ĐỒ ÁN MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN-ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các ngành công nghiệp đang được chú trọng và phát triển, trong các nhà máy các máy tự động , dây chuyền sản xuất, cơ cấu nâng hạ v v… trở lên không thể thiếu, chúng làm cho hiệu của các nhà máy suất tăng cao, chi phí sản xuất thấp, không tốn nhiều nhân lực. Do vậy đối với các ngành công nghiệp thì tự động hoá là không thể thiếu, tự động hoá càng cao càng làm cho quá trình sản xuất trở lên đơn giản.Vậy nước nào có trình độ tự động hoá cao thì cũng đồng nghĩa với nước đó nền sản xuất tiên tiến và phát triển.

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các ngành côngnghiệp đang được chú trọng và phát triển, trong các nhà máy các máy tự động ,dây chuyền sản xuất, cơ cấu nâng hạ v v… trở lên không thể thiếu, chúng làmcho hiệu của các nhà máy suất tăng cao, chi phí sản xuất thấp, không tốn nhiềunhân lực Do vậy đối với các ngành công nghiệp thì tự động hoá là không thểthiếu, tự động hoá càng cao càng làm cho quá trình sản xuất trở lên đơngiản.Vậy nước nào có trình độ tự động hoá cao thì cũng đồng nghĩa với nước đónền sản xuất tiên tiến và phát triển

Ngoài ra trong cuộc sống tự động hoá đem lại nhiều lợi ích cho mọi người Cầu thang máy, gara ôtô, robot vv … đã trở thành một phần của cuộc sống Như vậy tự động hoá không chỉ mang lại hiệu quả trong công nghiệp mà con trởlên rất quen thuộc với mọi người

Tự động hoá là một ngành khá mới ở nước ta nhưng chính vì những lợi íchcủa nó mang lại nên việc xây dựng và phát triển nền tự động hoá của nước nhà

là không thể thiếu, trong đó quá trình đào tạo ra những cán bộ, kỹ sư giỏi vềchuyên nghành tự động hoá là hạt nhân chính Là một trong những nơi đào tạo

ra nhưng kỹ sư, thạc sỹ, cán bộ tự động hoá giỏi, khoa điện bộ môn tự động hoáĐại Học Công Nghiêp Hà Nội luôn đem đến cho đất nước kỹ sư tương lai

Được may mắn học trong một ngôi trường có nhiều thầy cô giáo giỏi em cácbạn luôn luôn cố gắng học hỏi bồi dưỡng kiến thức cho ngành học của mình đểmai sau phục vụ đất nước Sau một quá trình học tập và tu dưỡng trong trường

em xin làm một đề tài tìm hiểu về “Hệ truyền động biến tần động cơ khôngđồng bộ sử dụng biến tần của hãng OmRon ” Dưới sự giúp đỡ nhiệt tình củacác thầy các cô giáo và đặc biệt là thầy Nguyễn Đăng Khang đã giúp em hoànthành đề tài này.Do thời gian tìm hiều còn hạn chế nên trong quá trình tìm hiểukhông thể tránh khỏi sai sót mong thầy cô và các bạn góp ý

Em xin chân thành cảm ơn!

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 dòng điện xoay chiều tần số khác có thể điều chỉnh được

Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ biến tần

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 cóU1= const và f1= const) thành điện một chiều có điện áp Ud ( điều chỉnhhoặc không điều chỉnh) Nó được thiết lập nhờ các van tiristo hoặc điode.Cũng có thể sử dụng bộ băm xung gồm chỉnh lưu điode và khóa bămtiristo Yêu cầu điều chỉnh điện áp U1 trên stator động cơ cũng có thểđược 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 thànhđiện xoay chiều bap ha có tần số thay đổi theo yêu cầu để cấp vào statorđộng cơ Trong nhiều trường hợp, khâu nghịch lưu thực hiện cả việc thayđổi điện áp ra U1, mà không cần nhờ đến khâu chỉnh lưu ( khi đó dùngchỉnh lưu không điều khiển) Tùy theo sự thuận tiện thực hiện luật điềukhiển 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 dòngđiện Id sau chỉnh lưu Nếu dùng nghịch lưu nguồn áp thì khâu lọc có tụlớn ( để giữ điện áp Ud = const), còn nếu dùng nghịch lưu nguồn dòng thìkhâu lọc có cuộn cảm L để giữ Id =const)

