Nghiên Cứu Cấu Trúc Và Cách Cài Đặt, Vận Hành Biến Tần IC5

Biến tần là các bộ biến đổi dung để biến đổi nguồn điện áp với các thông số như điện áp và tần số không đổi, thành nguồn điện với các thông số thay đổi được.. Biến tần được phâ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ đất nước đang tiền hành công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa thì tự động hóa là một ngành vô cùng quan trọng, một ngành mũi nhọn trong công nghiệp Với tốc độ phát triển tróng mặt của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong những năm gần đây chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa công nghiệp Những giải pháp đó nhằm mục đích giảm giá thành cho hệ thống Sự ứng dụng của PLC và biến tiền đang được ứng dụng ngày càng phổ biến vì những tính năng vượt trội Điều khiển trơn tốc độ động cơ không đồng bộ bằng tần số sử dụng các biến tần là phương pháp đc sử dụng phôt biến hiện

nay Chính vì vậy chúng em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cấu trúc và cách cài đặt, vận hành biến tần IC5” để nhóm em có thể tìm hiểu các kiến thức thực tế Và có thể

phát triển đề tài ứng dụng PLC để điều khiển biến tần giải quyết các bài toán cụ thể trong công nghiệp hiện nay

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN

1.1 Biến tần và phân loại biến tần

1.1.1 Biến tần là gì?

Biến tần là các bộ biến đổi dung để biến đổi nguồn điện áp với các thông số như điện áp và tần số không đổi, thành nguồn điện với các thông số thay đổi được Thông thường biến tần làm việc với nguồn đầu vào lấy từ lưới điện, nhưng vè nguyên tắc, biến tần có thể làm việc với bất kì nguồn điện xoay chiều nào

1.1.2 Phân loại biến tần.

Biến tần được phân chia làm hai loại: biến tần trực tiếp va biến tần gián tiếpBiến tần gián tiếp, hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn địn áp xoay chiều thành nguồn một chiều, tích trữ trong các kho từ, dùng cuộn cảm, hoặc trong các kho điện, dùng tụ điện, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu để biến nguồn 1 chiều thành nguồn xoay chiều Khâu trung gian một chiều tạo ra một khâu độc lập nhất định, biến đổi chậm, tách phần phụ tải ra khỏi lưới điện.Biến tần gián tiếp được cấu tạo từ bộ chỉnh lưu, khâu lọc trung gian và bộ nghịchlưu Biến tần gián tiếp chia làm 3 loại chính

- Biến tần nguồn dòng

- Biến tần nguồn áp với nguồn 1 chiều đầu vào có điều chỉnh

- Biến tần nguồn áp với nguồn 1 chiều đầu vào không điều chỉnh

Biến tần trực tiếp, khác với biến tần gián tiếp, tạo ra điện áp trên tải bằng các phần của điện áp lưới, ỗi lần nối tải vào nguồn bằng một phần tử đóng cắt, không thông qua một kho năng lượng trung gian nào Biến tần trực tiếp có khả năng trao đổi năng lượng với lưới cả 2 chiều Đây là đặc tính ưu việt nhất của biến tần trực tiếp so với gián tiếp, nhất là đối với các hệ điện cơ công suất lớn và rất lớn, từ hàng trăm kw đến vài mw Ngoài ra, tổn hao công suất trong biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải

nhiên số lượng van ở biến tần trực tiếp lớn hơn và hệ thống điều khiển cũng phức tạp hơn rất nhiều.

1.2 Cấu tạo chung

Cấu tạo biến tần gồm mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian( DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển

Hình 1.1: cấu tạo chung của biến tần

Từ đó, ta có thể cụ thể hóa thành 6 bộ phận như sau:

1.2.1 Bộ chỉnh lưu

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần

Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ

nguồn, trong đó dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để chophép chuyển đổi từ điện xoay chiều ba pha thành điện một chiều

Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC)

1.1.2 Tuyến dẫn Một chiều

Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình tuyến dẫnmột chiều sẽ làm tăng điện dung Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

1.1.3 IGBT

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện

Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang

Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang,

độ rộng xung có thể thay đổi PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin.Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ

