đề tài điểu khiển động cơ quạt gió

Quạt có công suất 25 kW, Chọn động cơ, AC drivecủa Siemens để điều khiển nhiệt độ của phòng.. Biến tần – AC Drive Siemens MM430 công suất 30 kWMM430 phù hợp với các ứng dụng có tốc độ th

ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ : QUẠT GIÓ GVHD : LÊ QUANG ĐỨC

ĐỀ TÀI NHÓM 12

Quạt gió : điều khiển quạt gió làm mát cấp khí lạnh cho phòng từ máy điều hoà,

điều khiển theo nhiệt độ phòng Quạt có công suất 25 kW, Chọn động cơ, AC drivecủa Siemens để điều khiển nhiệt độ của phòng

- Vẽ mạch điện động lực và mạch điều khiển

- Chọn thiết bị điện, dây cáp, có bảo vệ quá tải, ngắn mạch

- Điều khiển ổn định nhiệt độ phòng bằng cách điều khiển tốc độ động cơ, chọncảm biến nhiệt độ

- Thuyết minh giải pháp

- Lập hồ sơ kỹ thuật bao gồm bản vẽ, danh sách thiết bị, giá thành, bản vẽ tủ điện

I GIẢI PHÁP CHO ĐỀ TÀI

 Bảo vệ cho biến tần ta cần Aptomat, Contactor, Cầu chì

 Biến tần giữ nhiệm vụ điều khiển và bảo vệ cho động cơ

b. Kích thước : cần thiết cho việc lắp đặt động cơ

Làm mát: tự làm mát bằng quạt: chất liệu: nhựa, bảo vệ bọc bởi lưới thép.

2 Biến tần – AC Drive Siemens MM430 công suất 30 kW

MM430 phù hợp với các ứng dụng có tốc độ thay đổi đặc biệt là bơm quạtvới những tính năng PID, điều khiển phân tầng Đạt hiệu quả cao, giúp tiếtkiệm năng lượng, chi phí

 Đặc tính cơ bản:

o Dễ dàng, có chỉ dẫn khởi động

o Cấu trúc bộ điều khiển cho phép cấu hình linh hoạt tối đa

o Sáu ngõ vào digital, có thể lập trình được riêng biệt

o 2 ngõ vào analog (0-10V, 0-20mA), có thể được sử dụng như ngõ vào

số thứ 7, 8

o 2 ngõ ra analog có thể lập trình (0-20mA)

o 3 ngõ ra relay có thể lập trình được (30V DC/5A cho tải thuần trở, 250VAc/2A cho tải cảm)

o Tiếng ồn do vận hành bé, nhờ xung với tần số cao, điều chỉnh được

o Bảo vệ hoàn toàn cho motor và inverter

o Bộ dk PID

o Kiểu: năng lượng thấp

- Hiệu suất chuyển đổi: 96% đến 97%

- Khả năng quá tải: Quá tải 140% trong 3 giây hay 110% trong 60 giây ở mỗi 300 giây

- Dòng điện vào khởi động: Thấp hơn dòng điện vào định mức

- Phương pháp điều khiển: Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển dòng từ thông FCC

- Tần số điều chế xung (PWM): Chế độ tiết kiệm điện năng (4kHz (tiêu chuẩn cho 400V - 3 pha); 2kHz đến 16kHz (bước chỉnh 2kHz)

- Tần số cố định: 15, tuỳ đặt

- Dải tần số nhảy: 4, tuỳ đặt

- Độ phân giải điểm đặt: 10 bit analog / 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)

- Các đầu vào số: 6 đầu vào số lập trình được, cách ly / Có thể chuyển đổi PNP/NPN

- Các đầu vào tương tự:

AIN 1: 0 đến 10V hặoc 0 đến 20mA hoặc -10V đến +10V dùng cho điểmđặt

AIN 2: 0 đến 10V hặoc 0 đến 20mA

- Các đầu ra rơ le: 3, tuỳ chọn chức năng 30V DC/5A (tải trở), 250V AC/2A (tải cảm)

- Các đầu ra tương tự: 2, tuỳ chọn chức năng; 0 ~ 20m

- Cổng giao tiếp nối tiếp: RS-485, vận hành với USS protocol, RS 232 theo yêu cầu

- Độ dài cáp động cơ:

