BÁO CÁO THỰC TẬP-ìm hiểu ứng dụng của biến tần trong thang máy hộ gia đình 7 tầng

Với sự ra đời và phát triển của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho các mạch stator nhờ các bộ biến tần đã giải q

Mở đầu:

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện

tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển được

áp dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp không thể thiếu các dây chuyền tự động hóa để vận hành các hệ thống phức tạp trong nhà máy Trong công nghiệp rất nhiều máy sản xuất yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động với phạm vi rộng

và chất lượng điều chỉnh tốt Với sự ra đời và phát triển của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho các mạch stator nhờ các bộ biến tần đã giải quyết được rất nhiều vấn

đề mà thực tế sản xuất yêu cầu Là trong những thiết bị điều khiển động cơ ba pha với độ chính xác cao, công suất lớn, giá thành rẽ và tiết kiệm được năng lượng

Đề tài “ tìm hiểu ứng dụng của biến tần trong thang máy hộ gia đình 7 tầng” nên em đi sâu vào một biến tần cụ thể được sử dụng rộng rãi hiện nay là biến tần Mitsubishi FR700 với phương thức điều khiển là điều chế độ rộng xung PWM được ứng dụng vào hệ truyền biến tần động cơ không động bộ nâng hạ cabin thang máy

Do kiến thức còn hạn chế nên để làm được đồ án này, e xin chân thành cảm

ơn đến thầy TS.Đinh Văn Thắng GV Điện-Điện Tử của trường Đại Học Mỏ-Địa

Chất Hà Nội

Toàn bộ nội dung đồ án của em được trình bày với các nội dung sau đây: Chương 1 – tổng quan về biến tần

Chương 2 – Tìm hiểu biến tần mitsubishi FR 700

Chương 3 - ứng dụng biến tần mitsubishi FR 700 vào thang máy 7 tầng Trong quá trình thực hiện đồ án cũng không tránh được nhiều thiếu sót, rất mong

sự góp ý của các thầy cô giáo Em xin cảm ơn

1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN

1 Biến tần và tầm biến trọng của biến tần trong công nghiệp

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện

Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm

đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề

chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông

số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông …

Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ Có hai phương pháp 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 Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này

Khảo sát cho thấy:

- Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment

- Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung

tâm),chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng

- Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ

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

Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều

phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh

kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như:

o Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn

o Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống

nghịch lưu

o Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy

tu, bảo trì cũng như thay mới

o Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện

áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp

Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải

… mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này

2 Phân loại biến tần

Về nguyên lý, biến tần được chia làm 2 loại

- Biến tần trực tiếp

- Biến tần gián tiếp

2.1 Biến tần trực tiếp

Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không

thông qua khâu trung gian một chiều Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ) Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng

Các phương thức hay dùng các dạng như sau:

- Biến đổi điện áp một pha AC/AC

- Biến đổi điện áp ba pha AC/AC

- Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra ( SISO)

- Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)

- Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra ( TITO)

- Biến tần đường bao ( Matrix)

Tất cả bộ biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số và điện áp cao hơn sang tần số và điện áp thấp hơn với góc trễ pha nhỏ hơn

2.1.1 Phân loại biến tần trực tiếp

a Biến tần trực tiếp 1 pha AC/AC

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

3

nghịch giữa nguồn AC và tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối xứng Cặp SCR có thể được thay thế bằng Triac như hình 1.b cho nguồn công suất thấp; với sự bố trí như hình 1.c gồm hai điốt và hai SCR để cung cấp điện áp bình thường cực âm làm đơn giản mạch qua cửa cần cho sự cách ly Trong hình 1d với 1 SCR và 4 điốt làm giảm bớt tổn thất nhưng lại tăng thêm sự hao phí vì nhiệt Một sự kết hợp giữa SCR và Điốt như hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không đối xứng một chiều với phương thức tự kiểm soát nhưng có cấu thành DC vào và hơn nữa, không thực tế để loại trừ tổn hao công suất do sự nóng lên của tải

