ nghịch lưu cầu một pha được mắc nối tiếp.
Sử dụng quy tắc kích đối nghịch cho từng cặp S1-S4 và S2-S3, mỗi bộ nghịch lưu áp cầu một pha sẽ tạo ra điện áp đầu ra ba mức là –U, 0, U Sự kết hợp của n bộ nghịch lưu cầu 1 pha trên nhánh tải sẽ tạo ra điện áp đầu ra đa dạng.
1 n mức điện áp dương (U, 2U,…, nU)
2 n mức điện áp âm (-U, -2U,…, -nU)
Bộ nghịch lưu 5 bậc dạng Cascade bao gồm hai bộ nghịch lưu cầu 1 pha mắc nối tiếp trên mỗi pha, cho phép tạo ra điện áp giữa điểm pha a và điểm 0 với 5 bậc khác nhau Để dễ hiểu, các khóa bán dẫn có thể được hình dung như các công tắc cơ khí Mỗi nhánh pha trong biến tần cascade được hình thành từ việc ghép nối các cầu H (H-bridge) nối tiếp, và số nhánh pha sẽ xác định số dãy ghép song song, như minh họa trong hình.
Từ lí luận này ta dễ dàng chuyển đổi mô hình 2.3 hay một bộ nghịch lưu đa bậc dạng cascade thành mô hình 1.4 đơn giản hơn như hình dưới:
Hình 1.4 Mô hình đơn giản hóa bộ nghịch lưu đa bậc dạng Cascade
Dễ dàng thiết kế thành các môđun lắp ráp dễ dàng tăng số bậc lên
Mỗi mođun gồm 1 nguồn DC, một tụ lọc và một mạch cầu 1 pha H-bridge
Đối với hệ thống cung cấp AC, các điốt chỉnh lưu đóng vai trò là mạch cầu đa xung làm giảm méo dòng điện cho nguồn cung cấp.
Dạng sóng đầu ra với thành phần hài rất thấp, mặc dù tần số đóng cắt khóa cũng thấp, nên được sử dụng phổ biến Tuy nhiên, dạng sóng này yêu cầu nhiều nguồn một chiều để hoạt động hiệu quả.
Nhược điểm chính của hệ thống là việc không sử dụng nguồn DC độc lập, mà thay vào đó là sử dụng các máy biến thế Chẳng hạn, một bộ nghịch lưu 5 bậc dạng Cascade yêu cầu một máy biến áp với 1 đầu vào và 2 đầu ra, dẫn đến tổng cộng 6 đầu ra cho ba pha Điều này không chỉ làm tăng kích thước và giá thành của hệ thống mà còn gây ra tổn hao lớn cho máy biến áp.
Với sơ đồ ba bậc các mức điện áp đạt được như sau:
VAN = Vdc/2 khi S1 = S2 = 1 VAN = 0 khi S2= S3 = 1 VAN = -Vdc/2 khi S3 = S4 = 1
Tụ C nạp điện khi cặp S1, S4 được bậc và xả điện khi S2 = S3 =1 Quá trình nạp xả
Cân bằng áp tụ dễ dang hơn
Có số lựợng tụ lớn
Giải thuật PWM khá phức tap
Giản đồ vector và dạng sóng dòng áp
Hình 1.5d Hình miêu tả mô hình cấu phúc phối hợp
Mô hình cấu trúc biến tần kết hợp giữa Cascade và NPC, cụ thể là sự kết hợp giữa NPC ba bậc và kết nối Cascade của các cầu H năm bậc, giúp nâng cao số bậc một cách dễ dàng Tuy nhiên, do độ phức tạp trong tính toán và thiết kế, mô hình này thường ít được áp dụng trong thực tế.
