Đồ án môn học truyền động điện điều khiển động cơ sử dụng biến tần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍMINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Điều khiển động cơ sử dụng biến tần

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓALớp: 17DTDA1

Giảng viên hướng dẫn: Huỳnh Phát Huy

Nguyễn Văn Thiện 1711050075

Page 2 of 48GVHD: Huỳnh Phát Huy

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài:

Tên đề tài: Bộ điều khiển động cơ sử dụng biến tần

Nội dung nhiệm vụ: Hoàn thành thiết kế bộ điều khiển và báo cáo đồ án

môn học

Kết quả tối thiểu phải có: Bộ điều khiển hoạt động và hoàn thành báo cáo

đồ án môn học đúng kì hạn

Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

TP HCM, ngày 15 tháng 1 năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn: HUỲNH PHÁT HUY

Nhóm trưởng: Hồ Đại Dương Lớp: 17DTDA1

Tên đề tài: Bộ điều khiển động cơ sử dụng biến tần

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 1 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(ký tên và ghi rõ họ tên)

Mục Lục

Chương 1Giới thiệu tổng quan đề tài 6

1 1 Tìm hiểu cơ bản về nguyên lý của biến tần 6

Chương 2Giới thiệu thiết bị 8

2 2 5 Thông số kỹ thuật của vỏ tủ: 20

Chương 3Thiết kế thi công 22

Chương 4DANH SÁCH THÔNG SỐ 2

Chương 5BẢNG HIỂN THỊ MÃ LỖI (FAULT) 21

5 1 Thuyết minh 48

5 1 1 Chạy tần số cố định với cấp độ 1,2,3 chạy thuận nghịch 48

5 1 2 Chạy ở chế độ PID 48

Chương 6Chương IV: Kết luận 50

6 1 Ưu điểm: 50

6 2 Nhược điểm: 50

6 3 Tài liệu tham khảo: 51

Chương 1 Giới thiệu tổng quan đề tài

1.1Tìm hiểu cơ bản về nguyên lý của biến tần

Về nguyên tắc cơ bản thì biến tần là thiết bị có khả năng chuyển đổi điện áp và tần số thích hợp để điều khiển tốc độ động cơ 3 pha trong dải tần số giới hạn của cả biến tần và motor

Lưu ý biến tần chỉ có thể sử dụng cho motor 3 pha, nếu dùng cho những thiết bị khác có thể gây cháy nổ cả thiết bị lẫn biến tần Thường thì ngõ ra của một số dòng biến tần hiện nay có tần số lên tới cả 1000hz, chính vì vậy có thể tạo ra tốc độ rất cao cho motor được điều khiển.

Biến tần được sử dụng trong rất nhiều loại máy móc khác nhau như băng tải, máy nén khí, cầu trục, máy in ống đồng với mục đích chính là tạo ra tốc độ cần thiết cho tốc độ của động cơ 3 pha.

Hình 1.1: Một số loại biến tần của hãng Yaskawa

Trong thực tế đã có ví dụ về một nhà máy, vì muốn tăng năng suất đã đồng loạt mua biến tần về gắn cho động cơ tăng tần số lên từ 80hz-90hz để chạy Năng suất nhà máy tăng lên từ 10-20% so với lúc chưa gắn biến tần, tuy nhiên sau 1-2 năm thì động cơ có gắn biến tần để tăng tốc dần dần bị hư hỏng rất nhiều.

Khi so sánh giữa phần năng suất tăng thêm và chi phí cho việc gắn biến tần cũng như thay thế motor hỏng thì tính ra vẫn không có lợi nhiều Chính vì vậy cần tính toán thật kỹ trước khi ra quyết định mua biến tần để tăng tốc độ cho động cơ 3 pha.

Hình 1.2: Các bộ phận chính và cơ bản của một hệ thống sử dụng biến tần

Chương 2 Giới thiệu thiết bị2.1Biến tần:

Dòng biến tần CIMR-J7AA20P2

Thông số kỹ thuật Biến tần Yaskawa V1000:

+ Nguồn cấp: 1 Phase 200V, 3 Phase 200V, 3 Phase 400V + Tần số: 50÷60Hz

+ Công suất:0.1÷15Kw

+ Chức năng vận hành: Điều khiển đa tốc độ, Điều khiển AVR, PID, tự động reset khi có lỗi.