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 thànhnguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnhlưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất có cosphi của hệ biếntần 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 xoay chiều 3pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ nghịch lưuIGBT ( transistor lưỡng cực có cổng cách ly ) bằng phương pháp điềuchỉnh chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý vàcông nghệ bán dẫn 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 lõisắt 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 tùy theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số vàđiện áp có một quy luật nhất định 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 vớitải là bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4của tần số Điều này tạo ra đặc tính mômen là hàm bậc 2 của tốc độ phùhợp với yêu cầu của tải là bơm hoặc quạt do bản thân moomen cũng làhàm 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 Nhờvậy, 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 khácnhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có

tích hợp cả bộ PID và tích hợp nhiều cổng truyền thông khác nhau rất phùhợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống 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 xoay chiều 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 linhkiện bán dẫn công suất, chế tạo theo công nghệ hiện đại Chính vì vậy, nănglương tiêu thụ cũng xấp 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 cấp khoảng 100kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ biến tần làkhoảng từ 3 đến 6 tháng Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí nghiệp sử dụngcác bộ biến tần và cho kết quả rõ rệt

+ Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điềukhiển hệ thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩncho các hệ truyền động điều khiển thang máy

- 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 ổnđịnh

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) và phần quay (rotor)

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt đểgiảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghépthành một khối Nếu lõi sắt dài thường ghép thành nhiều thếp ngắn, mỗi

thếp dài 6 đến 8 cm cách nhâu 1cm để thông gió cho tốt Mặt trong của láthếp 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 dâyđồng kỹ thuật có tráng men cách điện và được cách điện tốt với lõi sắt.Kiểu dây quấn máy điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha có 3 loại: dâyquấn đồng tâm, quấn khuôn một lớp, dây quấn đồng khuôn 2 lớp

c Vỏ máy:

Làm bằng gang, thé, nhưng chủ yếu làm bằng gang dùng để giữ chặt lõi

thép và cố định máy trên bệ Hai đầu vỏ có nắp máy, vỏ máy và nắp máycòn dùng để bảo vệ máy

Dây quấn có hai kiểu:

 Dây quấn kiểu roto lồng sóc

 Dây quấn kiểu rotor

 Rotor kiểu dây quấn:

Rotor dây quấn có kiểu giống như dây quấn stator và có số cực ởstator Trong động cơ trung bình và lớn, dây quấn được quấn theokiểu 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 Dâyquấn bap ha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nốivới ba vòng trượt bằng động thau gắn trên trục của rotor Ba vànhtrượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ trên ba vòng trượt là bachổi than Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch

rotor, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ

số công suất 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 đồnghay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rotor Hai đầu các thanhdẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch Như

vậy dây quấn rotor hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc

Hình 1.7 Rotor lồng sóc

Giữa phần tĩnh và phân quay là khe hở không khí, khe hở rất ítthường là 0.2 mm đến 1 mm, do rotor là khối tròn nên khe hở

rotor rất đều Mạch từ động cơ không đồng bộ khép kín từ statorsang rotor qua khe hở không khí Khe hở không khí càng lớn thìdòng từ hóa gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suấtcàng 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 cơ sinh ra từ trường quay, tốc độ quay của từ trường là n1 = 60f1/p Từtrường quay này cắt thanh dẫn của rotor và stator làm sinh ra sức điện động tựcảm 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 cácthanh dẫn Sự tác động tương hỗ của dòng điện chạy trong dây dẫn của rotorvới từ trường sinh ra ngẫu lực, ngẫu lực này tạo ra momen quay Momen nàylàm rotor quay với tốc độ n nhỏ hơn tốc độ của từ trường n1 và có chiều cùngvới 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

từ btrường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sức điện động cảmứng, E2=0 dẫn đến I2=0 làm momen quay cũng bằng không, rotor quay chậmlại Khi rotor chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn nên tạo ra sức điệnđộng làm sinh ra dòng điện do đó lại xuất hiện momen quay Chính momennày làm cho rotor quay

