BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU TÍNH CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA

- Hoạt động/Nội dung 1: Chương 1: Khái quát chung hệ biến tần Mục tiêu/chuẩn đầu ra:: Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạchđiều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền

ƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ

====o0o====

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN

TẦN – ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA

Giáo viên hướng dẫn: Trần Đăng Khang Họ và tên sinh viên: Nguyễn Khánh Nam Mã sinh viên: 2021600747

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trọng Nam Mã sinh viên: 2021605040

Nhóm số: 8

Hà nội 2024

Tên sản phẩm: Báo cáo đồ án môn học

II ĐÁNH GIÁ 1 (Điểm từng tiêu chí và điểm cuối cùng làm tròn đến 0,5 điểm)

5

2

L1.2 Thiết kế, tính chọn được thiết

bị cho mạch lực và mạchđiều khiển

5

Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

GIẢNG VIÊN 1 GIẢNG VIÊN 2

1 Trên cơ sở mục tiêu/chuẩn đầu ra của học phần và sản phẩm của chủ đề nghiên cứu, giảng viên xây dựng

tiêu chí đánh giá và điểm tối đa của từng tiêu chí

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

Nhóm sinh viên gồm:

ST

II Nội dung học tập

1 Đề tài: Nghiên cứu tính chọn hệ thống truyền động điện biến tần – động cơ KĐBCho động cơ không KĐB 3 pha có : Pđm = (2,2 + số cuối msv trưởng nhóm) Kw; -220V; fđm=50Hz; đm=0,85; nđm = 1420v/ph; cosđm = 0,8, biết tải là thang máy

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1: Khái quát chung hệ biến tần

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện (Dùng biến tần hãngMitshubishi)

Chương 3: Sơ đồ lắp ráp, các thông số kỹ thuật

Chương 4: Cài đặt lại thông số

Chương 5: Phân tích các cách vận hành điều khiển biến tần

Chương 6: Mô phỏng phân tích dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra biến tần trên 1trong các phần mềm mô phỏng: Psim, Matlap,

2 Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong quá

trình thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án để hình thành tri thức, kỹ năng đáp ứng mục tiêu chuẩn đầu ra nào của học phần)

- Hoạt động/Nội dung 1: Chương 1: Khái quát chung hệ biến tần

Mục tiêu/chuẩn đầu ra:: Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạchđiều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền động điện ứng dụng trong các côngnghệ sản suất

- Hoạt động/Nội dung 2: Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển ( dùng TCA 785),mạch lực

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điềukhiển.

- Hoạt động Nội dung 3: Tính chọn thiết bị

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điềukhiển

3 Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt

được, ví dụ: Bản thuyết minh, bài thu hoạch, mô hình, sơ đồ, bản vẽ kỹ thuật, trang

website, bài báo khoa học, )

Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án theo đúng thời gian quy định (từngày 6/3/2024 đến ngày 26/05/2024)

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và nhữngsinh viên khác

IV Học liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN

Đọc, tra cứu tài liệu

3-4 Nguyễn Trọng Nam Nghiên cứu & thực hiện

nội dung 2

Đọc, tra cứu tài liệu

5-6 Nguyễn Trọng Nam Nghiên cứu & thực hiện

nội dung 3

Đọc, tra cứu tài liệu

7-8 Nguyễn Trọng Nam Nghiên cứu & thực hiện

nội dung 4

Đọc, tra cứu tài liệu

9 Nguyễn Trọng Nam Nghiên cứu & thực hiện

nội dung 5

Đọc, tra cứu tài liệu

10 Nguyễn Khánh Nam Thực hiện nội dung 6 Đọc, tra cứu tài liệu

11 Nguyễn Khánh Nam Chỉnh sửa, hoàn thành đồ

án

Ngày tháng năm

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

PHẦN THUYẾT MINH Chương 1: Khái quát chung hệ biến tần

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện (Dùng biến tần hãng

Mitshubishi)

Chương 3: Sơ đồ lắp ráp, các thông số kỹ thuật

Chương 4: Cài đặt thông số

Chương 5: Phân tích các cách vận hành điều khiển biến tần.

Chương 6: Mô phỏng phân tích dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra biến tần

trên 1 trong các phần mềm mô phỏng: Psim, Matlap,

2 Hoạt động của sinh viên

Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng đáp ứng chuẩn đầu ra:

- Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền động điện ứng dụng trong các công nghệ sản suất

- Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điều khiển

3 Sản phẩm nghiên cứu

- Bản mềm báo cáo đồ án dạng file word và file pdf, gửi vào email: tiêu đề thư ghi rõ: “ Y_ DA DTCS_TDD Nx_Lz “, Y- là năm học, x là thứ tự nhóm;

z là mã lớp đúng thời gian quy định

- Bản báo cáo đồ án đóng bìa mềm (xanh lá cây- không bóng kính), hai mặt

(giấy thường)- Đánh máy.