1.1.4 Bộ điện kháng xoay chiều

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện

Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều Ngoài

ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ

Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất

Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu

ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT

1.1.5 Bộ điện kháng một chiều

Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một chiều.Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự

cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra

Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều

Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu

1.1.6 Điện trở hãm

Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động

cơ cố chạy chậm hoặc dừng Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện

Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn một chiều

Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt

Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do lỗi quá áp trên tuyến dẫn một chiều

1.3 Nguyên lý hoạt động của biến tần

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Do đó, hệ số công suất cosϕ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0.96 (của biến tần Delta thì lên đến 0.99) Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công

đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ

vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dảitần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm 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 vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy 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 đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp 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, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID, FOC,Vector (sensorless hoặc encoder), Torque control (sensorless hoặc encoder) và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau (RS232 hoặc RS485), rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA, hệ thống có tích hợp màn hình HMI, PLC

1.4 Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp

Biến tần với chức năng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ cho phép sử dụng điều chỉnh tốc độ theo nhu cầu và mục đích sử dụng

Chức năng điều khiển tốc độ động cơ lên tới 16 cấp với khả năng kiểm soát thời gian gia tốc/giảm tốc, nhiều mức công suất phù hợp với nhiều loại động cơ Có chức năng bảo vệ quá tải, quá áp, thấp áp, quá dòng, thấp dòng, quá nhiệt động cơ, nối đất…nó giúp người vận hành yên tâm không phải lo lắng về vấn đề mất kiểm soát trong quá trình vận hành

Biến tần giúp các dây truyền hoạt động tới ưu: tiết kiệm điện năng, đồng bộ các thiết

bị hoạt động trơn tru Trong thực tế, có 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

nhựa làm đế giầy, cán thép…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.

Biến tần sử dụng trong hệ truyền động chứ 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 và công suất lớn nhưng còn nhiều hạn chế như: giá thành cao do dùng máy biến áp công suất lớn, chiếm diện tích lắp đặt lớn, điều khiển khó khăn…

Chương II GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TÂN IC52.1 Tổng quan về biến tần IC 5

2.1.1 Giới thiệu biến tần LS IC5

Biến tần LS IC5 là biến tần sử dụng thuật toán điều khiển theo vector không gian và

nó được cải tiến để không chỉ điều chỉnh được các đặc tuyến momen mà còn điều chỉnh tốc độ trong điều kiện phụ tải thay đổi

Tự động dò thông số: Thuật toán tự động dò thông số trong biến tần LS IC5 đặt các hệ

số động cơ tự động làm cho những cản trở chủ yếu ở tốc độ thấp do sự thay đổi của tải và momen thấp sản sinh để duy trì ổn định

Chuyển đổi tín hiệu PNP và NPN: Biến tần LS IC 5 thiết lập tín hiệu PNP và NPN chocác bộ điều khiển bên ngoài Nó làm việc ở điện áp 24V DC mà không phụ thuộc vào dạng tín hiệu PLC hay các thiết bị khác

Giao tiếp bề mặt mudbus-RTU: Biến tần IC 5 cung ứng giao tiếp bề mặt Mudbus – RTU thông dụng nhất cho điều khiển từ xa bằng PLC hoặc các thiết bị khác

Quy trình điều khiển PID: Quy trình điều khiển PID được sử dụng trong biến tần LS

IC 5 làm tốc độ hiệu chỉnh nhanh với độ chính xác của sự giao động điều khiển lưu lượng nhiệt độ, áp suất

2.1.2 Các dòng biến tần họ IC5

Mỗi loại biến tần đều có các mã số khác nhau, cùng với dó là thông số về điện áp, công suất, điện áp vào ra và một số thông số khác Các thông số này được nhà sản xuấtghi trên vỏ của biến tần Dưới đây là cách xác định các thông số và các loại biền tần họIC%

Hình 2.2 Cách xác định thông số biến tần

Hình 2.3: các dòng biến tần họ IC5

2.2 Các chi tiết bên ngoài của biến tần

2.2.1 Cơ cấu bên ngoài

Các chi tiết bên ngoài của biến tần gồm 2 phần

Phần thứ nhất là khi có nắp đậy nên ta chỉ nhìn thấy các nút chức năng, nhãn thông số và vỏ bên ngoài của biến tần