Và rotor có tốc độ n khác n1 của từ trường quay nên gọi là động cơ khôngđồng bộ Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độtrượt n2: n2=n1-n, hệ số trượt của tốc độ là: s = n 1−n n1 = n 2 n 1

Từ đó suy ra: s% = n 1−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 cógiá trị s = 0.02÷ 0.06 Tốc độ động cơ là: n = n1(1-s) = 60 f p .(1−s) v/p

Hệ số trượt ở chế độ động cơ: 0<s<1

1.2.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha 1.2.3.1 Điều khiển bằng điên trở phụ mạch rotor

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 có biểu thức gần đúng:

Khi tăng điện trở phụ Rf, độ cứng đặc tính cơ β R giảm, do đó điều chỉnh được

tốc độ làm 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 quátải nhỏ và dải điều chỉnh không vượt quá 2:1

Đặc tính momen tải cho phép Mt.cp = f(w) của phương pháp điều chỉnh tốc độkhi thay I2 = I2đm:

Do đó: Mt.cp = A I 2 đm2

w 1 =const

Như vậy đặc tính này cũng tương tự như ở động cơ một chiều khi điều khiểnbằng điện trở phụ phần ứng, nghĩa là phương phấp điều chỉnh đang xét sẽ thíchhợp với các loại tải cần trục ( Mc = const).

Để tăng chất lượng điều chỉnh tốc độ, người ta đã sử dụng loại biến trở xung –một loại biến trở tự động có thể điều khiển nhờ khóa đóng, ngắt bằng linh kiệnđiện 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 nhưdòng điện, momen, tốc độ và dạng của các đặc tính cơ điều chỉnh Ta thấydòng điện động cơ tỷ lệ với U1, momen tỷ lệ với bình phương của U1, còn độtrượt tới hạn không thay đổi khi điều chỉnh điện áp

Như vậy nếu sử dụng bộ nguồn có điện áp ra thay đổi U1 = VAr cung cấp chostator động 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 lồngsóc và động cơ rotor dây quấn có khác nhau:

 Đối với động cơ rotor lồng sóc: do độ trượt tới hạn nhỏ, nên phần tácdụng trên các đặc tính điều chỉnh ngắn, nên hiệu quả điều chỉnh tốc độkhông cao Vì vậy phương pháp này thường được ứng dụng để điềuchỉnh momen và dòng điện khi khởi động

 Đối với động cơ rotor dây quấn: người ta thường đưa thêm một bộ điệntrở cố định R0 vào ba pha rotor để làm tăng độ trượt tới hạn Khi đó đặctính cơ giới hạn cao nhất sẽ là đường 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 mởrộng được vùng điều chỉnh Nhờ đó phương pháp này còn có thể ứng dụng đểđiều chỉnh tốc độ

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 hakhả năng điều chỉnh các thông số đầu ra vượt trội, đạt đến mức độ tương đươngnhư động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều khiển bằng điện áp phầnứng, nhờ đó các hệ truyền động không đồng bộ có điều khiển tần số đã đượcứng dụng rộng rãi

Phương pháp này cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao

Sơ đồ khái quát của hệ bao gồm: bộ nguồn BT có khả năng điều chỉnh tần số và

điện áp hoặc dòng điện, cấp cho stator của động cơ Đ và một khối điều khiển

ĐK dùng để xử lý các tín hiệu điều khiển hệ thống

Hệ biến tần –Động cơ không đồng bộ có được sự hoàn thiện về mặt lý thuyếtcũng như thực tiễn như ngày nay một phần là nhờ sự phát triển mạnh mẽ của kỹthuật điện tử công suất và kỹ thuật tính toán Nhờ đó người ta tạo ra được các

bộ nguồn BT với tần số f1 biến đổi tùy ý và điện áp ra U1 hoặc dòng điện raI1thay đổi từ hệ phương trình này sang hệ phương trình khác để xử lý tín hiệuđặt Ud và các tín hiệu phản hồi Uph1, Uph2…thành hai tín hiệu cơ bản để điềukhiển tần số Uđf và điều khiển duy trì từ thông động 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 bộxoay chiều 3 pha, và các cơ cấu chấp hành khác Ở đây nhờ sự biến đổi điện áp

và tần số của lưới điện mà ta có thể điều khiển động cơ không đồng bộ xoaychiều 3 pha theo ý muốn của mình

