tìm hiểu về các loại biến tần có trên thị trường dùng thế nào ở đâu cài đặt tính năng như thế nà

MỤC LỤCCâu 1: Tìm hiểu về các loại biến tần có trên thị trường, dùng thế nào, ở đâu, cài đặt, tính năng như thế nào?...3Câu 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm... PFC &SP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

Câu 1: Tìm hiểu về các loại biến tần có trên thị trường, dùng thế nào, ở đâu, cài đặt, tính năng như thế nào? 3Câu 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm Chọn một hãng bất kì 15Câu 3 : Tìm hiểu các giải pháp điều khiển cho băng tải 22

Câu 1: Tìm hiểu về các loại biến tần có trên thị trường, dùng thế nào, ở đâu, cài đặt, tính năng như thế nào?

1 Biến tần là gì?

Công nghệ kỹ thuật phát triển với các thiết bị, máy móc hiện đại đã gópphần thay đổi nền sản xuất công nghiệp của nước ta: tăng năng suất lao động, tăngsản lượng, giảm sử dụng nhân công, đơn giản hóa máy móc, tiết kiệm năng lượng

và chi phí

Thiết bị tự động hóa thông dụng nhất phải kể đến biến tần Vậy biến tần làthiết bị giúp biến chuyển dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoaychiều ở tần số khác, đặc biệt là có thể điều chỉnh được

Chúng ta cũng có thể hiểu theo cách khác đó là: Biến tần sẽ làm thay đổi tần

số của dòng điện ở bên trong của mỗi động cơ Từ đó, con người có thể điều khiểnđược hộp số một cách vô cấp mà không cần phải sử dụng thêm một hộp số cơ khínữa

Biến tần điều chỉnh nhiều cấp tốc độ động cơ và làm tần số lưới nguồn biếnđổi thành tần số biến thiên

Chúng ta có thể bắt gặp biến tần trong bất kỳ hệ thống sản xuất có sử dụngđiện xoay chiều và motor 3 pha của xưởng, nhà máy

2 Nguyên lý hoạt động của biến tần

1 Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên,

nguồn

điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằngphẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờvậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải

và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thànhđiện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thôngqua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độrộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lựchiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm

tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

2 Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và

tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có mộtquy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ

số điện áp – tần số là không đ i ổ Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại làhàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men làhàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô mencũng lại là hàm bậc hai của điện áp

3 Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ

linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, nănglượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

4. Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khácnhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp

cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợpcho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

3 Các loại biến tần trên thị trường hiện nay?

- INVT

Đây là hãng nổi tiếng với biến tần giá rẻ, đa dạng loại, chất lượng luôn đượcđảm bảo Một số loại nổi tiếng của hãng như: Biến tần đa năng thế hệ mới, đa năngCHF 100A, vector vòng hở đa năng CHE 100, vector vòng kín kinh tế CHV 100,vòng hở kinh tế GD 100 và các loại mini Gd 10, GD 35

Biến tần chuyên dụng: điều khiển sức căng GD 35-07, máy ép nhựa CHV

110, ngành cấp nước CHV 160A, máy nén khí GD 01, cho ngành dệt GD

300-02, cho cẩu trục CHV 190, trung thế CHH 100 và GD 5000, phòng nổ BPJ1

- Mitsubishi

Mitsubishi là thương hiệu biến tần nổi tiếng đến từ Nhật Bản có ưu điểm:Thân thiện với môi trường, dễ sử dụng và bảo trì, nâng cao hiệu quả của động cơ,bền bỉ

Một số loại thông dụng: A800, F800, A-700, E700, F700, FR-D700…

FR Delta

Đây là dòng sản phẩm của tập đoàn thiết bị điện tử hàng đầu Đài Loan Nóđược phân phối ở 153 quốc gia trên thế giới.

Một số dòng biến tần Delta thông dụng như: EL-W, C200, MS300, VFD-EL, VFD-E, HES series,VFD-B, MVD 3000, VFD-VE…

4.1 Biến tần ACS310 – Chuyên dùng cho Bơm- Quạt

Biến tần ACS310 được thiết kế chuyên dùng cho các ứng có moment thay đổinhư bơm, quạt, hệ thống thông khí… ACS310 dễ sử dụng và đủ cho hầu hết cácứng dụng không có nhu cầu tải quá cao, các máy móc thông thường

Tối ưu hóa chức năng cho bơm

Một trong các chức năng bơm quạt là PID giúp tiết kiệm năng lượng Thay đổicông suất của biến tần để đáp ứng với các thay đổi về áp suất, dòng chảy hay cáctín hiệu điều khiển bên ngoài khác

Chức năng làm sạch đường ống và cánh bơm Lập trình với 1 chuỗi các chuyểnđộng thuận và nghịch của bơm giúp làm sạch cánh bơm và đường ống.