Phần thứ hai là khi tháo vỏ bảo vệ mặt trước và vỏ bảo vệ mặt sau ra sẽ thấy được các nút nhấn, trạm nối dây và công tắc chuyển đổi

Hình 2.4: Các chi tiết khi có vỏ đậy

Hình 2.5: Các chi tiết khi không có vỏ đậy

2.2.2 Kích thước của biến tần IC5

Hình 2.6: Kích thước biến tần

Kích thước SV004IC5-1 SV008IC5-1 SV015IC5-1 SV022IC5-1

Theo chiều ngang: 50mm

Hình 2.7: Lắp đặt biến tần trong tủ điện

- Không để vật lạ rơi vào biến tần

- Không tác động lực mạnh lên biến tần

- Nhiệt độ làm việc khoảng – 10oC đén 50oC và độ ẩm không quá 90% Khi biến tần

lắp đặt trong một môi trường kín như hộp thì nên dùng quạt làm mát để bảo đảm nhiệt

độ bên trong dưới 40oC Tuổi thọ của các linh kiện điện tử của biến tần sẽ tăng khi nếuđảm bảo không khí bên trong càng thấp càng tốt

- Lắp đặt ở nơi sạch sẽ không có bụi và hơi dầu

- Không lắp đặt biến tần lên vật liệu dễ cháy như gỗ hay nhựa

- Nếu tủ điện có nhiều biến tần sẽ được lắp đặt như sau

Hình 2.8: Lắp đặt nhiều biến tần.

2.3.2 Cách đấu dây.

- Nối dây chỉ thực hiện chỉ sau khi chắc chắn nguồn điện đã được tắt

- Nguồn điện trước khi vào biến tần phải được nếu qua một MCCB ( ap tomat) và thựchiện các biện pháp an toàn khác đối với ngắn mạch bởi các dây nối bên ngoài Nếu không có thể gây cháy nổ

- Các trạm nối dây ở biến tần phải đảm bảo được sự chắc chắn

- Tùy thuộc vào từ loại biến tần phải chọn các đầu nối và tiết diện nối dây cho phù hợp

- Không đươc đưa điện xoay chieuf AC vào đầu ra U, V, W của biến tần

- Với biến tần có đầu vào 1 pha 220V thì nguồn cung cấp sẽ được nối vào 2 trạm R, T

− Tín hiệu đầu vào Analog để thay đổi tần số có thể là volt (0 đến 10V) hay Ampe (4 đến 20 mA) hoặc cả hai.

− Điện trở hãm không tích hợp trong biến tần

Hình 2.10 Đấu dây nguồn động lực.

• Sơ đồ đấu dây nguồn động lực bên ngoài và mô hình cấu trúc bên trong của biến tần:

− Nguồn điện lưới vào L1 và L2 là 200V~230V, tần số điện lưới f=50hz

− Công đầu ra động cơ không đồng bộ ba pha (U, V, W)

− Điện áp được đưa vào qua bộ lọc => tới chỉnh lưu => nghịch lưu => đưa ra đầu ra

− Chân G được nối đất

CHƯƠNG III CÀI ĐẶT CHO BIẾN TẦN3.1 Giới thiệu các nút chức năng

Hình 3.1: Các nút chức năng

STOP/RST Stop: Dừng RST: Thiết lập lại khi có lỗi

4 – WAY BUTTON Phím điều khiển ( lên/xuống/trái/phải/enter)

▲ UP Sử dụng khi tăng giá trị tham số

▼ Down Giảm giá trị tham số

◄ Left Di chuyển con trỏ sang trái

► Right Di chuyển con trỏ sang phải

● Prog/Ent Key Thiết lập và lưu giá trị tham số thay đổiPotentiometer Thay đổi giá trị của tần số khi chạy

Hiển Thị

Nhấp nháy khi có lỗi sảy ra

3.2 Cách cài đặt

3.2.1 Chức năng các nhóm lệnh

- Có 4 nhóm thông số lệnh khác nhau trong IC5

Drive group Các thông số cơ bản cho tần ố chạy, chế độ điều khiển, thời gian

tăng/ giảm tốc, chế độ chạy…

Function group 1 Nhóm điều chỉnh tần số và điệp áp đầu ra

Function group 2 Nhóm thông số cài đặt cho bộ PID, và thôn số động cơ thứ 2I/O group Nhóm thông số cài đặt chức năng ngõ ra, vào của biến tần…

- Chuyển đổi giữa các nhóm

3.2.2Cài đặt nhóm 1

1 - Ở F15, nếu ấn phím trái hoặc phải Lúc này F15 sẽ về vị trí

thứ nhất của nhóm 1 là “F0”

2 - Trong nhóm 1 màn hình sẽ hiển thị “F0” đầu tiên.