 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, cuộnkháng bảo hòa), bộ biến đổi 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 vàcác loại động cơ điện đặc biệt khác

+ Phần điều khiển:

Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, ngoài racòn có các thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vậnhành Đồng thời một số hệ truyền động có cả mạch ghép nối với các thiết bị tựđộng khác trong một dây chuyền sản xuất

-Phân loại hệ truyền động:

 Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếpvới 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 hệtruyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh

mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệnày có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ

 Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự độngđiều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyềnđộng điện tự động điều 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 ápUđm và tần số fđm thì từ thông là định mức đm và mạch từ ở trạng thái bắt đầubão hòa Như vậy mạch từ đã phát huy hết công suất, và động cơ làm việc ở chế

độ tối ưu Sức điện động của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông 1 và tần sốf1 theo biểu thức:

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:

để cùng điều chỉnh tần số và điện áp ra của bộ biến tần

Về lý thuyết khi điều khiển theo luật Mth = U12/f12 = const, nghĩa làmomen tới hạn không đổi và ta có họ đặc tính cơ

Tuy nhiên ở các cấp tần số nhỏ cỡ dưới 10 đến 15 HZ thì ảnh hưởngđiện 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, bổsung U1 ở những tần số thấp theo những công thức tính toán mạch điện

 Luật hệ số quá tải không đổi

Luật U/f nêu trên với Mth = const khi điều chỉnh tốc độ chi thích hợpnhất với phụ tải có Mc = const Nếu căn cứ vào điều kiện về sự phùhợp 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 ratín hiệu đặt điện áp Uđu Ưu điểm của luật này là momen tới hạn Mththay đổi phù hợp với momen tải Mc , dạng các đặc tính cơ điều chỉnhvới 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 Mth cũng bị giảm đi

 Luật dòng điện tải không đổi (I0 = const): Nếu coi dòng điện không tảixấp xỉ dòng từ hóa thì giữ nó không đổi khi thay đổi tần số cũng có nghĩaduy trì từ thông tổng Φ μ = const Luật điều khiển này cho phép tạo ra

những đặc tính cơ gần như thẳng và có momen tới hạn lớn, nhưng việclấy 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 cơkhông 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;

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

Biểu thức trên cho thấy rằng, nếu giữ Φ2 = Φ 2đm = const thì I1 phụ thuộcvào Δ w

Nói cách khá, khi thay đổi tần số, nếu ta lấy tín hiệu sụt tốc Δ w để tạo rahàm I1(Δ w¿, rồi điều khiển bộ biến tần đảm bảo dòng I1 theo quy luật đốthì từ thông rotor Φ2 sẽ được giữ không đổi và bằng định mức Việc duytrì Φ 2đm= const cho phép điều khiển momen động cơ chính xác và tạođược các đặc tính điều chỉnh tốt Hơn nữa việc điều khiển dòng điện I1cũng được thực hiện dễ dàng, thông qua bộ biến tần, có nghịch lưu dòng,hoặc điều khiển gián tiếp qua đại lượng U1 của bộ biến tần có nghịch lưuáp;

 Luật điều khiển véc tơ

Từ các kỹ thuật đã nêu, ta nhận xét rằng, việc điều khiển động cơ sẽchính xác nhất nếu ta có được những thông tin về giá trị tức thời và vịtrí không gian của từ thông rotor Φ2 , rồi điều khiển giữ véctơ Φ2 = Φ 2đm

= const Đó chính là ý tưởng của luật điều khiển véctơ;

Ngày nay lý thuyết máy điện tổng quát kết hợp với các thiết bị tínhtoán điều khiển cho phép ta thực hiện được ý tưởng đó Trước hết lấytín hiệu về giá trị tức thơi của dòng điện 3 pha và từ thông trong khe hởkhông khí thực hiện biến đổi chúng các đại lương tương ứng của máyđiện hai pha đẳng trị, sau đó tiến hành biến đổi hệ tọa độ hai pha mangcác thành phần của các đại lượng tương ứng của máy điện hai pha đẳngtrị, sau đó tiến hành biến đổi hệ tọa độ hai pha mang các thành phâncủa các đại lượng trên về các trục định hướng theo từ trường Cácthành phần dòng điện trên các trục này sẽ được lưu lại để so sánh vớicác giá trị đặt của chúng Nhờ đó ta nhận được các tín hiệu điều khiển

từ thông và momen trong hệ trục hai pha Cuối cùng ta thực hiện biếnđổi ngược lại từ hệ trục hai pha về ba pha và sẽ nhận được các tín hiệuthực để điều khiển bộ biến tần ba pha

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

*Dựa vào công suất của động cơ.