- Không có kháng ra: Tối đa 50m (bọ kim); Tối đa 100m (không bọc kim)

- Có kháng ra: Tối đa 200m (bọ kim); Tối đa 300m (không bọc kim)

- Tính tương thích điện từ: Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN

61 800-3 (giới hạn theo chuẩn EN 55 011, class B)

- Hãm: Hãm DC, hãm tổ hợp

- Cấp bảo vệ: IP20

- Dải nhiệt độ làm việc: -10ºC đến +40ºC

- Nhiệt độ bảo quản: -40ºC đến +70ºC

- Độ ẩm: 95% (không đọng nước)

- Độ cao lắp đặt: Đến 1000m trên mực nước biển

- Các chức năng bảo vệ: Thấp áp, quá tải, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN

- CE mark: Phù hợp với các chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC; Loại có

vỏ bọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

General Circuit Diagram MM430

Terminal connection diagram MM430

 Bố trí lắp đặt bên trong tủ điện :

- Không đặt biến tần nằm ngang

- Không đặt trong môi trường nhiều bụi, khí gas, nước

- Độ ẩm < 95%

- Không đặt gần môi trường có từ tính

- Không gian trên và dưới tối thiểu: 300 mm

 Tìm hiểu về ouput choke và filter

- Output choke : Output chokes can be sup-plied for reducing the

capaci-tive compensation currents and dV/dt in the case of motorcables >50m (shielded) or >100m (unshielded)

- Filter : Có chức giới hạn dòng hay áp nạp xả khi inverter vận hành,

chống nhiễu do các hài…

- Với ứng dụng của đề tài ta không cần phải chọn Output Choke vì chiềudài cable đến động cơ ta chọn không quá 100m

- Nếu xung quanh có các thiết bị quan trọng mà bị ảnh hưởng bởi sóng

và và nhiễu thì ta nên chọn Filter, ngược lại không cần chọn để giảmchi phí

Lưu ý: chọn Inverter có Filter bên trong thì không được phép dung với

lưới điện có trung tính không nối đất

3 Chọn Aptomat : 3RV1042 – 4MA10

Trong catalog của biến tần, khi chọn xong biến tần thì nhà sản xuất có thêmphần khuyến cáo chọn aptomat và cầu chì để bảo vệ cho biến tần Aptomatbảo vệ biến tần khi mạng điện xảy ra ngắn mạch

4 Chọn Công tắc tơ : có chức năng đóng cắt cung cấp nguồn cho biến tần,

bảo vệ biến tần khi xảy ra quá tải, lúc này ta điều khiển mở tiếp điểm củacông tắc tơ để cách ly nguồn với biến tần

Loại : 3RT1046-1AP00

Công suất: 45KW/400VAC

Áp điều khiển: 230VAC

Phối hợp bảo vệ loại 1 phù hợp với ứng dụng quạt gió

Với khung phía trên là chọn Contactor cùng CB phối hợp bảo vệ kiểu 2

Đặc tính bảo vệ quá tải: class 10

Kích thước và lắp đặt contactor và Aptomat: phối hợp bảo vệ kiểu 1

Các thông số về kích thước yêu cầu khi lắp đặt dùng để bố trí các thiết bị trong

tủ điện sao cho hiệu quả nhất

5 Cầu chì : để bảo vệ quá tải cho biến tần

Chọn theo khuyến cáo khi chọn biến tần

Loại : 3NA3824

Cầu chì bảo vệ mạch điều khiển:

Bảo vệ dòng quá tải qua mach điều khiển bằng 2 cầu chì (có thể không cần cầu chì trên phần dây nối mass)

Cầu chì là phần tử bảo vệ quá dòng điện và chịu được dòng điện làm việc cực đại

6 Chọn cảm biến nhiệt độ phòng :

a Cảm biến nhiệt độ phòng có tín hiệu ra là điện áp 0 – 10V

- Type : DRTE 2201 của hãng Satchwell

- Power supply : 24 VAC

- Temperature range : 0 – 40 độ C

b Cảm biến nhiệt độ phòng có tín hiệu ra là dòng điện 4 – 20 mA

- Type : Sensor temperature room 536 – 779 Siemens

- Power supply : 24 VDC

- Temperature range : 0 – 50 độ C

7 Chọn cable :

a Chọn cable cho động cơ :

Tiết diện max: 16mm2

Chiều dài cáp (Động cơ và Biến tần): dài nhất là 50m, tùy chọn để thuận tiện lắpđặt, vi thiết kế không có Choke (cái để giảm dòng tồn dư do tải có tính dung,thường thì dây dài, cáp để gần nhau thường có tính dung, hay 1 vài lý do khác….)