3 So sánh về các dạng nghịch lưu đa bậc.
Mặc dù mỗi loại nghịch lưu có những ưu nhược điểm riêng, hai dạng phổ biến nhất là NPC và Cascade Nhược điểm của mô hình phối hợp NPC và Cascade là sự phức tạp trong phương thức điều khiển Trong khi đó, phương thức sử dụng tụ điện gặp khó khăn do điện áp nạp và xả của mỗi tụ khác nhau khi làm việc với số bậc lớn, dẫn đến tình trạng mất cân bằng áp tụ.
3.1 Phương pháp Sin PWM (Ứng dụng ở tần số khá cao f < 9500Hz)
Phương pháp này áp dụng sóng điều chế dạng Sin để so sánh với sóng mang dạng tam giác, nhằm tạo ra giản đồ kích đóng cho các linh kiện Bộ nghịch lưu m bậc sẽ được sử dụng với m.
1 sóng mang cùng tần số fc, cùng biên độ Ac, sóng điều chế có biên độ Am, tần số fm.
Giới thiệu biến tần ACS 150
– Một pha: 200 v – 240v (+-10%) – Tần số : 48 – 63 Hz
2.Cấu trúc tổng quan của biến tần ABB
3 Bảng điều khiển tichd hợp trên mặt máy gồm : bàn phím + màn hinh hiển thị
4 Nút thay đổi tần số : SPEED
5 Cổng kết nối truyền thông
9 Kết nối nguồn cung cấp , kết nối với motor 10-11-12 Giá đỡ dây nối ngõ vào in/out
3.Chi tiết về sơ đồ kết nối in/ out của biến tần ABB ACS 150
4.Cách kết nối nên tránh ở ngõ ra của biến tần
5.Sơ đồ kết nối IN/OUT
S1 : chọn tín hiệu analog điều khiển là dòng hay áp – Dòng từ 0(4) -> 20 mA
Các ngõ vào DI có chức năng được cài đặt khác nhau, tùy thuộc vào từng phương thức kết nối Ngoài ra, DI5 cũng cho phép cài đặt để nhận tần số từ nguồn bên ngoài.
6.Chức năng từng phím trên mặt máy
1 Màn hình hiển thị LCD chia thành 5 vùng
Phía trên bên trái – Chọn cách thức điều khiển LOC : Điều khiển từ bàn phím
REM là chức năng điều khiển từ xa, với đơn vị giá trị hiển thị nằm ở phía trên bên phải Màn hình trung tâm cung cấp thông tin chung, tham số hiển thị và giá trị tín hiệu Menu hoặc bảng danh sách, đồng thời hiển thị các lỗi cảnh báo nếu có Phía dưới bên trái hiển thị trạng thái hoạt động, trong khi phía dưới bên phải cho biết chế độ FRW/REV SET được sử dụng để cài đặt tham số hoặc giá trị.
2 RESET/EXIT : Thoats ra khỏi MENU , hoặc lúc cái đặt tham số mà không cần lưu , hoăc reset khi bi lổi hay có cảnh báo
3 MENU/ENTER : cho hiển thị menu lưu khi cài đặt giá trị , hiển thị giá trị cài đặt mới
4 UP: chọn các mục trong MENU hoặc LIST
Chọn giá trị nhanh hơn
5 DOWNọn các mục trong MENU hoặc LIST
Chọn giá trị nhanh hơn
6 LOC/REM : chọn phương thức điều khiển
7 DIR : thay đổi chiều quay của động cơ
8 STOP : Dừng quay động cơ khi điều khiển ở chế độ LOC
9 STAST : Cho quay động cơ khi điều khiển ở chế độ LOC
10 Potentiometer : Thay đổi tần số khi điều khiển ở chế độ LOC
Dùng các phím , , , để chọn các chọ càn cài đặt trong MENU
8.Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ SHORT PARAMETER MODE “
Cách cài đặt và lưu giá trị tham số thực hiện giống các bước ở trên:
1105 Cài đặt giá trị lớn nhất từ tần số bên ngoài REF1 1202,1203,1204 Cài đặt tốc độ ( điều khiển tần số ngõ ra) 1,2,3
1301 Cài đặt phần trăm nhỏ nhất tín hiệu analog vào
2008 Cài đặt giá trị lớn nhất điều khiển tần số ngõ ra
2102 Chọn chức năng dừng của motor
2202 Chọn thời gian tăng tốc để đạt giá trị mong muốn
2203 Thời gian giảm tốc để dùng động cơ Điều khiển motor
Bằng tay : nhấn phím LOC/REM , khi màn hình hiển thị LOC