- Việc lựa chọn biến tần dựa vào công suất của động cơ rất quan trọng Nếu nhưkhông căn cứ vào công suất động cơ để lựa chọn biến tần có công suất phù hợpthì có thể dẫn đến tổn thất về nhiều mặt, cụ thể như sau:

+ Thứ nhất: nếu công suất của biến tần lớn hơn rất nhiều so với công suất củađộng cơ thì biến tần không sử dụng hết công suất gây lãng phí tiền bạc

+ Thứ hai: nếu công suất của biến tần nhỏ hơn công suất của động cơ thì biếntần có thể sẽ quá tải, gây hư hỏng biến tần và thiệt hại về kinh tế

⟹ Vì vậy việc lựa chọn biến tần có công suất sao cho phù hợp với công suấtcủa động cơ là việc làm hết sức quan trọng, không thể bỏ qua được

- Theo yêu cầu của đề tài đặt ra:

+ Chúng ta sẽ chọn biến tần có công suất lớn gần nhất hơn hoặc bằng công suấtcủa động cơ Cụ thể ở đây chúng ta lựa chọn công suất biến tần Pbt ≥ Pđc ( côngsuất động cơ) Ở đây công suất động cơ Pđc = 2,2 Kw

+ Ngoài ra theo yêu cầu đề tài chúng ta cần sử dụng biến tần của hãng Omron.-Dựa theo những yêu cầu đặt ra ta chọn được một số dòng biến tần của hãngOmron như sau:

+ Biến tần Omron dòng 3G3MX2-A2022 với công suất 2,2 Kw.

Hình 2.1 Hình ảnh biến tần Omron dòng 3G3MX2-A2022 + Biến tần Omron dòng 3G3JX-A2022 với công suất 2,2 Kw.

Hình 2.2 Hình ảnh biến tần Omron dòng 3G3JX-A2022

+ Biến tần Omron dòng 3G3RX-A2022 với công suất 2,2 Kw

Hình 2.3 Hình ảnh biến tần Omron dòng 3G3RX-A2022

*Dựa vào điện áp sử dụng cho động cơ.

- Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của

thiết bị thì khi đó thiết bị sẽ làm việc 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 lượng hoạt động của thiết bị Thậm chí một số thiết bị không thể vận hành nếu điện áp thấp

-Hoạt động của các động cơ điện sẽ bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi điện áp Ảnh hưởng đến quá trình khởi động động cơ Điện áp giảm sẽ làm dòng động

cơ tăng : quá tải, quá nhiệt Ảnh hưởng đến quá trình vận hành động cơ do các thiết bị bảo vệ điện áp hoạt động

- Việc động cơ sử dụng điện áp thấp hay cao hơn so với điện áp định mức của động cơ đều ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của động cơ, nặng hơn có thể gây ra sự cố, hỏng thiết bị bên trong động cơ, gây thiệt hại về kinh tế

- Để tránh gặp phải những sự cố như vậy ta cần lưu ý đến nguồn cấp cho động

cơ sao cho phù hợp với điện áp định mức của động cơ

- Theo yêu cầu của đề tài:

+ Động cơ đấu ∆ thì điện áp dây Ud = Up (điện áp pha)

+ Điện áp dây ở đây là điện áp đầu ra của biến tần

⟹ Điện áp đầu ra của biến tần Ubt = Ud = Up

+ Ở đây theo yêu cầu của đề bài thì điện áp cấp cho động cơ là nguồn điện áp 220ACV

⟹ Điện áp đầu ra của biến tần Ubt = 220VAC

- Dựa theo yêu cầu về điện áp như trên có lựa chọn được một số dòng biến tần phù hợp với yêu cầu đặt ra như sau:

+ Biến tần Omron dòng 3G3RX-A2022.