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án theo đúng thời gian quy định

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên vànhững sinh viên khác

IV Học liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án

[1] Quách Đức Cường, Nguyễn Đăng Toàn, Tổng hợp hệ thống điện cơ, NXB

Khoa học kỹ thuật, 2019

[2] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi,

“Điều chỉnh tự động truyền động điện”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,2005

[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”,

[4] Nguyễn Phùng Quang, “Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tựđộng”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008.

LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất và truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuốicùng của một công nghệ sản suất Đặc biệt trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại ,truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chấtlượng sản phẩm.Vì vậy các hệ truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứunâng cao chất lượng để đáp ứng các yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hóa cao Trong thời đại công nghệ hiện nay thì động cơ điện một chiều chiếm một tỉ lệ khálớn trong nền sản suất công nghiệp của thế giới và đặc biệt là các hệ thống dây chuyền tựđộng trong các nhà máy xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi và vận hành có độ tin cậycao

Trong quá trình làm đề tài chúng em đã tích lũy được một số kiến thức để có thểnâng cao kiến thức của mình một cách chắc chắn hơn Tuy nhiên với thời gian và kiếnthức có hạn cho dù chúng em đã cố gắng hết sức mình song khó tránh khỏi những thiếusót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để đồ án của chúng em đượchoàn thành hơn nữa

Chúng em xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc với thầy giáo Nguyễn ĐăngKhang đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cầnthiết cho báo cáo đồ án này

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, khoa Điện

đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt công việc của mình

Ngày….tháng… năm 2024

Người thực hiện

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Mục lục 2

Danh mục hình ảnh 4

Chương 1: Khái quát chung về hệ biến tần động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 5

1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần 5

1.1.1 Cấu tạo của biến tần 5

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần 6

1.1.3 Chức năng của biến tần 7

1.2 Khái quát chung về động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 8

1.2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 8

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 11

1.2.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha 12

1.3 Khái quát về hệ biến tần động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 14

1.3.1 Khái quát về hệ biến tần- ĐCKĐB 14

1.3.2 Các luật điều khiển 15

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện 18

2.1 Tính chọn biến tần cho động cơ 18

2.2 Chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ 22

2.2.1 Chọn và kiểm tra cầu chì 22

2.2.2 Chọn và kiểm tra Aptomat 24

Chương 3: Sơ đồ lắp ráp, các thông số kỹ thuật 27

3.1 Sơ đồ lắp ráp 27

3.2 Các thông số kỹ thuật 28

3.2.1 Các thông số kỹ thuật chung 28

3.2.2 Thông số của biến tần 30

Chương 4: Cài đặt thông số cho biến tần 36

4.1 Điều hướng phím trên biến tần 36

4.2 Khởi tạo 36

4.3 Chức năng của biến tần Mitsubishi D700 37

- Nhóm chức năng cơ bản của biến tần 37

4.4 Cài đặt các thông số cơ bản 40

4.4.1 Cài đặt tần số từ pannel điều khiển 41

4.4.2 Cài đặt tần số bằng đầu vào tương tự ( chiết áp ) 42

4.4.3 Cài đặt tần số bằng công tắc ( cài đặt 3 tốc độ ) 42

Chương 5: Phân tích các cách vận hành điều khiển biến tần 44

5.1 Vận hành biến tần 44

5.2 Phương pháp điều khiển biến tần 44

5.3 Hoạt động cơ bản của biến tần Mitsubishi D700 45

5.3.1 Thiết lập ban đầu 45

5.3.2 Đặt chế độ điều khiển (Pr.79) 45

5.3.3 Cài thông số bằng RUN/STOP 45

5.3.4 Cài đặt giới hạn tần số 46

5.4 Các hoạt động bảo dưỡng biến tần Mitsubishi D700 46

5.4.1 Lỗi quá dòng (Overcurrent) 48

5.4.2 Lỗi quá áp (Overvoltage) 48

5.4.3 Lỗi quá tải (Overload) 48

5.4.4 Lỗi quá nhiệt (Overheat) 49

5.4.5 Lỗi thấp áp (Undervoltage) 49

5.4.6 Lỗi quá tốc (Overspeed) 49

5.5 Bảo dưỡng và kiểm tra biến tần 50

5.6 Mô phỏng mạch biến tần trên phần mềm PSIM: 51

5.6.1 Mạch lực 51

5.6.2 Mạch điều khiển: 52

5.7 Kết quả mô phỏng: 52

5.7.1 Điện áp đầu ra của biến tần: 52

5.7.2 Kết quả dòng điện đầu ra tại các pha của biến tần có cùng dạng sóng với điện áp đầu ra trên các pha nhưng khác về biên độ: 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