+ Tự động dò chức năng, kết nối truyền thông RS 485.

+ Bảo vệ quá áp, sụt áp, quá tải, nhiệt độ quá cao, lỗi CPU, lỗi bộ nhớ, chạm mát đầu ra khi cấp nguồn.

+ Tiêu chuẩn bảo vệ: IP 20

Thiết bị mở rộng:

+ Mạch kết nối profibus-DP, Lonwork, Mechatrolink, CANopen, CC-Link, DeviceNet.

+ Lọc xoay chiều đầu vào, lọc 1 chiều, màn hình kéo dài LCD.

Thông số kỹ thuật Biến tần Yaskawa V1000:

+ Nguồn cấp: 1 Phase 200V, 3 Phase 200V, 3 Phase 400V + Tần số: 50÷60Hz

+ Công suất:0.1÷15Kw

+ Chức năng vận hành: Điều khiển đa tốc độ, Điều khiển AVR, PID, tự động reset khi có lỗi.

+ Tự động dò chức năng, kết nối truyền thông RS 485.

+ Bảo vệ quá áp, sụt áp, quá tải, nhiệt độ quá cao, lỗi CPU, lỗi bộ nhớ, chạm mát đầu ra khi cấp nguồn.

+ Tiêu chuẩn bảo vệ: IP 20

Hình 2.1: Biến tần FVR-C11 hãng Fuji-Electric

2.1.1Nút nhấn chạy cấp 1 , 2 ,3 và stop

Đặc điểm - Nút nhấn chuyển mạch sử dụng trong các mạch điều khiển công nghiệp của AC 50Hz hoặc 60Hz,

Loại nhấn đề (Nhấn - Nhả)

Dải Điện áp: AC 50Hz/60Hz, AC380V/DC220V Tiêu chuẩn: IP40

Tiêu chuẩn: IEC/EN60947-5-1

Hình 2.2 Nút nhấn khẩn cấp LA38/203

Thông số kỹ thuật

Nút nhấn Công nghiệp LA38 nhấn nhả phi 22

Mã sản phẩm: Nút nhấn công nghiệp LA38 Nhấn nhả Phi 22Điện áp tải Max: 440V

Dòng điện tải max: 10AMàu sắc: Đỏ vàng, xanh lá.Kích thước: 66x 36x 29mm

2.1.2 Công tắc xoay 2 và 3 vị trí IDEC:

Hình 2.3: Công tắc xoay Idec YW1S-3E20

Công tắc 2, 3 vị trí IDEC dòng YW1S thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian, độ dày của tiếp điểm là 10 mm.

Khối tiếp điểm phụ có thể tháo rời và lắp đặt dễ dàng.

Ứng dụng của Công tắc 2, 3 vị trí IDEC YW1S series: Dùng để đóng,

2.1.3Chiết áp:

1 Biến trở là gì?

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

Hình 2.6: Hình ảnh biến trở

2.22 Cấu tạo của biến trở

Nhìn từ bên ngoài, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

- Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn - Con chạy/chân chạy Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng.

- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực được cố định ởđầu của điện trở Các cực này được làm bằng kim loại Cực còn lại là một cực dichuyển và thường được gọi là cần gạt Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyếtđịnh giá trị của biến trở.

Hình 2.7: Cấu tạo biến trở

Các vật liệu có trở kháng là nguyên vật liệu chính được sử dụng để tạo ra những chiếc biến trở, cụ thể như sau.

Carbon hay còn được gọi là biến trở than: Đây là vật liệu phổ biến nhất cấu thành từ những hạt carbon Chi phí rẻ nên được sản xuất với số lượng lớn tuy nhiên độ chính xác không cao

Dây cuốn: Loại dây này thường sử dụng dây Nichrome với độ cách điện cao Do đó mà chúng được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao đòi hỏi độ chính xác Tuy nhiên độ phân giải của nhiên liệu này chưa thực sự tốt.

Nhựa dẫn điện: Thường bắt gặp trong các ứng dụng âm thanh cao cấp Tuynhiên chi phí cao khiến chúng bị hạn chế.Cermet: Đây là loại vật liệu rất ổn định Tuy nhiên tuổi thọ của chúng khôngcao và giá thành lớn.