Loại cáp: - 3 lõi đồng, của Cadivi

- Dây điện CV 16mm² giá 23,300 VNĐ/m

Cáp vào ra biến tần :

=> để thống nhất với 1 loại cáp với động cơ ta chọn cáp như cáp của dộng cơ đãchọn ở trên

Cáp đấu nối mạch đk biến tần:Tiết diện cho phép: 0.08 -> 2.5 mm2

Dây điện CV 2.0mm² (Cadivi)

3,400 Vnd/m

8 Chọn các thiết bị cho mạch điều khiển :

a Đèn báo hiệu :

b Nút nhấn :

9 Chọn tủ điện :

 Chọn tủ có: Cao >=1200mm

Rộng >=300mm Dài >= 400mm

300mm

>=1200mm

III THUYẾT MINH GIẢI PHÁP

1 Mạch động lực :

a Với cảm biến có ngõ ra là tín hiệu điện áp :

 Để ổn định được nhiệt độ phòng ta cần điều khiển tốc độ quạt theo giá trịsai lệch giữa nhiệt độ đặt và đo.

- Nếu nhiệt độ đặt lớn hơn nhiệt độ đo : tăng tốc độ quạt

- Nếu nhiệt độ đặt bé hơn nhiệt độ đo : giảm tốc độ quạt

- Nếu nhiệt độ đặt bằng nhiệt độ đo : giữ nguyên tốc độ quạt

 Để điều khiển được tốc độ quạt ta dùng chức năng PID trong biến tần

- Thiết lập kênh tham chiếu PID là ngõ vào Analog input 1 (ADC 1)với tín hiệu ngõ vào là điện áp từ 0 – 10V Ta dùng biến trở 10K cấpnguồn 10 VDC mắc theo sơ đồ như hình vẽ để tạo được giá trị điện áp

0 – 10V

- Thiết lập kênh hồi tiếp giá trị nhiệt độ đo về vòng điều khiển kín PID

là ngõ vào Analog input 2 (ADC 2) Tín hiệu hồi tiếp từ cảm biến về là

0 – 10V tương ứng với 0 – 40 độ C

- Chức năng điều khiển PID sẽ so sánh giá trị tham chiếu và giá trị hồitiếp để điều khiển tốc độ quạt nhằm ổn định nhiệt độ phòng

 Aptomat dùng để bảo vệ ngắn mạch khi có sự cố xảy ra

 Cầu chì dùng để bảo vệ khi biến tần làm việc quá tải

 Công tắc tơ có nhiệm vụ đóng cắt nguồn cung cấp cho biến tần sẵn sànghoạt động Khi biến tần làm việc quá tải ta xuất tín hiệu điều khiển mởtiếp điểm Contactor để cách ly biến tần với nguồn điện, tránh hư hỏng

 Nhiệm vụ của biến tần là điều khiển và bảo vệ cho động cơ

b Với cảm biến có tín hiệu ngõ ra là dòng điện từ 4 – 20 mA

 Khác với tín hiệu hồi tiếp là điện áp thì hồi tiếp về dòng điện ta cần thiếtlập biến tần có kênh tham chiếu ngõ vào là dòng điện

 Thiết lập giá trị tham chiếu của PID là tín hiệu dòng từ 4 – 20 mA.Tadùng một biến trở cấp nguồn 24 VDC và mắc theo sơ đồ hình vẽ trongmạch bên dưới Giá trị của điện trở dựa vào tín hiệu dòng 4 – 20 mA nêngiá trị biến trở thay đổi tương ứng là 6K – 1.2 K vì thế ta chọn biến trở10K

 Kênh hồi tiếp giá trị nhiệt độ về cũng thiết lập ngõ vào là dòng điện Mắccảm biến theo như sơ đồ kết nối mạch động lực Nguồn cấp cho cảm biến

là 24 VDC Giá trị dòng hồi tiếp từ 4 – 20 mA tương ứng 0 – 50 độ C

- Lamp power Inverter : báo hiệu có nguồn cấp vào inverter, đèn sáng

nhờ tiếp điểm thường mở của Contactor Khi cuôn hút có điện, tiếp điểmđóng lại làm đèn sáng lên