 Điện áp ra: 3-pha 200 to 240 VAC (theo điện áp đầu vào)

+ Biến tần Omron dòng 3G3JX-A2022

 Điện áp ra: 3-pha 200 to 240 VAC

+ Biến tần Omron dòng 3G3MX-A2022.

 Điện áp ra: 3-pha 200 to 240 VAC (theo điện áp đầu vào)

+ Biến tần Omron dòng 3G3MX2-A2022.

 Điện áp ra: 3-pha 200 to 240 VAC.

*Tính chọn biến tần dựa vào khả năng ứng dụng cho tải

- Như ta đã biết các cơ cấu nâng hạ điển hình như cầu trục, thang máy… là một

loại thiết bị có đặc tính tải nặng nề, hoạt động đòi chính xác với độ an toàn cao

- Trước đây người ta thường dùng động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấncho bài toán thay đổi tốc độ dựa trên phương pháp thay đổi các cấp điện trở phụrôto Do đó, bài toán này không được giải quyết triệt để vì đặc tính điều khiểnvẫn là theo cấp và mặt khác vì sử dụng động cơ rôto dây cuốn nên thiết bị điềukhiển cồng kềnh, giá thành cao do động cơ khó chế tạo, chi phí bảo dưỡng lớn

do sử dụng cổ góp-chổi than,

- Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử đã cho phép chế tạo

ra các bộ biến tần bán dẫn điều khiển động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc vớirất nhiều ưu việt, nó đã dần dần thay thế các phương thức cổ điển trên

-Từ đó cho thấy việc chọn biến tần cho đúng loại tải là việc làm hết sức quantrọng, nếu không chọn đúng biến tần sử dụng cho tải thì quá trình làm việckhông thể chính xác, mọi hoạt động không thể diễn ra một cách đồng bộ vàhoàn chỉnh

- Dựa theo yêu cầu đặt ra, chúng ta sẽ chọn biến tần sao cho phù hợp với tải (ởđây tải được sử dụng là thang máy)

+Biến tần hãng Omron dòng CHV180 cho thang máy và cầu trục.

 Khả năng chịu quá tải: 150% dòng định mức trong 60s (SVC) 180%dòng định mức trong 10s (VC)

 Độ chính xác về tốc độ: 0.5% tốc độ lớn nhất (SVC), và 0.02% tốc độ lớnnhất trong chế độ (VC)

Hình 2.4 Hình ảnh biến tần Omron dòng CHV180+ Biến tần hãng Omron dòng tần 3G3MX2 – A2022

 Moomen khởi động cao: 200% tại 0.5 Hz

 Khả năng quá tải:Tải nặng 150%/60s, 200%/tức thời (Tải nhẹ 120%/60s)

Kết luận:

Dựa vào những thông số đặt ra khi chọn biến tần ta thấy việc sử dụng biến tần

3G3MX2 – A2022 là phù hợp với yêu cầu bài toán.

*Thông số cơ bản của biến tần 3G3MX2 – A2022

- Có tính năng định vị

- Lập trình điều khiển

- Điều khiển vector dòng điện

-Moomen khởi động cao: 200% tại 0.5 Hz

- Dải tốc độ lên tới 580 Hz

- Nguồn cấp:AC 3 pha200-240V

- Công suất: 2.2/3.0 kW

-Điện áp đầu ra : 200 -240V

- Khả năng quá tải:Tải nặng 150%/60s, 200%/tức thời (Tải nhẹ 120%/60s)

- Tính năng bảo vệ:Quá dòng, quá áp, thấp áp, nhiệt điện tử, nhiệt độ lỗi, lỗi quádòng điện tiếp đất on bật nguồn, lỗi bộ nhớ, lỗi CPU, lỗi USP, lỗi truyền thông,bảo vệ khi mất điện tạm thời, cắt khẩn cấp…v.v

- Ngõ vào tín hiệu:Cài đặt tần số, RUN/STOP, đa chức năng, Analog, xung

- Ngõ ra tín hiệu:Đa chức năng, Rơ le, Analog, xung

-Thiết bị mở rộng: RS-422, RS-485, USB,EtherCAT, CompoNet và DeviceNet

(Sensorless vector control, close loop vector with motor feedback, V/F)