2.2.1Đèn báo:

Dùng loại đèn báo chịu được điện thế 220 ~ 230 VAC từ đầu ra

Hình 2.7: Các loại đèn báo 220 VDC/AC dễ tìm thấy ở các cửa hàng điện tử

2.2.2Động cơ:

Chức năng chính trong mô hình:

Động cơ AC 2IJ3GA-C2 được sử dụng để làm băng tải trong mô hình đồ án.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Loại động cơ được sử dụng trong mô hình là động cơ một chiều không chổi than, mặc dù có tên là “mộtchiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều Ta sẽ nói lý do tại sao nó có tên như vậy ở phần sau.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ (tức là rotor quay cùng tốc độ với từ trường quay) có phần cảm là nam châm vĩnh cửu Dựa vào dạng sóng sức phản điện động stator của động cơ mà trong nhóm này ta có thể chia thành 2 loại:

Động cơ (sóng) hình sin

Động cơ (sóng) hình thang

2.2.3Dây cáp điện Cadivi

Dựa theo catalog của biến tần, chúng em tính được loại dây điện phù hợp với biến tầng cũng như đáp ứng được sự biến thiên của dòng áp và điện thế cũng như tần số chạy qua trên dây dẫn

Dây cấp nguồn đầu vào biến tần

Hình 2.18: Dây Cadivi màu xanh tiết diện 1.5 mm2

Hình 2.20: Mặt trước vỏ tủ điện

2.2.5Thông số kỹ thuật của vỏ tủ:

Chất liệu: nhựa - Màu sắc: màu kem Cánh cửa: cửa nổi

Khóa tủ: khóa tròn chìa rời Đế bên trong: đế kim loại

Kích thước (cm) (Dài x Rộng x Cao): 30 x 40 x 20

Chức năng: Bảo vệ các thiết bị điện bên trong hoạt động một cách tốtnhất, vỏ tủ điện nhựa có thể chống nước, sử dụng được trong nhà và ngoài trời, đảm bảo an toàn đến người sử dụng

Hình 2.21: Tủ có khoá, an toàn khi để trong nhà

Chương 3 Thiết kế thi công

 Chọn biến tần có công suất >= 0.24kW

điều kiện biến tần chạy động cơ được chọn

Tuy nhiên việc sử dụng biến tần nhỏ chạy cho motor lớn chỉ áp dụng đối với trường hợp bắt buộc do không có giải pháp nào khác, bởi vì khi dùng như thế thì độ bền của biến tần sẽ không cao

Do vậy thiết bị sẽ bị nóng trong quá trình hoạt động dẫn tới việc nhanh hư hỏng các thiết bị

Hình 3.2: Biến tần j7 CIMR-J7AA20P2

-Khả chịu dòng lớn nhất (KA): 33KA -Tiêu chuẩn: IEC/EN60269

-Cáp kết nối: 2.5-10

-Kích thước fuse: 10X38mm

-Kích thước fuse hole: 18X60X78mm-Kích thước rail: 35MM DIN RAIL

Hình 3.4: Sơ đồ kết nối thiết bị

Sơ đồ nguyên lý là loại sơ đồ chỉ nói lên mối liên hệ về điện mà không thể hiện vị trí lắp đặt cách sắp xếp các phần tử của mạch điện và được dùng trong nghiên cứu nguyên lý hoạt động của mạch điện và các thiết bị điện

 Có thể mô phỏng sơ đồ nguyên lý qua các phần mềm vẽ mạch như AutoCad, SolidWorks, Viso,…

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý đấu nối biến tần

Tài liệu hướng dẫn cài đặt VS mini J7

- Page 1

-3.2.4 Cài đặt biến tần

Tài liệu hướng dẫn cài đặt VS mini

01 Mật khẩu 1 : n01 có thể được hiển thị và cài đặt,n02 tới n79 chỉ hiển thị 2 : n01 tới n79 có thể được xem và cài đặt

giá trị

6 : Xoá bộ nhớ lỗi (fault history) 8 : Đưa các thông số trở về giá trị mặc định

ban đầu trong chế độ điều khiển logic 2 dây

9 : Đưa các thông số trở về giá trị mặc định ban đầu trong chế độ điều khiển logic 3 : Đầu vào analog FR, FC (0 – 10V) 3 : Đầu vào analog FR, FC (4– 20mA) 4 : Đầu vào analog FR, FC (0 – 20mA)