- Lamp Stop : báo hiệu biến tần chưa làm việc nghĩa là động cơ chưa hoạt

động , đèn được cấp nguồn 220V thông qua tiếp điểm thường đóng củaRelay 3 của biến tần

- Lamp Run : báo hiệu biến tần đang trong trạng thái hoạt động nghĩa là

động cơ đang hoạt động Để làm được điều này ta nối đèn báo hiệu vàotiếp điểm thường mở của Relay 3 Ta phải thiết lập chức năng đảo trạngthái của Relay 3 khi biến tần đang hoạt động Bằng cách thiết lập mụcDigital output (r0730) relay 3 với thông số Diver Running thì kích hoạtđảo trạng thái của Relay 3 (P0733>52.2)

- Lamp error : đèn báo hiệu lỗi sáng lên khi có lỗi xảy ra Đèn này được

cấp nguồn 220V thông qua tiếp điểm thường mở của Relay 2 Để thựchiện được chức năng này ta cần thiết lập chức năng Digital output củaRelay 2 – đảo trạng thái khi có lỗi xảy ra Ta cần thiết lập thông số Driverfault active trong mục setting của biến tần (P0732>52.3)

- Ngoài ra : biến tần còn có chức năng Flying restart Chức năng này có tác

dụng bắt lại tốc độ tức thời của động cơ ngay tại thời điểm động cơ bị mấtđiều khiển, điển hình là trường hợp bị mất điện và có điện lại ngay tứcthì… phù hợp với đối tượng điều khiển là quạt gió

 Nếu không có chức năng này thì động cơ khi bị mất điều khiển thìkhi có tín hiệu điều khiển lại thì động cơ sẽ được khởi động lại từđầu với tần số ngõ ra dành cho mục đích khởi động, mà tốc độ củaquạt đang ở tốc độ cao nên dễ dàng bị shock, gây hư hỏng động cơ

 Để thiết lập thông số flying restart ta thiết lập thông số P1200>4hoặc 5 hoặc 6 tùy vào từng chức năng

IV LẬP HỒ SƠ KỸ THUẬT :

1. Bản vẽ : có file autocad kèm theo.

2 Danh sách thiết bị và giá thành : Thiết bị Loại, kiểu Chức năng Dòng (đm) Áp (đm) lượng Số thành Giá Ghi chú

Motor

1LA9 66 – 2LA (Siemens)

Quay quạt, thổi gió vào phòng

45.5A 400VAC3phase 1 $1001 P=26KW

Biến tần

Micromaster 430 6SE6430- 2UD33-0DA0 (Siemens)

Điều khiển, bảo

1 $29.5 Phải có để có thểcài đặt biến tần.

Aptomat 3RV1042 –4MA10

(Siemens)

Bảo vệ ngắn mạch, quá tải

80A Iq=100KA

3pha 380

Contactor

1AP00(Siemens)

Bảo vệ Biến tần 80A 380VAc 3 3x $9,72 1 cực, do đó dùng 3cái cho 3 đầu vào

Inverter

Cảm biến DRTE2201

(Satchwell)

Hồi tiếp tín hiệu nhiệt về dưới dạng áp

24VAc 1 $134 Phải dung 1 biến thếcho cảm biến này.

Cầu chì

mạch điều

khiển

5SG7610(Siemens)

Bảo vệ quá tải mạch điều khiển. 16A

1pha

Đèn báo

22mmKH-2203L-2(Siemens)

Báo trạng thái

1 pha220V 7 7x $7

Mua 4 cái với các màu: blue, green, red, yellow

Nút nhấn

HW1E-BV411R

Nhấn điều khiển đóng cắt, vận

220 VAC 1 $8,82 Khóa, hồi khi vặn

xoay Màu đỏ

(Siemens) hành thiếtbị 40mm

Biến trở

Dùng để thiết lập giá trị đặt nhiệt độ

Lấy áp 24 VAC cho cảm biến

1 $2

Tủ điện Sản xuất tại

VN

Lắp đặt thiết bị vào 1 $81.17

1200*600*350*1cánh 1.5 - khóavặn tay

Tổng giá thành : $ 3.593,61 USD tương đương 65 triệu VNĐ