KẾT LUẬN 62

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ biến tần 5

HÌnh 1.2 Hình ảnh thực tế của biến tần 5

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của biến tần 7

Hình 1.4 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ 8

Hình 1.5 Lõi thép stator 9

Hình 1.6 Dây quấn 10

Hình 1.7 Rotor lồng sóc 11

Hình 2.1 Biến tần Mitsubishi FR-F700 21

Hình 2.2 Hình ảnh biến tần Mitsubishi FR-D700 21

Hình 2.3 Kết cấu cầu chì 23

Hình 2.4 Aptomat 25

Hình 3.1 Sơ đồ lắp ráp hệ truyền động điện biến tần – động cơ KĐB 28

Chương 1: Khái quát chung về hệ biến tần động cơ không đồng

bộ xoay chiều 3 pha 1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần 1.1.1 Cấu tạo của biến tần

Khái niệm: biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòngđiện xoay chiều tần số khác có thể điều chỉnh được

Hình 1.2 Hình ảnh thực tế của biến tần

Cấu tạo của bộ biến tần gồm 3 khâu:

Khâu chỉnh lưu: có chức năng biến đổi điện xoay chiều ( từ lưới điện có U1= const vàf1= const) thành điện một chiều có điện áp Ud ( điều chỉnh hoặc không điều chỉnh) Nóđược thiết lập nhờ các van tiristo hoặc điode Cũng có thể sử dụng bộ băm xung gồmchỉnh lưu điode và khóa băm tiristo Yêu cầu điều chỉnh điện áp U1 trên stator động cơcũng có thể được thực hiện nhờ sự thay đổi Ud của khâu chỉnh lưu

Khâu nghịch lưu: làm nhiệm vụ biến đổi điện một chiều Ud và Id thành điện xoaychiều ba pha có tần số thay đổi theo yêu cầu để cấp vào stator động cơ Trong nhiềutrường hợp, khâu nghịch lưu thực hiện cả việc thay đổi điện áp ra U1, mà không cần nhờđến khâu chỉnh lưu ( khi đó dùng chỉnh lưu không điều khiển) Tùy theo sự thuận tiệnthực hiện luật điều khiển động cơ, ta có thể dùng nghịch lưu nguồn áp hoặc nghịch lưunguồn dòng

Khâu lọc: có tác dụng làm giảm sự đập mạch của điện áp Ud và dòng điện Id sauchỉnh lưu Nếu dùng nghịch lưu nguồn áp thì khâu lọc có tụ lớn ( để giữ điện áp Ud =const), còn nếu dùng nghịch lưu nguồn dòng thì khâu lọc có cuộn cảm L ( để giữ Id

=const)

Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ biến tần

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần

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

có giá trị ít nhất là 0.96 Điện áp 1 chiều này được biến đổi nghịch lưu thành điện áp xoaychiều 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ nghịch lưu IGBT( transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh chế độ rộng xung(PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần sốchuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ vàgiảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vôcấp tùy theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhấtđịnh tùy theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số

là không đổi Tuy nhiên với tải là bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp làhàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mômen là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợpvới yêu cầu của tải là bơm hoặc quạt do bản thân moomen cũng là hàm bậc hai của điệnáp

+ Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bándẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉbằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

+ Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợphầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và tích hợpnhiều cổng truyền thông khác nhau rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệthống SCADA

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của biến tần

1.1.3 Chức năng của biến tần

- Điều khiển tốc độ của động cơ:

+ Chức năng chính của bộ biến tần là điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ xoaychiều 3 pha bằng cách cấp các dải tần số biến đổi được cho động cơ

- Tiết kiệm điện:

+ Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bándẫn công suất, chế tạo theo công nghệ hiện đại Chính vì vậy, năng lương tiêu thụ cũngxấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống

+ Qua tính toán với các dữ liệu thực tế với các chi phí thực tế thì với một động cơ sơ cấpkhoảng 100kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ biến tần là khoảng từ 3 đến 6tháng Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí nghiệp sử dụng các bộ biến tần và cho kếtquả rõ rệt

- Tăng hiệu suất làm việc của động cơ

- Điều khiển PID

- Điều khiển zic zắc tốc độ.