– Dải công suất: 0.37 – 22 KW ( 0.5 – 30 Hp )

– Điện áp vào: 3 pha 200-240V, 380V-480V

– Thiết kế chuyên dùng cho Bơm, Quạt (PFC &SPEC)

– Chức năng bảo vệ Bơm

– Chương trình điều khiển PID thông minh

– Khả năng phân tích tải

– Tích hợp bộ tối ưu năng lượng

– Thiết kế nhỏ gọn, lắp đặt Side by Side

– Bàn phím điều khiển tháo rời

– Màn hình hiển thị LCD

– Tích hợp bộ lọc EMC ngoài cho môi trường thứ nhất

– Tích hợp bộ điều khiển hãm

– Tích hợp truyền thông Modbus-RS485

– Tích hợp các tính năng bơm và quạt như điều khiển nhiều bơm, chức năng nạp

– Dải công suất: 0.75 – 160kW( 3 pha, 208-240V, 380-480V)

– Dải công suất: 200 – 355kW ( 3 pha 380-480V)

– Màn hình LCD tháo rời được Có thể chọn loại cơ bản hoặc loại hỗ trợ cài đặt– Điều khiển V/F, Vector, Torque

– Tích hợp sẵn bộ lọc EMC cho môi trường C1, C2

– Có thể đặt trên tường, IP21 như tiêu chuẩn (UL loại 1), tùy chọn IP54 (UL loại

12 trong khung kích thước R1-R6)

– Tích hợp Braking Unit đến 11kW

– Tích hợp cuộn kháng cho phép giảm thiểu sóng hài

– Khả năng lập trình theo thời gian thực

– Khả năng lập trình tuần tự 8 trạng thái

– Chức năng theo dõi lượng điện năng tiêu thụ và số giờ vận hành của động cơ– Màn hình hỗ trợ cài đặt tích hợp sẵn đồng hồ thời gian thực

– Khe cắm chuyển đổi fieldbus, mô- đun mở rộng đầu ra rờ le, bộ lắp đặt mànhình trên cửa tủ, bộ đếm xung

– Bộ hãm

– Công cụ FlashDrop dành cho cấu hình biến tần không cần nguồn trong 2 giây

Ứng dụng: Thích hợp hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp.

– Thực phẩm & Nước giải khát

– Máy công cụ

– Ngành Dệt – Sợi

– Ngành In Ấn – Bao Bì

– Ngành Nhựa – Cao Su

– Bơm – Quạt – Ly Tâm

Đặc biệt, giải pháp điều khiển 3 bơm luân phiên sử dụng ACS550 sẽ có chi phítiết kiệm nhất

5 Biến tần Biến tần Sinamic G120

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại biến tần nhưng trong bài báo cáonày em chọn biến tần Sinamic G120 của hãng siemens sở dĩ vì các sản phẩm củahãng siemens rất phổ biến,hơn nữa các phần phềm lập trình cũng rất là phổ biến

và thông dụng

Hình 1: Biến tần Siemens SINAMICS G120

Chi tiết về biến tần Sinamic G120

Biến tần SINAMIC G120 là dòng sản phẩm biến tần được thiết kế để điều khiển(tốc độ / mô men) của động cơ xoay chiều 3 pha chính xác và hiệu quả Biến tần

Siemens G120 có giải công suất từ 0,37 đến 250 kW với điện áp lưới 400V và690V, phù hợp cho hầu hết các ứng dụng về truyền động dùng biến tần trong cấp

vỏ IP20

Biến tần G120 có giải công xuất như sau

0.55 – 7,5 KW 1/3 AC 200 tới 240 V ± 10%

0.37 – 250 KW 3 AC 380 tới 480 V ± 10%

Thông tin chi tiết

Bảng 1-1 : Chi tiết biến tần Siemens G120

Module PM 240/PM240-2: 0.37 ~

250Kw PM250: 7.5 ~ 90KwDải điện áp 1AC / 3AC 200 240V +/–10 %

3AC 380V … 480V +/–10

% AC 500V … 690V +/–10

%Tần số ngõ vào 47 63 Hz

Loại động cơ Động cơ đồng bộ ba pha Động cơ không đồng bộ.Khả năng quá tải High Overload

200% for 3 seconds: 150% for 57

seconds Low overload.