b Biến tần trực tiếp 3 pha

Hình 2: Sơ đồ mạch điện áp ba pha AC

Trong hình a và b ta thấy sơ đồ mạch ba pha điều khiển các pha độc lập nhau

rất đơn giản Trong hình a chịu dòng và áp một pha trên một đường, trong khi hình

b thì chịu dòng trên một đường và áp trên một đường, hệ số công suất trong hình b thì không cao, góc điều khiển của cả hai mô hình a và b biến đổi từ 0 đến 180 độ

với tải R

c 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 có tần số biến đổi

kèm theo nhưng đặc tính của nó Nguyên lí của bộ chuyển đổi được xây dựng trên dạng sóng điện áp, từ sự gián đoạn điện áp từng khúc của sóng điện áp của nguồn

AC tần số cao và được phát minh từ năm 1920.Bộ nghịch lưu thủy ngân đã được

dùng trong các bộ chỉnh lưu ở Đức năm 1930 với nguồn 1 pha tần số 16 2/3 Hz,

trực tiếp kéo tải từ nguồn ba pha tần số 50 Hz Trong khi đó bộ biến tần trực tiếp

dùng 18 Thyratrons cung cấp 400 Hp tải đã hoạt động trong một vài năm như các

mô hình phụ tải ở Mỹ Tuy nhiên, thực tế và sử dụng có ích là hai vấn đề khác nhau

mà phải đợi mãi tới khi SCR ra đời năm 1960 Dưới đây là mô hình sử dụng SCR:

d Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra TISO

Hình 4: Biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải

5

Trong hình 4 cho thấy sơ đồ của mạch điều khiển biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải Nguyên lí điều khiển giống như điều khiển một pha

e 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

2.2 Biến tần gián tiếp

Để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp

Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:

Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều Chỉnh lưu có thế

là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh, Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều đổi, Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển

Trong các bọ biến đổi công suất lớn, người ta thường dung chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện

áp tương đối ổn định

lưu

- Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng trước ( thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn súc điện động có nội trở nhỏ Trong các ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp

- Nghịch lưu nguồn dòng: ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải là nguồn phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều khiển trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện

- Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dung nguyên tắc cộng hưởng khi mạch hoạt động, do dố dạng dòng điện( hoặc điện áp) thường có dạng hình sin Cả điện

áp và dòng điện ra tải phụ thược vào tính chất tải

3 Cấu trúc cơ bản của một biến tần

Cấu trúc cơ bản của một biến tần như hình dưới

Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh lưu có

nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều

Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu

7

Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều

có tần số có thể thay đổi được Điện áp một chiều được biến thành điện áp xoay

chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định

Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra nó còn có chức

năng sau:

Theo dõi sự cố lúc vận hành

o Xử lý thông tin từ người sử dụng

o Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm

o Xác định đặc tính – momen tốc độ

o Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu

o Kết nối với máy tính

… Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch

công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển

Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ

thống

Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi

chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được Ngài ra còn

có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào…

Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó

Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ

4 Phương thức điều khiển

4.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin

chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ ra và biên độ tỷ lệ với biên độ tỷ lệ với biên dộ điện ra nghịch lưu Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu rnagw của

có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng mởi van công suất Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ

Hình 5.1 dạng song đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung

Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực Trong

đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực

Có hai phương pháp điều chế cơ bản là:

- Điều chế theo phương pháp sin PWM ( SPWM)

- Điều chế vector

4.1.1 Điều chế theo phương pháp SPWM

Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác ( gọi là song mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn

(gọi là tín hiệu điều chế) Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghịch lưu một pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung ddienj áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng tần só tín hiệu điều khiển và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sống sin mẫu và biên độ song

mang Tần số són mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển

Hình 5.2 nguyên lý điều chế SPWM một pha

9

Đối với nghịch lưu áp bap ha có sơ đồ Để tạo ra điện áp sin bap ha dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu

Hình 5.3 nghịch lưu áp ba pha

Nguyên lý điều chế và dạng song như sau:

Hình 5.4 nguyên lý điều chế SPWM ba pha

Hệ số điều chế biên độ được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu

điều khiển với biên độ của song mang

c a tri

VmV

2

Đối với điện áp dây là:

Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu

chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1)

Hệ số điều chế tỷ số mf là tỷ số giữa tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều khiển:

tri f c

fmf



mf - hệ số điều chế tỷ số

ftri - tần số sóng mang, bằng tần số PWM

fc - tấn số tín hiệu điều khiển

Giá trị của mf được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ Nếu mf là một giá trị không nguyên thì trong dạng sóng đầu ra sẽ có các thành phần điều hòa phụ (subharmonic) Nếu mf không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại

thành phần một chiều và các hài bậc chẵn Giá trị của mf nên là bội số của 3 đối

nghịch lưu áp ba pha vì trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài

là bội số của ba

Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin

chuẩn vc Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hòa của

điện áp ra Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang

11

hay tần số PWM Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyển mạch lại

tăng lên

4.1.2 Phương pháp điều chế vector không gian ( SVPWM)

Phương pháp điều chế vectơ không gian khác với các phương pháp điều chế độ rộng xung khác Với phương pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch lưu được xem

như ba bộ biến đổi đẩy kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập nhau Đối với

phương pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch lưu được xem như một khối duy nhất với 8 trạng thái đóng ngắt từ 0 đến 7

4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC)

Sự khác nhau giữa phương pháp điều chế SVPWM và phương pháp DTC là

phương pháp DTC không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định (fixed

switching pattern) Phương pháp này chuyển mạch bộ nghịch lưu theo yêu cầu của tải Vì không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định, phương pháp này đáp ứng cực nhanh theo sự biến động của tải Độ chính xác vận tốc của phương pháp này lên tới 0,5%, mặc dù không cần phải sử dụng một thiết bị phản hồi nào

Trái tim của phương pháp này là khâu thích ứng động cơ Khâu thích ứng này

dựa trên mô hình toán học cơ bản của động cơ Khâu thích ứng yêu cầu thông tin về rất nhiều thông số động cơ, như điện trở stato, điện cảm tương hỗ, hệ số bão hòa, Thuật toán này lấy các thông tin này về động cơ lúc khởi động mà không làm quay động cơ Nhưng việc làm quay động cơ trong vòng vài giây sẽ giúp cho việc điều chỉnh của khâu thích ứng Hiệu chỉnh càng tốt, việc điều khiển tốc độ và momen

càng có độ chính xác càng cao Từ điện áp một chiều, dòng điện dây và vị trí

chuyển mạch hiện thời, khâu thích ứng này tính toán ra từ thông và momen thực tế của động cơ Những giá trị này được đưa tới bộ so sánh hai lớp từ thông và momen tương ứng Đầu ra của các bộ so sánh này là tín hiệu tham chiếu momen và từ thông cho bảng lựa chọn chuyển mạch tối ưu Vị trí chuyển mạch được lựa chọn được đưa thẳng tới bộ nghịch lưu mà không cần điều chế do đó có đáp ứng rất nhanh

Tín hiệu tham chiếu tốc độ đặt từ bên ngoài được giải mã để tạo ra từ thông và momen tham chiếu Vì thế, trong phương pháp điều khiển trực tiếp momen, từ

thông và momen động cơ là những biến được điều khiển trực tiếp vì thế có tên là

điều khiển trực tiếp momen

Ưu điểm của phương pháp này tốc độ đáp ứng rất nhanh, không cần các thiết bị phản hồi, giảm được sử hỏng hóc về cơ khí, hiệu suất gần bằng máy điện một chiều

mà không có phản hồi Nhước điểm của phương pháp này là sự trễ vốn có của bộ so sánh dẫn đến từ thông và momen bị nhấp nhô Vì chuyển mạch được thực hiện ở tần

số thấp nên câc thành phần điều hòa bậc thấp tăng lên

Hình 4.4-Sơ đồ khối hệ biến tần – động cơ không đồng bộ, điều khiển trực tiếp

momen

13

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN FR-700

1 Biến tần FR-A700 misubishi

Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực A700 sẽ thay thế các dòng

biến tần A500 và A500L của công ty ra mắt năm 1997

FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiển khả

trình PLC và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biết mà

Mitsubishi phát triển /* này giúp tự đọng bù vào sự thay đỏi quán tính tải trọng Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm và chi phí hoạt động thấp