(analog set)

1/1000 ở tần số max

 Đặt tần số: 0 to 10 VDC (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus,), 4 to 20mA (100Ω), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus,), RS485 Modbus,Network

 Đặc tính V/F: Constant/ reduced torque, free V/f

 Ngõ vào analog: 2 ngõ vào 0 to 10V (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus,), 4 to 20mA (100Ω), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus,)

thiên)

thermal, temperature error, ground fault overcurrent at power-on status, rushcurrent prevention circuit, overload limit, incoming overvoltage, externaltrip, memory error, CPU error, USP error, communication error, overvoltagesuppression during deceleration, protection upon momentary power outage,emergency cutoff, …

-Ứng dụng : Cho các thiết bị, máy móc đòi hỏi chế độ làm việc cần mô menkhởi động lớn và tin cậy như máy cán, băng tải, cơ cấu nâng hạ, cầu trục, thangmáy, dệt may, đóng gói……

2.2 Chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ

2.2.1 Chọn và kiểm tra cầu chì

- Cầu chì là thiết bị bảo vệ mạch điện theo nguyên tắc quá dòng điện Khi Ilv >Iđmdch (dòng định mức dây chảy) thì cầu chì sẽ tác động nếu mức độ quá dòngcàng lớn thì thời gian tác động càng nhanh, đặc biệt khi ngắn mạch thì thời giantác động cực nhanh 0.008s

Hình 2.5 Đặc tính làm việc của cầu chì

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

 Ở điều kiện làm việc bình thường phải đảm bảo dẫn điện liêntục và an toàn.

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

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

 Bảo đảm tính chọn lọc khi có sự cố, đường dây phân nhánh phíasau phải được cắt trước đường dây chính

(*) Cấu tạo của cầu chì

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

 Điện áp định mức Uđm : Cách điện pha so với đất và cách điện giữacác pha trên cùng một bộ vỏ

 Công suất : là công suất lớn nhất của cầu chì ứng với các điều kiệntiêu chuẩn do nhà máy chế tạo quy định

b Ống dây chảy

- Là bộ phận để lắp dây chảy nó gồm 2 phần chính:

 Phần ống ngoài làm bằng vật liệu cách điện như sứ, chất dẻo, phíp…bên trong lắp dây chảy, hai đầu nắp kín có đầu nối điện ra để gá lắpvới cầu nối điện trên vỏ cầu chì

 Phần dây chảy lắp trong ống là dây kim loại ( chì, đồng, bạc… ) đượcchế tạo theo các cấp dòng điện định mức Dây chảy có nhiều hìnhdạng, kiểu cách khác nhau, dây chảy có Iđm lớn làm bằng kim loại cóđiện dẫn tốt hơn để giảm nhỏ tiết diện và khả năng dập hồ quang tốthơn

-Để thuận lợi cho việc chế tạo và tính chọn cầu chì người ta tiêu chuẩn hóa cầuchì theo nguyên tắc:

Với một cấp công suất vỏ cầu chì có thể lắp lẫn cho một vài cấp ốngdây chảy có công bằng từ (0.5.Iđm vỏ đến Iđm vỏ )

Một cấp công suất ống dây chảy có thể lắp đặt lẫn cho một vài cấpdây chảy có công suất bằng từ ( 0.5.Iđm ốngdch đến Iđm ốngdch )

(*) Các điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì

Số TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Ký

hiệu

Công thức chọn vàkiểm tra

2 Dòng điện định mức Iđm dch IđmTB≤Iđmdch≤Iđm vỏ

Hình 2.6 Đặc tính khởi động của động cơ

Dây chảy chọn theo đường số 1 thì sẽ chảy khi động cơ đang khởi động Vậy

ta phải nâng cấp Iđm dch lên như đường số 2

Khi không biết đặc tính khởi động của động cơ ta có thể áp dụng công thức:

-kmm là hệ số khởi động của động cơ

+ Đối với động cơ không đồng bộ kmm = 5÷7+ Đối với động cơ đồng bộ kmm = 2÷2,5-a là hệ số chọn theo tình hình cụ thể của phụ tải và tần số khởiđộng