- Sử dụng nút án phím phải để đến vị trí khác trong nhóm

3 - Khi đến hết vị trí trong nhóm 1 sẽ chuyển sang nhóm 2

Chuyển vị trí cài đặt nhóm 1

1

- Khi ở “F0” ấn nút Prog/Ent 2

- Màn hình hiển số 1(F1) Sử dụng nú nhấn để tăng từ 1 đến 5

3 - Khi màn hình hiện số 5, tiếp tục thực

hiện nút nhấn sang trái trên bàn phím, lúc này số “0” sang nên

- sử dụng nút ấn nên và cài ở số 1

4 - Khi đã thiết lập được số 15 (F15) Ta

thực hiện ấp Prog/Ent để chọn và trốtlại

- Quan sát màn hình sẽ cuất hiện F15

Cách 2: Chuyển từ “F1” đến “F15” trong nhóm 11

- Ở “F1” aabs lien tiếp nút ấn nên trên bàn phím cho tới khi màn hình hiển thị “F15”

2

- Tới “F15” có thể cài đặt ở đây

- Cài đặt chức năng những vị trí trong nhóm 1 Ví dụ cưới là ở “F27” :

Sơ đồ thực hiện

1 - Khi ở F0, ấn nút Prog/Ent một lần

2 - Mã số bắt đầu hiện lên.- Ấn lien tiếp nút ấn lên đến giá trị 7.

3 - Khi đã thiết lập ở 7, ấn phím sang trái một lần

4 - Số 0 trong 07 sẽ được chờ thiết lập.- Ấn phím nên trên trên bàn phím cho tới giá trị 2.

5 - Màn hình hiển thị 27- Ấn nút ấn Prog/Ent trên bàn phím một lần nữa để thiết lập giá

trị

6 - Giá trị số sẽ thực hiện “F27”.- Ấn Prog/Ent một lần để đến cài đặt giá trị trong vị trí F27

7 - Giá trị cài là 0.- Ấn phím lên để tăng giá trị lên 1

9 - Đèn hiển thị F27 sẽ hết nhấp nháy, và giá trị lúc này được cài đặt

- Ấn nút sang trái hoặc sang phải trên bàn phím 1 lần

10 - Quay lại mã số giá trị ban đầu

3.2.3 Cài đặt tróng nhóm điều khiển ( drive group)

- Khi chuyển đổi các vị trí thiết lập trong nhóm:

1 - Mã đầu trong nhóm là “0.0”, ấn

phím lên trên bàn phím một lần

2 - Màn hình hiển thị mã thứ 2 trong

5 - Lặp lại mã ban đầu của nhóm “0.0”

* Sử dụng phím xuống cho thứ tự ngược lại.

- Thiết lập cài đặt giá trị ở các vị trí trong nhóm điều khiển (drive groud):

+ Thiết lập thời gian tăng tốc( từ 5s nên 16s)

1 - Trong mã đầu “0.0” ấn phím nên một lần chuyển sang mã

thứ 2

2 - Màn hình hiển thị ACC ( thời gian cho tăng tốc)

- Ấn phím Porg/Ent một lần

3 - Giá trị đặt trước 5.0 và số 0 sẽ nhấp nháy

- Ấn phím sang trái một lần chuyển nhấp nháy sang trái

4 - Số 5 trong 5.0 có thể được thiết ;ập Ấn phím lên một lần

5 - Giá trị đã được thiết lập theo yêu cầu 6.0

6 - Màn hình hiển thị 06.0 số 0 trong 06.0 có thể thiết lập

- Ấn phím lên một lền

2 - Số thứ 2 trong 0.0 đang hoạt động- Ấn phím sang phải một lần để đưa con trỏ sang phải.

3 - 0.00 được hiển thị- Ấn phím lên cho tới hiển thị số 5.