0 : Cho phép động cơ quay ngược 1 : Cấm động cơ quay ngược

2 : Phím Stop chỉ có tác dụng khi biến tần

được điều khiển từ bộ giao diện điều khiển (Digital Operator)

giảm tốc 17* Thời gian

giảm tốc 1 Đặt thời gian cho tần số output giảmtừ 100 xuống 0%

* Có thể thay đổi trong khi biến tần đang hoạt động.

Tương tự như thông số n16 Có tác dụng khi thời gian tăng tốc 2 được chọn bằng đầu vào số đa chức năng.

19* Thời gian

giảm tốc 2 Tương tự như thông số n17 Có tác dụngkhi thời gian giảm tốc 2 được chọn bằng đầu vào số đa chức năng.

Cài đặt giới hạn trên của tần số tham chiếu trong đơn vị % Đặt 100% tương ứng với

giá trị tần số output Max trong n09

Cài đặt giới hạn dưới của tần số tham chiếu trong đơn vị % Đặt 100% tương ứng với

giá trị tần số output Max trong n09

Đặt dòng điện định mức của động cơ Nó được dùng làm giá trị tham chiếu cho chức năng bảo vệ nhiệt bằng điện tử để phát hiện

quá tải động cơ Chức năng bảo vệ quá tải động cơ sẽ bị vô hiệu hóa khi thông số này 2 : Motor dùng riêng cho biến tần

2 : Không bảo vệ động cơ

Đặt hằng thời gian cho bảo vệ quá nhiệt động cơ Khi dòng điện động cơ vượt quá dòng định mức n32 liên tục trong suốt hằng thời gian này, rơle nhiệt sẽ tác động báo lỗi quá tải động cơ.

1 – 60 min.

1min 8min.

0 : Quạt chạy khi biến tần Run Quạt tắt sau 1 phút khi biến tần Stop 1 : Quạt chạy khi biến tần được cấp nguồn.

2 : Lệnh quay ngược chiều trong điều khiển logic 2 dây

3 : Lỗi bên ngoài (NO) 4 : Lỗi bên ngoài (NC) 5 : Xóa lỗi

6 : Tham chiếu tốc độ đa cấp 1 7 : Tham chiếu tốc độ đa cấp 2 8 : Tham chiếu tốc độ đa cấp 3 10 : Lệnh chạy tần số Jog

11 : Chọn thời gian tăng tốc/giảm tốc 2 12 : Lệnh ngắt các đầu ra của biến tần (NO) 13 : Lệnh ngắt các đầu ra của biến tần (NC)

0 : Lệnh chạy thuận /nghịch trong điều khiển logic 3 dây

2 22 : Cài đặt giống như thông số n36

1 : Báo lỗi (ON: biến tần bị lỗi) 2 : Đang chạy (ON : biến tần đang chạy) 6 : Phát hiện quá momen (NO) 7 : Phát hiện quá momen (NC) 10: Báo động alarm (ON: alarm đang

được phát hiện)

11 : Lệnh ngắt đầu ra biến tần đang hiệu lực (ON: lệnh ngắt đầu ra biến tần

đang thực hiện)

12 : Chế độ hoạt động của biến tần (ON: biến tần đang hoạt động ở chế độ

tại chỗ LOCAL)

13 : Biến tần đang sẵn sàng (ON: biến tần sẵn sàng chạy)

14 : Thử lại với lỗi (ON: thử lại với lỗi, biến tần xóa chức năng thử lại với lỗi

trong thông số n48) 15 : Phát hiện thấp áp (ON: điện áp DC

bus đang bị thấp)

16 : Quay ngược chiều (ON: động cơ đang quay ngược chiều)

17 : Đang tìm tốc độ (ON: đang tìm tốc độ) 18 : Đang truyền thông (ON: biến tần đang

truyền thông với mạng)

0 – 7, 10 – 18

Đặt mức tham chiếu trong đơn vị % khi đầu vào analog là 10V (20mA) 100% tương ứng với tần số tham chiếu là tần số max trong

Đặt mức tham chiếu trong đơn vị % khi đầu vào analog là 0V (4mA hay 0mA) (10V tương ứng với tần số max n09)

1 : Giám sát dòng điện động cơ (10V tương ứng với dòng điện

1 : Biến tần ngưng hoạt động 2 : Biến tần tiếp tục chạy nếu nguồn được

khôi phục trong khoảng thời gian lại khi có lỗi

Đặt số lần tự động khởi động biến tần lại khi có lỗi xảy ra.