“A700 nhanh hơn, thông minh hơn, khỏe mạnh hơn mọi loại biến tần chúng tôi đã giới thiệu trước đây”, ông Chris Cusick, giám đốc marketing của Mitsubishi cho biết “Với PLC tích hợp trong A700, người sử dụng có thể điều chỉnh thiết bị theo yêu cầu ứng dụng của mình” Có tốc độ hồi đáp 300rad/s, nhanh hơn so với

dòng A500, A700 hỗ trợ hầu hết các giao thức thông dụng, gồm Profibus DP, Link, DeviceNet, LonWorks, ControlNet, Modbus RTU Metasys N2, EtherNet IP

CC-và Modbus TCP/IP, tất nhiên, cả giáo thức mạng RS485 độc quyền của Mitsubishi Ngoài ra, A700 còn hỗ trọ mạng kết nối chuyển động sợi quang cho phép nó hoạt động tương hợp với hệ truyền động servo J3 mới của hãng và toàn bộ dòng sản

phẩm điều khiển chuyển động khác của hãng

1.1 Cấu trúc biến tần FR- A700

Biến tần FR-A700 là biến tần nguồn áp gồm các phần cơ bản

- Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha

hoặc ba pha Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha Thông thường, bộ chỉnh lưu có dạng không điều khiển, bao gồm các điae mắc dạng mạch cầu Độ lớn điện áp là

tần số áp ra của bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp điều

khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu Ở chế độ máy phát của tài ( chảng hạn khi hãm động có không đồng bộ), năng lượng hãm được trả ngược về

mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf Năng lượng nạp ề trên tụ làm điện áp nó tăng trên và có thể đạt giá lớn có thẻ gây quá áp Để loại bỏ hiện tượng quá điện pá trên

tụ Cf ta có thể đóng mạch xả điện áp trên tụ qua một điện trở mắc song song với tụ thông qua công tắc bán dẫn S

- Mạch trung gian một chiều : Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf

(khoảng vài ngàn mF) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn điện áp Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành mạch nắn điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn

dòng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng

tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có đạt các giá trị dương Tụ điện còn thực hiện

chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tài của bộ nghịch lưu và mạch trung gian

bằng cách cho phép dòng Id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng Id1

- Bộ nghịch lưu áp: bộ nghịch lưu là thiết bị biến đổi năng lượng điện

một chiều thành năng lượng điện xoay chiều

Nghịch lưu có dạng một pha hoặc ba pha Quá trình chuyển mạch của bộ

nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức Trong trường hợp đặc biệt

bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài Từ đó ta có hai trường hợp bộ biến tần với quá trình

chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ bên ngoài

1.2 Các thông số kỹ thuật

- Dãi điện áp đầu vào : 3AC 380V±15%

- Dải tần số đầu vào : 47-63 Hz

- Đầu vào điều khiển : bàn phím,bên ngoài,truyền thông từ xa

- Khả năng quá tải : 150% tải định mức 60s

15

- Độ phân dải tần số : Đầu vào số 0,01Hz

Đầu vào tương tự : 0,1% của tần số tối đa

- Các đầu vào điều khiển : Đầu vào số khả trình:6 kênh (tối đa 10 kênh)

Đầu vào tương tự khả trình 2 ( tối đa 3 kênh)

- Các đầu ra điều khiển : Đầu ra xung tốc độ cao: 1 kênh

Đầu ra transitor (Open-collect): 1 (tối đa 2 )