- Nhấn RUN motor chạy , stop dừng
- Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách vặn nút SPEED (hình bên)
- Thay đổi chiều động cơ bằng cách nhấn nút FW/RS
Điều khiển bằng REMOTE CONTROL
- Nhấn phím LOC/REM , khi màn hình hiển thị REM
- Một số cài đặt :Dòng AI điều khiển từ bên ngoài nối vào chân AI
DI 1 = ON Dừng Động cơ
9 Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ LONG PARAMETER MODE “ :
Các thao tác gần giống cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ SHORT PARAMETER MODE “
10.Một số sơ đồ kết nối dây IN/ OUT ABB khuyên dùng (macro) 10.1 ABB Standard macro
Macro này dùng để điều khiển động cơ ở một tốc độ xác định
DI3 DI4 TỐC ĐỘ HOẠT ĐỘNG
0 0 Tốc độ được cài đặt tư mặt máy potentiometer
=1 : cài đặt thời gian ở các lệnh 2205 và 2206
Macro này gần giông macro ABB Standard macro chỉ kác ở chổ DI1, DI2 tích cực khi có xung cạnh lên hay xuống của tín hiệu
0 0 Tốc độ được cài đặt tư mặt máy potentiometer
DI3 DI4 TỐC ĐỘ HOẠT ĐỘNG
0 0 Tốc độ được cài đặt tư mặt máy potentiometer
(1) Nếu DI3 và DI4 điều hoạt động hoặc không hoạt động thì tần sô chuẩn sẻ không thay đổi.
11 Tín hiệu điều khiển kết nối từ bên ngoài
– Voltage signal : 0(2) – 10v ,Rin > 312 kohm – Current Signal : 0(4) – 20 mA , Rin = 100ohm
Sơ đồ kết nối khi ngõ vào là tín hiệu Dòng:
Có 5 ngõ vào số từ DI1 – DI5 Tùy vào cài đặt của máy mà mỗi ngõ vào số sẽ co chức năng tương ứng
12 Điều khiển 12.1 Điều khiển bằng tay với sự hổ trợ màn hình và bàn phím
Nhấn vào nút LOC trên mặt máy màn hình hiển thị LOC ở bên phải : tức chọn chế độ điều khiển bằng tay
– Volum Speed để tăng giảm tần số chọn – Nhấn nút Start : Động cơ bắt đầu chạy – Nhấn nút stop : Động cơ dừng
Muốn thay đổi tốc độ động cơ ta vặn họn volum SPEDD , tần sốs hiển thị trên màn hình thay đổi -> tố độ động cơ thay đổi
12.2 Điều khiển bằng các thiết bị ngoại vi bên ngoài: ( WIN CC + PLC + MODUL EM 235 )
Nhấn vào nút LOC trên mặt máy màn hình hiển thị REM ở bên phải : tức chọn chế độ điều khiển từ thiệt bị bên ngoài
Tùy vào cách cài đặt cách nố dây ddể điều khiển từ bên ngoài khác nhauKểt nối sơ đò dây như sau:
EM235
EM 235 là mô-đun analog hỗ trợ PLC, cụ thể là CPU 224 của Siemens, giúp xuất tín hiệu tương tự ra bên ngoài để điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Nguồn Cung cung cấp : 24VDC
Có 4 ngõ vào analog (dòng /áp)/ 1 ngõ ra analog ( dòng/ áp)
Sơ đồ cấu trúc vào ra cung Modul analog EM235
Các swith từ 1 – 6 dùng để chọ tín hiệu ngõ ra phù hợp với tín hiệu điều khiển mô tả chi tiét ở bảng sau:
Attenuation : hệ số suy giảm
PLC
– Điện áp cấp nguồn: 15 ÷ 30VDC – Ngõ vào tích cực: 15 ÷ 30VDC – Điện áp tại ngõ ra: 15 ÷ 30VDC
2 Sơ đồ khối cấu tạo của PLC
Có các loại PLC S7-200 (Siemens):
Các loại PLC thông thường: CPU222, CPU224, CPU224XP, CPU226 Theo loại điện áp người ta phân ra 2 loại:
– Loại cấp điện áp 220VAC : Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra rơ le
– Loại cấp điện áp 24VDC : Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( 15VDC – 30VDC) Ngõ ra : Ngõ ra Transistor
3 Ứng dụng xuất sung tốc độ cao
CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1), dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài
Việc điều rộng xung được thực hiện thông qua định dạng Wizard, với hai phương pháp chính: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM).
Loại này xuất ra ngừ ra giỏ trị Ton = 50%T, điện ỏp trung bỡnh = ẵ VDC
Để xác định chu kỳ thời gian, cần sử dụng SMW68 cho Q0.0 và SMW78 cho Q0.1 Đối với chu kỳ phát xung, SMW70 cho Q0.0 và SMW80 cho Q0.1 sẽ được áp dụng Để xác định số xung điều khiển, sử dụng SMD72 cho Q0.0 và SMD82 cho Q0.1 Các Byte định dạng SMB67 cho Q0.0 và SMB77 cho Q0.1 cũng rất quan trọng trong quá trình này.
Result of executing the PLS instruction
Control Select PTO Segment Pulse Cycle
16#89 Yes PTO Single 1 ms/cycle Load
16#8C Yes PTO Single 1 ms/cycle Load
16#8D Yes PTO Single 1 ms/cycle Load Load
16#A0 Yes PTO Multiple 1 às/cycle
16#A8 Yes PTO Multiple 1 ms/cycle
3.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) Ứng dụng này điều rộng xung theo tỷ lệ tùy ý Ton = 0 ÷ 100% T Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Result of executing the PLS instruction
Control Register (Hex Value) Enable Select
16#D1 Yes PWM Synchronous 1 às/cycle Load
16#D2 Yes PWM Synchronous 1 às/cycle Load
16#D3 Yes PWM Synchronous 1 às/cycle Load Load
16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load
Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0) SMB77 ( cho Q0.1) Ngoài ra:
Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 : Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 : Xác định chu kì phát xung SMD72 SMD82 : Xác định số xung điều khiển
4 Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC) Định dạng bộ đếm tốc độ cao theo trình Wizard của Step 7 Micro Win Ta thực hiện các bước sau:
Chọn chế độ cho HSC: Định dạng bộ đếm
Chế độ Miêu tả Input
3 Đếm lên xuống với điều khiển hướng bên ngoài Nhịp Hướng
6 Đếm lên xuống với hai xung nhịp Nhịp lên Nhịp xuống
9 Đếm lên xuống với 2 xung AB vuông pha từ Encoder Nhịp A Nhịp B
12 Chỉ có HSC0 và HSC3 hổ trợ Chế độ 12
HSC0 đếm số xung và xuất ra Q0.0 HSC3 đếm số xung và xuất ra Q0.1
- Các bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC:
HDEF Control Bits(used only when HDEF is executed)
HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description
SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0 Active level control bit for Reset**:
1 = Reset active low SM47.1 SM57.1 Active level control bit for Start**:
1 = Start active low SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2
Counting rate selection for Quadrature counters:
1 = 1x counting rate Các bit điều khiển:
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3
1 = count up SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4
Write the counting direction to the HSC:
1 = update direction SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5
Write the new preset value to the HSC:
SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6
Write the new current value to the HSC:
1 = update current SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 Enable the HSC:
1 = enable the HSC Các bit trạng thái:
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 Not used
SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.0 SM156.1 Not used
SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.0 SM156.2 Not used
SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.0 SM156.3 Not used
SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.0 SM156.4 Not used
SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.0 SM156.5
Current counting direction status bit:
SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.0 SM156.6
Current value equals preset value status bit:
SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.0 SM156.7
Current value greater than preset value status bit:
WINCC
1 Giới thiệu WinCC (Windows Control Center)
Các bước để tạo một Project trong WinCC – Khởi động WinCC
– Tạo một Project mới – Cài đặt Driver kết nối PLC – Tạo các biến
– Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng – Cài đặt thông số cho winCC Runtime – Chạy chương trình (Activate)
Nhấn nút Start – Simatic – WinCC – Windows Control Center
4 Cài đặt Driver kết nối PLC
Hộp thoại xuất hiện chọn Driver: OPC.chn
5 Tạo các biến 5.1 Biến nội
Hộp thoại Tag Properties xuất hiện
Phải chuột vào Tag Management chọn Add New Driver
Phải chuột vào Internal tagsChọn New Tag…
5.2 Biến ngoại: Sử dụng PC Access
Khởi động PC Access – File – New chọn
Tên PLC Địa chỉ PLC (từ 1 đến 126)
Chọn Tên Tag và kiểu dữ liệu chọn xong bấm OK
Hộp thoại Item Properties xuất hiện:
Sau khi tạo xong các biến ta tiến hành tạo liên kết với WinCC Để tạo các biến ngoại ta chọn New - Item
Hộp thoại OPC Item Manager :
Trong màn hình WinCC phải chuột vào OPC Groups chọn System Parameter
Chọn Browse Server – đánh dấu vào Read Access và Write Access
Sau đó chon Add và chọn tiếp S7200 – OPCServer và Finish
6 Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng
Hộp thoại Graphics Designer xuất hiện:
Trong màn hình này ta tạo các vùng liên kết, các nút nhấn và đồ thị hiển thị… Và chỉnh sửa sao cho phù hợp với người dùng.
7 Cài đặt thông số cho winCC Runtime
Trên cửa sổ WinCC Explorer click chuột phải vào mục Computer, chọn Properies sau đó Chọn Properties lần nữa.
Trên tab Graphics Runtime chọn trang màn hình khởi động, và đặt các thuộc tính cho màn hình giao diện
Phải chuột vào GraphicsDesigner chọn New Picture
Cuối cùng nhấn Active để chạy chương trình.
ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN
I Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển motor
II Điều khiển bằng tay
1 Cài đặt thông số biến tần
2 Nhấn phím LOC/ REM trên bàn phím điều khiển , cho màn hình hiển thị chữ LOC bên phải màn hình
3 START -> động cơ hoạt động , SPEED thay đổi tần số -> thay đổi tốc độ động cơ
4 FW/RS : chọn chiều quay của động cơ
III Điều khiển bằng WIN CC + PLC _ MODUL E235 1.Cài đặt thông số
Menu -> PAR L -> - 10- ( START/STOP/DIR) -> 9 ( tức họn 2 ngõ vào số DI1 DI2 )
2 Chương trinh điều khiển PLC + WICC 2.1 Chương trình PLC
2.2 Tạo Item trong PC Access
Chương 3 đánh giá và kết luận, chúng em đã hoàn thành việc điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ bằng biến tần ABB – ACS150, áp dụng cho cả hai chế độ hoạt động.
- Bằng phím chức năng ở mặt máy
- Thông qua giao tiếp PLC
Do thời gian và kiến thức có hạn, đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn sinh viên để hoàn thiện đề tài này hơn nữa.