49 Tần số nhảy 1 Đặt tần số nhảy Chức năng nhảy sẽ bị vô hiệu khi giá trị đặt là 0.0

Đặt dòng điện DC đưa vào motor khi thắng theo phần trăm của dòng điện định mức biến

Đặt thời gian đưa dòng DC vào motor khi tần số ra nhỏ hơn tần số min (n14) Chức năng này sẽ không tác dụng khi giá trị đặt là 0.0

Đặt thời gian đưa dòng DC vào motor tại lúc bắt đầu khởi động cho đến khi tần số ra lớn hơn tần số min (n14) Chức năng này sẽ không tác dụng khi giá trị đặt là 0.0

Đặt mức ngăn ngừa motor đứng trong quá trình tăng tốc theo phần trăm của dòng định

Đặt mức ngăn ngừa motor đứng khi motor đang chạy theo phần trăm của dòng định mức

Đặt mức phát hiện tần số 1 hoặc 2 tại đầu ra đa chức năng MA-MB-MC Thông số n40 phải được

đặt cho chức năng phát hiện tần số 1 hoặc 2

2 : Biến tần chỉ theo dõi quá momen khi tốc độ motor đạt tới tốc độ tham chiếu

và biến tần vẫn tiếp tục họat động khi quá momen được phát hiện (biến tần chỉ

xuất tín hiệu alarm)

3 : Biến tần chỉ theo dõi quá momen khi tốc độ motor đạt tới tốc độ tham chiếu.

Biến tần sẽ stop khi phát hiện quá momen

4 : Biến tần luôn theo dõi quá momen khi đang hoạt động Nó vẫn tiếp tục hoạt

động khi phát hiện quá momen 5 : Biến tần luôn theo dõi quá momen khi

đang hoạt động Biến tần sẽ stop khi phát hiện quá momen

60 Mức phát hiện quá

Đặt mức phát hiện quá momen theo phần trăm của dòng định mức biến tần hoặc theo phần trăm

của momen định mức motor Thông số n40 phải được đặt cho chức năng phát hiện quá momen.

Đặt thời gian phát hiện quá momen Biến tần sẽ phát hiện quá momen khi dòng ra motor bằng hay

cao hơn mức phát hiện quá momen n60 trong khoảng thời gian phát hiện đặt trước.

Đặt chức năng có hay không sao lưu tần số ra vào bộ nhớ khi có lệnh tăng/giảm tần số ở cực nối đầu vào đa chức năng

1 : Tần số ra không được sao lưu vào bộ nhớ

2 : Tần số ra sẽ được lưu giữ vào bộ nhớ khi lệnh tăng /giảm tần số được

giữ trong hơn 5s

Đặt dòng không tải động cơ theo phần trăm của dòng điện định mức động cơ

0 – 99% 1%

66* Độ lợi bù hệ số trượt

Đặt hệ số nhân để hiệu chỉnh tần số ra cho bù

trượt tốc Chức năng bù trượt tốc sẽ không

tác dụng khi giá trị này đặt là 0.0

1 : Khi phát hiện overtime trong truyền thông , Biến tần sẽ dừng theo

phương pháp dừng tự do

2 : Khi phát hiện overtime trong truyền thông, Biến tần sẽ dừng giảm tốc theo thời

gian giảm tốc 1

2: Khi phát hiện overtime trong truyền thông, Biến tần sẽ dừng giảm tốc theo thời

gian giảm tốc 2

3 : Khi phát hiện overtime trong truyền thông, Biến tần vẫn tiếp tục hoạt động, chỉ

báo alarm

4 : Không cho phép chức năng phát hiện overtime trong tuyền thông