Đầu ra tương tự: 1 kênh (tối đa 2 kênh)

1.3 Cấu tạo tổng quan biến tần Mitsubishi FR A700

1.4 lắp đặt và nối dây

17

1.4.1 đấu dây

a Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

Kí hiệu Tên Mô tả

S(L2).Khi sử dụng bộ biến đổi hệ số công suất cao (FR-HC) hoặc (FR-CV ) thì không cần nối đến bất kì đường nào

Hai ngõ này được sử dụng để kết nối đến điện trở hãm

P,N

(+,-)

Kết nối đến bộ phận hãm Hai ngõ này được kết nối đến bộ phận hãm và bộ biến đổi hệ số công suất lớn(

FR-HC) P,P1

(+,P1)

Nhân tố cải thiện

hệ số công suất Không kết nối tắt giữa P(+) và P1, nối cuộn dây DC cải thiện hệ số công suất

vào

Đất (Ground, Earth)

chân nối đất inverter Phải luôn nối đất cho inverter

cơ quay thuận

Khởi động động cơ quay thuận khi ngõ

ra STF-SD là ON STR Khởi động động

cơ quay ngược

Khởi động động cơ quay ngược khi ngõ

ra STR-SD là ON RH,RM,R

RES Reset Xóa trạng thái đang hoạt đông khi cho

mạch hoạt động bảo vệ Nối tắt 2 cực RES-SD trong 0.1s (hoặc hơn) sau đó hở mạch.Hệ số đặt phải luôn reset

chung

Nối với các tiếp điểm vào và đồng hồ hiển thị Tiếp điểm ra có điện áp ra 24v

Dc và dòng 0,1A

19

PC Chân chung các

transistor bên ngoài

Khi nối với một ngõ ra của transistor(ngõ ra cực thu hở),như là PLC Dùng nguồn vào khoảng 24V DC, 0.1A

10 Nguồn cung cấp

để định tần số nguồn

hệ tỉ lệ Có thể thay đổi mức điện áp 5V hay 10V bằng cách sử dụng Pr.73 Điện trở vào là 10K Điện áp vào có thể chịu đến 20V

4 Thiết lập tần số

(dòng điện )

Tín hiệu vào từ 4-20mA DC.Tần số ra lớn nhất tại20mA Bộ inverter được điều chỉnh để tại 4mA cho ra tần số là 0Hz và 20mA cho tần số là 60Hz Dòng tối đa

có thể có thể chịu được là 30mA.Điện trở vào khoảng 250

động ngõ ra Tiếp điểm báo mạch bảo vệ của inverter đã hoạt động và ngõ ra đã dừng 200V

AC 0.3A hoặc 30V DC 0.3A Khi báo động thì nối mạch giữa A-C và hở mạch giữa B-C

RUN Inverter đang

hoạt động Ngõ ra là mức thấp L khi tần số ra của inverter luôn hơn tần số bên ngoài Ngõ

ra là mức cao H khi dừng inverter hoặc trong suốt quá trình hãm DC.Tải có thể cho phép chịu được là 24V DC 0.1A

FU Dò tần số Ngõ ra ở mức L khi tần số ra cao hơn

tần số định trước

Ngõ ra ở mức H khi tần số ra thấp hơn tần số định trước Tải có thể chịu được là 24V DC 0.1A

SE Ngõ ra chung cực

thu hở

Đây là ngõ ra cho các chân RUN và FU

Giao

tiếp

Đầu nối PU Giao tiếp RS-485 có thể được thực hiện

khi sử dụng đầu nối PU

b Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều

- Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu

- Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều

có tần số có thể thay đổi được Điện áp một chiều được biến thành điện áp xoay

chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định

- Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó

đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra nó còn có chức năng sau:

o Theo dõi sự cố lúc vận hành

o Xử lý thông tin từ người sử dụng

o Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm

o Xác định đặc tính – momen tốc độ

o Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu

o Kết nối với máy tính

Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van

công suất trong mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch

công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển

Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ

thống

Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi

chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được Ngài ra còn

có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu

vào…

Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này

thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó

Sự mô tả

RS-

-485

Kết nối PU Với đầu nối PU, sự truyền dữ liệu có thể đến

RS-485 (cho kết nối chỉ trên tỉ lệ 1:1)

- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)

- Định dạng truyền: đa điểm ra

- Tốc độ truyền thông: 4800 -38400bps

- Tổng chiều dài: 500m

TXD+ Đấu truyền

biến tần Với những đầu RS-485, sự truyền dữ liệu có thể đến RS-485

- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)

- Định dạng truyền :liên kết đa điểm

-

- Tổng chiều dài:500m

TXD- RXD+ Đầu thu

biến tần RXD-

SG Nối đất

USB

FR-Configurator có thể thực hiện bằng cách nối biến tần đến máy tính cá nhân qua USB Interfase: tương ứng với USB1.1 Đầu nối: đầu USB B (lỗ cắm B)

2 Điều khiển động cơ và cách cài đặt các thông số

23

2.2 bảng điều khiển hoạt động

2.2.1 các phần của bảng điều khiển hoạt động (FR-DU07)

2.2.2 hoạt động cơ bản

25

2.2.3 hoạt động khóa cho một thời gian dài

Hoạt động bằng cách sử dụng quay số thiết và quan trọng của bảng điều

khiển hoạt động có thể được thực hiện không hợp lệ để ngăn chặn sự thay đổi tham

Giá trị hiện đang thiết lập “0”

(giá trị ban đầu xuất hiện)

 Caution (chú ý)

Phát hành các khóa hoạt động để giải phóng dừng PU bởi hoạt động chính

2.2.4 giám sát đầu ra dòng điện và đầu ra điện áp

 POINT ( nút bấm)

Màn hình hiển thị tần số đầu ra, đầu ra điện áp và đầu ra dòng điện có thể được thay đổi bằng cách nhấn “trong chế độ giám sát”

 OPERATION ( hoạt động)

2.2.5 ƣu tiên đầu tiên của màn hình

Giữ phím “SET” trong vòng 1s đẻ cài đặt màn hình mô tả được xuất hiện

đầu tiên ở chế độ màn hình

Và để trở về màn hình tần số đầu ra, giữ phím “SET” trong 1s sau khi hiển thị màn hình tần số đầu ra

2.2.6 thay đổi giá trị thông số cài đặt thay đổi

Ví dụ thay đổi tần số tối đa Pr

 OPERATION

1 Bấm “MODE” trong khi hoạt

động để lựa chọn tần số đầu ra màn

hình

2 Không phụ thuộc dù biến tần

đang chay trong bất kỳ chiế độ hoạt

động hoặc tại một điểm màn hình

đầu ra dòng điện xuất hiện bằng

4 Vặn nút điều chỉnh cho tới

khi xuất hiện P.1

5 Nhấn nút “SET” để đọc giá

trị cài đặt hiện tại

6 Vặn nút điều chỉnh thay đỏi

giá trị cần thiết

trong Pr 77 lựa chọn ghi các thông số đó

- Hãy tham khảo danh sách các tham số và sau đó trong tham số để được xóa với hoạt động này

 OPERATION (hoạt động)

2.2.8 các thông số sao chép và các tham số xác minh

1 Sao chép các thông số nguồn vào bảng điều khiển vận hành

2 Ghi các thông số sao chép vào bảng điều khiển vận hành sang các

biến tần đích

3 Xác minh các thông số trong bảng điều khiển biến tần và vận

hành

2.3 Trước khi hoạt động

2.3.1 Bảo vệ quá nhiệt động cớ bằng biến tần (Pr.9)

Thiết lập các tham số khi sử dụng một động cơ khác so với động cớ tiêu

chuẩn Mitsubishi JK) và moden xoắn động cơ Mitsubishi không đổi

theo chiều kim đồng hồ để thay

đổi nó với giá trị cài đặt của “1”

7 Bắm “SET” để thiết lập