- Điều khiển theo chiều dài và thời gian

-Không ngừng hoạt động khi mất điện tạm thời

- Dò tốc độ: khởi động mềm đối với động cơ đang còn quay

- Chức năng tự ổn áp, tự động ổn định điện áp ngõ ra khi điện áp cấp không ổn định

1.2 Khái quát chung về động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

1.2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha gồm 2 phần chính: Phần tĩnh (stator) vàphần quay (rotor)

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao dodòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối Nếu lõi sắt dài

thường ghép thành nhiều thếp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm cách nhâu 1cm để thông giócho tốt Mặt trong của lá thếp có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

Hình 1.5 Lõi thép stator

b) Dây quấn:

Dây quấn stator của máy điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha là dây đồng kỹ thuật cótráng men cách điện và được cách điện tốt với lõi sắt Kiểu dây quấn máy điện khôngđồng bộ xoay chiều 3 pha có 3 loại: dây quấn đồng tâm, quấn khuôn một lớp, dây quấnđồng khuôn 2 lớp

 Dây quấn có hai kiểu:

+) Dây quấn kiểu roto lồng sóc

+) Dây quấn kiểu rotor

- Rotor dây quấn :

Rotor dây quấn có kiểu giống như dây quấn stator và có số cực ở stator Trong động

cơ trung bình và lớn, dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối,kết cấu dây quấn chặt chẽ Trong động cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp.Dây quấn bap ha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòngtrượt bằng động thau gắn trên trục của rotor Ba vành trượt này cách điện với nhau và vớitrục, tỳ trên ba vòng trượt là ba chổi than Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụvào mạch rotor, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số côngsuất được thay đổi

Hình 1.6 Rotor dây quấn

- Rotor lồng sóc :

Kết cấu rất khác với dây quấn stator các dây quấn là các thanh đồng hay thanh nhômđặt trên các rãnh lõi thép rotor Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhômgọi là vòng ngắn mạch Như vậy dây quấn rotor hình thành một cái lồng quen gọi là lồngsóc

Hình 1.7 Rotor lồng sóc

- Khe hở :

Giữa phần tĩnh và phân quay là khe hở không khí, khe hở rất ít thường là 0.2 mm đến

1 mm, do rotor là khối tròn nên khe hở rotor rất đều Mạch từ động cơ không đồng bộkhép kín từ stator sang rotor qua khe hở không khí Khe hở không khí càng lớn thì dòng

từ hóa gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

Khi được cung cấp dòng điện xoay chiều 3 pha có tần số f1 thì trong stator động cơsinh ra từ trường quay, tốc độ quay của từ trường là n1 = 60f1/p Từ trường quay này cắtthanh dẫn của rotor và stator làm sinh ra sức điện động tự cảm e1 và e2 tương ứng là: E1 = 4,44f1w1kdq

E2 = 4,44f1w1kdq

Do cuộn dây rotor tạo thành vòng khép kín nên có dòng điện chạy trong các thanh dẫn

Sự tác động tương hỗ của dòng điện chạy trong dây dẫn của rotor với từ trường sinh rangẫu lực, ngẫu lực này tạo ra momen quay Momen này làm rotor quay với tốc độ n nhỏhơn tốc độ của từ trường n1 và có chiều cùng với chiều quay của từ trường quay n1

Có thể giải thích sự không đồng bộ giữa tốc độ quay n và n1 như sau: n=n1 thì từbtrường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sức điện động cảm ứng, E2=0 dẫnđến I2=0 làm momen quay cũng bằng không, rotor quay chậm lại Khi rotor chậm lại thì

từ trường lại cắt các thanh dẫn nên tạo ra sức điện động làm sinh ra dòng điện do đó lạixuất hiện momen quay Chính momen này làm cho rotor quay

Và rotor có tốc độ n khác n1 của từ trường quay nên gọi là động cơ không đồng bộ Độchênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2: n2=n1-n, hệ

số trượt của tốc độ là: s = (n1-n)/n1 = n2/n1

Từ đó suy ra: s% = (n1-n)/n1.100

Do đó tốc độ quay của rotor có dạng: n = n1(1-s)

Khi rotor đứng yên (n=0), hệ số trượt s=1; khi rotor quay định mức thường có giá trị

Khi Rf thay đổi ta có:

 Momen tới hạn của động cơ: Mth = 3 u 12

2 w 1 Xnm= const

 Độ trượt tới hạn: Sth = R ' 2 t Xnm= R2t

 Tốc độ không lý tưởng: w1 = 2 πff p = const

Nếu tuyến tính hóa đoạn đặc tính công tác trong phạm vi phụ tải từ 0÷Mc = Mđm ta cóbiểu thức gần đúng:

β = w 1 sc Mđm hoặc β*R = R = Sc1 = R∗1¿

2t¿Khi tăng điện trở phụ Rf, độ cứng đặc tính cơ β_R giảm, do đó điều chỉnh được tốc độlàm việc và momen ngắn mạch của động cơ