150% for 3 seconds: 110% for 57 secondsTruyền thông PROFINET

PROFIBUS DPEtherNet/IP USS/Modbus RTU BACnet MS/TP CANopenChức năng điều

khiển technology Technology controller Free function blocks Flying restart Automatic restart Kinetic buffering Bico

5.1 Cách cài đặt và điều kiển

Đề có thể cài đặt và điều kiển biến tần thì ta sẽ kết nối biến tần với máy tính và sau

đó điều kiển thông qua phần mềm “STARTER”

Trước tiên ta sẽ kết nối biến tần với máy tính nhờ cáp kết nối USB mini

Hình 2 : Sơ đồ kết nối biến tần với máy tính

Sau khi đã kết nối phần cứng thì tiếp theo ta sẽ kết nối phần mềm

Để có thể kết nối phần mềm thì ta sẽ xử dụng phần mềm STARTER của hãng

siemens như đã đề cập tới ở trên

Hình 3 : Phần mềm STARTER và giao diện khi khởi động

Sau khi đã khởi đọng phần mềm thì ta sẽ tiến hành kết nối thông qua các bước sau:

Bước 1 : Tạo một project

Chọn project → chọn New thì ta sẽ thu được một cửa sổ chứa thông tin project Taiđay ta sẽ đătj tên cho project vừa tạo(Lưu í trong tên file project không được đặt ký

tự “.” thì phần mềm sẽ không nhận)

Hình 4 : Project vừa tạo và tên

connect to selected target devices

Bước 2 : Chọn giao thức kết nối

Đầu tiên ta vào Project → chọn Set PG/PC interface tại cửa sổ Set PG/PC interface

ta chọn USB S7USB.1

Bước 3 : Kết nối biến tần với máy tính

Trên thanh công cụ ta chọn “connect to selected target devices”

Hình 5 : Giao diện kết nối

Hình 6 : Biến tần máy tính tìm được

Biếến tầần

đ ược kếết nôếi

Sau khi máy tính tìm được biến tần thì sẽ hiển thị một cửa số mới.Tại cửa sổ này tachọn biến tần muốn kết nối và chọn “access point”

Sau khi kết nối thành công thì biến tần sẽ được hiển thị như sau

Hình 7 : Biến tần được kết nối

Để xem thông tin của biến tần ta chọn “Control unit”

Hình 8 : Toàn bộ thông tin của biến tần

Câu 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm Chọn một hãng bất kì.

Khái niệm về khởi động mềm

Khởi động mềm (soft start) là thiết bị khá phổ biến và quan trọng trong côngnghiệp hiện nay, là bộ khởi động sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều bằng cáchđiều khiển góc kích SCR nhằm điều khiển điện áp stato Tần số nguồn điện cungcấp không thay đổi, thay vào đó bộ khởi động mềm làm tăng dần điện áp đầu vàocủa động cơ từ mức lúc vừa khởi động cho đến mức điện áp định mức Chính vìvậy, người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác lực khởi động

Đặc điểm của khởi động mềm

Thứ nhất, dừng tự do theo quán tính, nếu nguồn điện cấp vào bị ngắt trựctiếp, các động cơ sẽ chạy theo quá tính trước khi dừng hẳn trong một khoảng thờigian xác định Tuy nhiên, đối với một số thiết bị động cơ nhỏ thì thời gian quántính có thể rất ngắn, nên xảy ra các trường hợp dừng tải điện đột ngột phá hủy về

cơ, do đó, nên phòng tránh các trường hợp đó

Thứ hai, dừng mềm, có nghĩa là nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động

cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1 - 20 giây, còn tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng.Cuối cùng, đó là tiết kiệm năng lượng khi non tải, nếu động cơ điện vậnhành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệmđiện năng nhờ giảm điện áp động cơ, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện

Ưu điểm của khởi động mềm

Trước hết, khởi động mềm là thiết bị hỗ trợ quá trình khởi động và bảo vệđộng cơ khi có sự cố Phương pháp khởi động truyền thống có dòng và momenkhởi động rất lớn, gây ra quá tải cơ khí trên động cơ và sụt áp trên lưới điện Từ đódẫn đến các tình trạng hỏng hóc, giảm tuổi thọ của động cơ điện và các loại thiết bịđiện khác

Mặc khác, khởi động mềm còn hỗ trợ việc khởi động mềm và dừng mềmcủa động cơ Để thực hiện điều này, khởi động mềm điều khiển đóng cắt cácthyristor để tăng từ từ điện áp khởi động, dòng khởi động và momen khởi động.Chức năng dừng mềm đặc biệt thích hợp cho các tải bơm nước, khi mà việc dừngđột ngột bơm sẽ sinh ra hiện tượng búa nước gây hư hỏng bơm và đường ống.Chức năng này cũng rất phù hợp cho việc dừng hoạt động của các băng tải, đặcbiệt là các hàng hóa dễ vỡ và dễ bị xô đổ

Bên cạnh đó, khởi động mềm tích hợp các chức năng giám sát, bảo vệ động

cơ khi vận hành bao gồm bảo vệ lỗi pha đầu vào và đầu ra, bảo vệ ngắn mạch chotải, bảo vệ quá tải, quá dòng, và bảo vệ quá áp, thấp áp