Do độ cứng của các đặc tính điều chỉnh thấp, nên sai số tốc độ lớn, momen quá tải nhỏ

và dải điều chỉnh không vượt quá 2:1

Để tăng chất lượng điều chỉnh tốc độ, người ta đã sử dụng loại biến trở xung – mộtloại biến trở tự động có thể điều khiển nhờ khóa đóng, ngắt bằng linh kiện điện tử

1.2.3.2 Điều khiển bằng điện áp stator

Sự ảnh hưởng của điện áp stator U1 đến các thông số đầu ra của động cơ như dòngđiện, momen, tốc độ và dạng của các đặc tính cơ điều chỉnh Ta thấy dòng điện động cơ

tỷ lệ với U1, momen tỷ lệ với bình phương của U1, còn độ trượt tới hạn không thay đổikhi điều chỉnh điện áp

Như vậy nếu sử dụng bộ nguồn có điện áp ra thay đổi U1 = VAr cung cấp cho statorđộng cơ ta sẽ điều chỉnh được dòng điện, momen và tốc độ động cơ

Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp điều khiển này cho động cơ rotor lồng sóc vàđộng cơ rotor dây quấn có khác nhau:

Đối với động cơ rotor lồng sóc: do độ trượt tới hạn nhỏ, nên phần tác dụng trên cácđặc tính điều chỉnh ngắn, nên hiệu quả điều chỉnh tốc độ không cao Vì vậy phương phápnày thường được ứng dụng để điều chỉnh momen và dòng điện khi khởi động

Đối với động cơ rotor dây quấn: người ta thường đưa thêm một bộ điện trở cố định R0vào ba pha rotor để làm tăng độ trượt tới hạn Khi đó đặc tính cơ giới hạn cao nhất sẽ làđường đt.gh ứng với Uđm và có R0

Các đặc tính giảm áp khác đều được kéo dài đoạn đặc tính công tác nhờ đó mở rộngđược vùng điều chỉnh Nhờ đó phương pháp này còn có thể ứng dụng để điều chỉnh tốcđộ

1.2.3.3 Điều chỉnh bằng tần số

Phương pháp điều khiển tần số đã đưa lại cho động cơ không đồng bộ bap ha khả năngđiều chỉnh các thông số đầu ra vượt trội, đạt đến mức độ tương đương như động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập khi điều khiển bằng điện áp phần ứng, nhờ đó các hệ truyềnđộng không đồng bộ có điều khiển tần số đã được ứng dụng rộng rãi

Phương pháp này cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao Sơ đồkhái quát của hệ bao gồm: bộ nguồn BT có khả năng điều chỉnh tần số và điện áp hoặcdòng điện, cấp cho stator của động cơ Đ và một khối điều khiển ĐK dùng để xử lý các tínhiệu điều khiển hệ thống

Hệ biến tần - Động cơ không đồng bộ có được sự hoàn thiện về mặt lý thuyết cũngnhư thực tiễn như ngày nay một phần là nhờ sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tửcông suất và kỹ thuật tính toán Nhờ đó người ta tạo ra được các bộ nguồn BT với tần sốf1 biến đổi tùy ý và điện áp ra U1 hoặc dòng điện ra I1thay đổi từ hệ phương trình nàysang hệ phương trình khác để xử lý tín hiệu đặt Ud và các tín hiệu phản hồi Uph1,Uph2…thành hai tín hiệu cơ bản để điều khiển tần số Uđf và điều khiển duy trì từ thôngđộng cơ.

1.3 Khái quát về hệ biến tần động cơ không đồng bộ xoay chiều

3 pha.

1.3.1 Khái quát về hệ biến tần- ĐCKĐB

Hệ truyền động biến tần là sự kết hợp giữa biến tần, động cơ không đồng bộ xoaychiều 3 pha, và các cơ cấu chấp hành khác Ở đây nhờ sự biến đổi điện áp và tần số củalưới điện mà ta có thể điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha theo ý muốncủa mình

*R = Cấu trúc chung của hệ truyền động biến tần động cơ không đồng bộ 3 pha :+ Phần lực:

Là bộ biến đổi và động cơ truyền động

Bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay chiều,máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hòa), bộ biếnđổi điện tử (chỉnh lưu tiristo, bộ điều áp một chiều, biến tần tranzito, tiristo)

Động cơ điện: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loạiđộng cơ điện đặc biệt khác

+ Phần điều khiển:

Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, ngoài ra còn cócác thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành Đồng thờimột số hệ truyền động có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dâychuyền sản xuất

- Phân loại hệ truyền động:

+ Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện,quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.

+ Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền độngđiện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệtruyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tựđộng nhiều động cơ

Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điềukhiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự độngđiều khiển theo chương trình,

1.3.2 Các luật điều khiển

Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ là khi nối nó vào nguồn điện áp Uđm

và tần số fđm thì từ thông là định mức ϕđm và mạch từ ở trạng thái bắt đầu bão hòa Nhưvậy mạch từ đã phát huy hết công suất, và động cơ làm việc ở chế độ tối ưu Sức điệnđộng của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông ϕ1 và tần số f1 theo biểu thức:

E 1 ̇= K´ ϕ 1 f1 = ´ U 1 ̇ - ´ I 1 ̇Z1´

Khi điều khiển động cơ bằng cách thay đổi tần số f1 thì từ thông có thể bị thay đổi vàđộng cơ không đảm bảo được chế độ tối ưu nói trên Vì vậy người ta đặt ra vấn đề tìmkiếm các luật điều khiển sao cho khi f1 thay đổi, từ thông động cơ vẫn được giữ giá trị 

= đm Nó có thể là từ thông của stator 1 hoặc từ thông của rotor 2 hoặc từ thông tổngcủa mạch từ hóa µ

Một số luật điều khiển:

 Luật U/f không đổi

Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở stator Z1 ta có E1 = U1, do đó:

Về lý thuyết khi điều khiển theo luật Mth = U1

2/f12 = const, nghĩa là momen tới hạnkhông đổi và ta có họ đặc tính cơ

Tuy nhiên ở các cấp tần số nhỏ cỡ dưới 10 đến 15 HZ thì ảnh hưởng điện trở R1 đáng

kể làm cho điện áp U1 bị giảm nhiều hơn giá trị tỷ lệ ở, do đó momen tới hạn giảm nhiều

Vì vậy, người ta tính toán, bổ sung U1 ở những tần số thấp theo những công thức tínhtoán mạch điện

 Luật hệ số quá tải không đổi

Luật U/f nêu trên với Mth = const khi điều chỉnh tốc độ chi thích hợp nhất với phụ tải

có Mc = const Nếu căn cứ vào điều kiện về sự phù hợp giữa momen cho phép của động

cơ và momen cản thì quy luật λ = const sẽ ưu việt hơn Từ quan hệ:

Trong đó Mc = f(w) – phụ thuộc vào tốc độ theo đặc tính cơ của phụ tải

Để điều khiển bộ biến tần theo quy luật này, ta cũng lấy tín hiệu đặt tần số làm chủ đạo(Uđf ), kết hợp với hàm số Mc = f(w) = f (f1) để tạo ra tín hiệu đặt điện áp Uđu Ưu điểmcủa luật này là momen tới hạn Mth thay đổi phù hợp với momen tải Mc , dạng các đặctính cơ điều chỉnh với các loại đặc tính cơ của các phụ tải khác nhau

Chú ý, ở các cấp tần số thấp, điện áp U1 cũng có thể bị giảm hơn nhiều Do đó Mthcũng bị giảm đi

Luật dòng điện tải không đổi (I0 = const): Nếu coi dòng điện không tải xấp xỉ dòng từhóa thì giữ nó không đổi khi thay đổi tần số cũng có nghĩa duy trì từ thông tổng Φ_μ =const Luật điều khiển này cho phép tạo ra những đặc tính cơ gần như thẳng và cómomen tới hạn lớn, nhưng việc lấy tín hiệu điều khiển tỷ lệ với I0 hoặc Iμ

Luật điều khiển dòng stator theo hàm của độ sụt tốc

Trong quá trình biến đổi và tính toán các quan hệ điện từ của động cơ không đồng bộ,người ta đã tìm ra quan hệ sau:

I1 = L12 Φ 2 √1+(T 2 Δ w)2

- Trong đó:

+ Φ2- từ thông của rotor;

+ L12 – hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây stator và cuôn dây rotor;

+ T2 = L2/R2 – hằng số thời gian của mạch rotor;

+ Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;

Biểu thức trên cho thấy rằng, nếu giữ Φ_2 = Φ_2đm = const thì I1 phụ thuộc vào Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w.Khi thay đổi tần số, nếu ta lấy tín hiệu sụt tốc Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w để tạo ra hàm I1(Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w), rồi điều khiển bộbiến tần đảm bảo dòng I1 theo quy luật đố thì từ thông rotor Φ2 sẽ được giữ không đổi vàbằng định mức Việc duy trì Φ_2đm = const cho phép điều khiển momen động cơ chínhxác và tạo được các đặc tính điều chỉnh tốt Hơn nữa việc điều khiển dòng điện I1 cũngđược thực hiện dễ dàng, thông qua bộ biến tần, có nghịch lưu dòng, hoặc điều khiển giántiếp qua đại lượng U1 của bộ biến tần có nghịch lưu áp

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện 2.1 Tính chọn biến tần cho động cơ

*R = Dựa vào công suất của động cơ:

- Việc lựa chọn biến tần dựa vào công suất của động cơ rất quan trọng Nếu như khôngcăn cứ vào công suất động cơ để lựa chọn biến tần thì có thể dẫn đến tổn thất về nhiềumặt, cụ thể như sau:

+ Nếu công suất của biến tần lớn hơn rất nhiều so với công suất của động cơ thì làm lãngphí tiền bạc vì biến tần không sử dụng hết công suất

+ Nếu công suất của biến tần nhỏ hơn công suất của động cơ thì biến tần có thể sẽ quátải, làm hư hỏng biến tần

*R = Dựa vào điện áp sử dụng của động cơ:

- Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của thiết bị thìkhi đó thiết bị sẽ hoạt động khác với các thông số định mức Dòng điện có thể tăng lên,làm động cơ bị quá tải, công suất và mô men động cơ giảm, ảnh hưởng đến chất lượnglàm việc của thiết bị

- Hoạt động của động cơ sẽ bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi điện áp Ảnh hưởng đến quátrình khởi động động cơ Điện áp sẽ làm dòng động cơ tăng: quá tải, quá nhiệt Ảnhhưởng đến quá trình vận hành động cơ do các thiết bị bảo vệ điện áp hoạt động

- Việc động cơ điện áp thấp hay cao hơn so với điện áp định mức của động cơ đều ảnhhưởng đến quá trình hoạt động của động cơ, thậm chí có thể gây hư hại bên trong động

cơ, dẫn đến thiệt hại về kinh tế

*R = Dựa vào khả năng ứng dụng cho tải:

- Như ta đã biết các cơ cấu nâng hạ điển hình như thang máy là một loại thiết bị có tínhtải nặng nề, hoạt động đòi hỏi chính xác với độ an toàn cao,

- Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử đã cho phép chế tạo ra các bộbiến tần bán dẫn điều khiển động cơ không đồng bộ với rất nhiều ưu việt

- Việc chọn biến tần cho đúng loại tải là việc làm hết sức quan trọng, nếu không chọnđúng biến tần sử dung cho tải thì quá trình làm việc không thể chính xác, mọi hoạt độngkhông thể diễn ra một cách đồng bộ và hoàn chỉnh

=> Chúng ta sẽ chọn biến tần có công suất và điện áp sao cho phù hợp với động cơ

- Cụ thể ở đây theo đề bài ta có:

+ Công suất động cơ Pđc=2.2 +7= 9.7 Kw

+ Nguồn 220V, fđm=50hz

- Ngoài ra theo yêu cầu đề bài chúng ra cần sử dụng biến tần của hãng Mitsubishi nên ta

có lựa chọn 1 số dòng biến tần phù hợp với yêu cầu đặt ra như sau:

Biến tần Mitsubishi D700 là dòng biến tần mini có độ tin cậy cao, rất linh hoạt, và bảo trì dễ dàng Thiết bị đấu dây đầu cuối dạng kẹp lò so, nâng cao độ tin cậy và dễ dàng đấu nối Biến tần có chức năng dừng an toàn tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Châu Âu.

Biến tần Sê-ri FR-F700

Đây là dòng biến tần dùng cho ứng dụng quạt và máy bơm, hay tiết kiệm năng lượng cho các nhà máy và tòa nhà một cách toàn diện

Biến tần đơn giản và nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, thích hợp cho cả động cơ đồng

Thông tin kỹ thuật

Mô men khởi động 150% hoặc hơn tùy theo phương pháp điều khiển

Khả năng quá tải 150% trong vòng 60s, 200% trong vòng 0.5s

Ngõ vào: Lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa, chọn chức năng thứ hai, bốn cấp quá tải tùy chọn, hoạt động JOG, điều khiển PID có giá trị, hoạt động luân phiên PU, V/F, PU-NET, External-NET, ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu, cài đặt lại biến tần, báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngoài khi PU hoạt động

Ngõ ra :Cảnh báo tình trạng quá tải, ngõ ra phát hiện tần số, tái tạo phanh, cảnh báo lỗi

rơ le, biến tần sẵn sàng hoạt động, ngõ ra phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tảnnhiệt quá nóng,cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời, điều khiển PID kích hoạt, PID bị gián đoạn, giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ, hẹn giờ thời gian bảo trì

Chức năng bảo vệ: Động cơ, định nghĩa lỗi, bảo vệ quá dòng khi tăng tốc, giảm tốc, dừng lại, quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt, quá nhiệt điện trở phanh, ngăn chặn sụt áp

Chức năng chính: Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng / giảm tốc, bảo vệ nhiệt,

tăng giảm tốc độ kích thích từ tính, xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khi mất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt, mất kiểm soát, mô-men xoắn

Truyền thông: Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU

Thiết bị mở rộng: Bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn theo biến tần, cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encorder, lọc nhiễu, bo chức năng ngõ ra relay,

bo chức năng ngõ ra analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, cuộn kháng một chiều, cuộn kháng xoay chiều, lọc nhiễu dùng cho biến tần công suất thấp, bo chức năng ngõ vào số

Hình 2.3 Kết cấu cầu chì

- Yêu cầu khi chọn dây chảy của cầu chì là:

+ Ở điều kiện làm việc bình thường phải đảm bảo dẫn điện liên tục và an toàn

+ Lúc sự cố phải lập tức cắt điện và chỉ cắt mạch nơi có sự cố.