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm

a Cấu tạo

Khởi động mềm bao gồm các bộ phận được thiết lập như sau:

⁃ Bô e phâ e n điều khiển, tùy theo từng loại sẽ khác nhau đôi chút, nhưng bao

gồm các nhóm chính như màn hình và bàn phím hoặc điều khiển bằng víthay được cài đặt bằng vặn biến trở Công dụng mang lại là điều khiển sốhoặc cơ khí, các ngõ ra chức năng rờle báo trạng thái, điều khiển bảo vê •chống quá nhiê •t, quá tải, các cổng kết nối truyền thông Modbus, Profibus,điều khiển thời gian khởi đô •ng bằng biến trở hoặc bằng màn hình

⁃ Thyristor hay SCR (Silicon controler rectifier) dùng để điều khiển, đóngngắt dòng điê •n

⁃ Tản nhiê e t và quạt làm mát

⁃ Contactor Bypass( tùy theo từng loại khởi đô •ng mềm có sẵn hay không có

sẵn)

⁃ Vỏ bảo vê e tùy loai theo các tiêu chuẩn bảo vê • do môi trường sử dung

⁃ Bô e phâ e n điều khiển: điều khiển số hoặc cơ khí, các ngõ ra chức năng rờle

báo trạng thái, điều khiển bảo vê • chống quá nhiê •t, quá tải, các cồng kết nốitruyền thông Modbus, Profibus, điều khiển thời gian khởi đô •ng bằng biếntrở hay bằng màn hình

b Nguyên lý hoạt động

Hệ thống của bộ khởi động mềm bao gồm 3 cặp thyristor (đó là phần tử bándẫn) được lắp dặt song song ngược cho 3 pha Vì momen của động cơ tỉ lệ với bìnhphương hiệu điện thế, cường độ dòng điện tỉ lệ với hiệu điện thế, do đó, momengia tốc và cường độ dòng điện được điều chỉnh thông qua trị số hiệu dụng của hiệuđiện thế Quy luật này được điều chỉnh thông qua khởi động và dừng 3 cặpthyristor song song ngược Như vậy, bộ khởi động mềm hoạt động dựa trên việcđiều khiển hiệu điện thế lúc khởi động và khi dừng, có nghĩa là trị số hiệu dụngcủa hiệu điện thế sẽ thay đổi Nếu dừng động cơ thì mọi tín hiệu để kích mởthyristor sẽ bị cắt và lúc này cường độ dòng điện cũng sẽ dừng tại điểm qua không

kế tiếp của điện áp nguồn

Khởi đô •ng mềm dùng để điều khiển đô •ng cơ điê •n nhằm hạn chế ảnh hưởngtrong các trường hợp sụt giảm hiệu điện thế của hê • thống điê •n, làm giảm sự haomòn, hư hỏng cho hê • thống máy móc và cơ khí, giúp đô •ng cơ khởi đô •ng và dừngmột cách êm ái, ở mô •t số ứng dụng khởi đô •ng mềm có chức năng là chống quá tải

đô •t ngô •t bảo vê • thiết bị, có thể điều khiển momen xoắn theo sát với tải của động cơđiện và tính năng giảm tuyến tính giúp giảm dòng mô •t cách từ từ khi theo yêu cầu

⁃ Đấu theo kiểu song song – Inside delta connect: Motor nối 6 đầu dây, 3 đầuvới khởi đô •ng mềm, 3 đầu còn lại của motor cùng với khởi đô •ng mềm nốivào điê •n lưới chọn khởi đô •ng mềm có dòng bằng 58 % so với dòng địnhmức của motor, cách này phải có 2 contactor, 1 cho Bypass ( có thể tích hợpsẵn trong khởi đô •ng mềm) và 1 Contactor cho đấu Delta)

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm

Cách cài đặt khởi động mềm Altistart 48 ATS48 Schneider

⁃ Sơ đồ đấu nối

Hình 1.2 Sơ đồ đấu nối

⁃ Thao tác cài đặt

1 Trả về mặc định nhà máy (có thể bỏ qua bước này nếu không cần)

DrC –> FCS –> Yes – Nhấn Enter giữ khoảng 2s cho đến khi thấy màn hình nhấpnháy

2 Cài đặt các thông số động cơ

Set –> In (A) = Dòng định mức động cơ

–> ILt (A) = Giới hạn dòng tối đa, chỉnh tối đa (500% dòng định mức của ATS48).Điều chỉnh tùy theo nhu cầu Nếu yêu cầu dòng khởi động thấp thì chỉnh thấp, nếuđộng cơ không khởi động được thì bạn tiến hành tăng giới hạn này lên

–> ACC (s) = Thời gian tăng tốc