+ Đảm bảo tính chọn lọc khi có sự cố, đường dây phân nhánh phía sau phải được cắttrước đường dây chính

 Cấu tạo của cầu chì:

a Vỏ cầu chì: là bộ phận để lắp ống dây chảy vơi các thông số cơ bản là:

Điện áp định mức Uđm: cách điện pha so với đất và cách điện giữa các pha trên cùngmột bộ vỏ

Công suất: là công suất lớn nhất của cầu chì ứng với các điều kiện tiêu chuẩn do nhàmáy chế tạo quy định

Cầu chì bảo vệ mạch một động cơ được chọn theo hai điều kiện sau:

Iđc ≥ Itt = Kt.IđmĐIđc ≥ Imm/α = Kmm.IđmĐ/αTrong đó:

 Kt: hệ số tải của động cơ, nếu không biết lấy Kt = 1, khi đó: Iđc ≥ IđmĐ;

 IđmĐ: dòng định mức của động cơ xác định theo công thức:

√3 U dm cos φ đm η= 9,2

√3 0,22 0,8.0,85=35,5(A )Trong đó:

 Uđm là điện áp định mức hạ áp ;

 cosφđm: lấy theo thực tế;

 η: hiệu suất của động cơ

 Kmm: hệ số mở máy của động cơ, nhà chế tạo cho, thường bằng 5, 6, 7;

 α: hệ số, lấy như sau:

o Với động cơ mở máy nhẹ hoặc mở máy không tải (máy bơm, máy cắt gọt kim loại): α = 2,5

o Với động cơ mở máy nặng hoặc mở máy có tải (cần cẩu, cần trục, máy nâng): α =1,6

2.2.2 Chọn và kiểm tra Aptomat

Aptomat có hai phần tử bảo vệ là cuộn điện từ và rơ le nhiệt Cuộn điện từ dùng đểbảo vệ chống dòng điện ngắn mạch, còn rơ le nhiệt dùng để bảo vệ chống quá tải Đặctính bảo vệ của aptomat cũng tương tự như đặc tính của cầu chảy Aptomat được chọntheo than số ở chế độ làm việc bình thường và kiểm tra theo các tham số ở chế độ quá tải

và chế độ sự cố ngắn mạchĐiện định mức của Aptomat phải lớn hơn hoặc bằng điện ápđịnh mức của mạng điện

Aptomat được lựa chọn theo hai điều kiện sau:

UđmCD ≥ UđmLDIđmCD ≥ IttTrong đó:

 UđmLD : điện áp định mức của lưới điện hạ áp

 UđmCD : điện áp định mức của cầu dao, thường chế tạo: 220V, 230V, 250V, 380V, 400V, 440V, 500V, 690V

Ngoài ra còn phải chú ý đến chủng loại như số pha, số cực và các chức năng khác như khả năng cắt tải…

Hình 2.4 Aptomat

2.2.2.1 Lựa chọn dây dẫn

Việc lựa chọn dây dẫn điện với công suất phù hợp cho hệ thống không chỉ đảm bảo truyền tải tốt nhất điện năng mà còn giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho công trình

Có thể áp dụng công thức tính tiết diện dây điện sau để tính toán một cách gần đúng: S=I/J

- Trong đó:

S: là tiết diện dây dẫn, tính bằng mm2

I: dòng điện chạy qua mặt cắt vuông, tính bằng Ampere (A)

J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)

- Mật độ dòng điện cho phép của dây đồng J~ 6A/mm²

Cường độ dòng điện tổng là: I= P/U = 9700/220 = 44,1 (A)

Tiết diện dây dẫn là S = 44,1/6 = 7,35 mm2

Ta có bảng chọn tiết diện sau:

Từ bảng trên ta cần chọn dây dẫn điện có tiết diện là 8 mm2

Chương 3: Sơ đồ lắp ráp, các thông số kỹ thuật 3.1 Sơ đồ lắp ráp

Hình 3.1 Sơ đồ lắp ráp hệ truyền động điện biến tần – động cơ KĐB