Xây dựng mô hình hệ truyền động điện biến tần – động cơ không đồng bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Lời mở đầu………………………………………………………… Chương I : Tổng quan động không đồng ba pha …… 1.1 Khái niệm chung ……………………………………………………… 1.2 Cấu tạo ………………………………………………………………… 1.3 Nguyên lý hoạt động …………………………………………… 1.4 Các đường đặc tính động khơng đồng …………………… 1.5 Các phương pháp khởi động động không đồng ………………… 1.6 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB ba pha …………… Kết luận…………………………………………………………………… Chương II: Nghiên cứu biến tần Siemens MM 420 ……………… 2.1 Tổng quan biến tần ……………………………………………… 2.1.1 Khái niệm chung …………………………………………………… 2.1.2 Phân loại …………………………………………………………… 2.1.3 Nguyên lý hoạt động ………………………………………………… 2.1.4 Ưu nhược điểm biến tần ………………………………………… 2.1.5 Ứng dụng biến tần ……………………………………………… 2.2 Nghiên cứu biến tần Siemens MM420 ……………………………… 2.2.1 Lắp đặt khí ……………………………………………………… 2.2.2 Lắp đặt phần điện …………………………………………………… 2.2.3 Cài đặt mặc định …………………………………………………… 2.2.4 Truyền thông ………………………………………………… 2.2.5 Các tham số thông dụng …………………………………… 2.2.6 Cảnh báo lỗi …………………………………………………… 2.2.7 Cài đặt biến tần Siemens MM420 …………………………………… Kết luận…………………………………………………………………… Chương III: Xây dựng mơ hình thực nghiệm …………………… 3.1 Quấn lại động không đồng ba pha …………………………… 3.2 Lắp đặt biến tần……………………………………………………… Kết luận…………………………………………………………………… LỜI MỞ ĐẦU TRANG 3 12 18 24 25 25 25 25 37 38 38 40 40 41 46 47 51 60 73 75 76 76 79 82 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Như biết, động điện có vai trò qan trọng đời sống công nghiệp Đặc biệt động điện không đồng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Từ đặt vấn đề lớn việc kiểm soát điều khiển tốc độ động điện KĐB Nhằm củng cố lại kiến thức học trường tìm hiểu sâu thêm điều khiển tốc độ động Trong học phần làm đồ án tốt nghiệp nhóm sinh viên chúng em nghiên cứu đề tài : “Xây dựng mơ hình hệ truyền động điện biến tần – động không đồng bộ.” Qua chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy khoa tận tình dạy dỗ bảo chúng em suốt trình học tập, đặc biệt bảo tận tình thầy giáo Th.s Phạm văn Cường giúp chúng em hồn thành tốt đồ án Mặc dù cố gắng thời gian trình độ hạn chế nên đồ án chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu xót Kính mong thầy bạn sinh viên xem đóng góp ý kiến để chúng em hồn thiện đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Động không đồng pha máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường quay máy Động không đồng pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, gần khơng cần bảo trì Dải cơng suất rộng từ vài W đến 10.000 Hp Các động từ Hp trở lên hầu hết pha động nhỏ 1Hp thường pha 1.2 CẤU TẠO Giống loại máy điện quay khác, động khơng đồng ba pha gồm có phận sau ( hình 1.1 ) + phần tĩnh hay gọi stator + phần quay hay gọi rotor Stator Rotor Hình 1.1 Cấu tạo Đ/C KĐB 1.2.1 PHẦN TĨNH ( hay stator ) Trên stator có vỏ máy, lõi thép dây quấn  Vỏ máy TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép dây quấn Thường vỏ máy làm gang Đối với vỏ máy có cơng suất lớn ( MW ) thường dùng thép hàn lại làm vỏ máy, tùy theo cách làm nguội vỏ máy mà dạng vỏ máy khác  Lõi thép Lõi thép phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0.5 mm ép lại Khi đường kính ngồi lõi thép nhỏ 990 mm dùng Hình 1.2 Tấm thép hình rẻ quạt thép tròn ép lại đường kính ngồi lớn trị số dùng thép hình rẻ quạt ( hình 1.2 ) ghép lại thành khối tròn Mỗi lõi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dòng điện xốy gây nên Nếu lõi thép ngắn ghép thành khối, lõi thép dài ghép thành ngắn, thép dài từ 68 cm đặt cách cm để thơng gió cho tốt Mặt thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn  Dây quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi thép cách điện tốt với lõi thép Dây quấn phần ứng phần dây đồng đặt rãnh phần ứng làm thành nhiều vòng kín Dây quấn phận quan trọng động trực tiếp tham gia vào trình biến đổi lượng từ điện thành Đồng thời mặt kinh tế giá thành dây quấn chiếm tỉ lệ cao toàn giá thành máy Các yêu cầu dây quấn bao gồm: TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Sinh sức điện động cần thiết cho dòng điện định chạy qua mà khơng bị nóng q nhiệt độ định để sinh momen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt - Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc chắn, an tồn - Dây quấn phần ứng phân làm loại chủ yếu sau: + Dây quấn xếp đơn dây quấn xếp phức tạp + Dây quấn song đơn dây quấn song phức tạp * Trong số máy cỡ lớn dùng dây quấn hỗn hợp kết hợp hai dây quấn xếp song 1.2.2 PHẦN QUAY ( hay rotor ) Phần gồm hai thành phần lõi thép dây quấn rotor:  Lõi thép Nói chung người ta dùng lõi thép kỹ thuật điện stator, lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rotor máy Phía ngồi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn  Dây quấn rotor Phân làm hai loại chính: rotor kiểu dây quấn rotor kiểu lồng sóc: Loại rotor kiểu dây quấn: Roto kiểu dây quấn ( hình 1.3 ) giống dây quấn ba pha stator có số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu ln đấu hình ( Y ) có đầu đấu vào vành trượt gắn vào trục quay rotor cách điện với trục Ba chổi than cố định ln tì vành trượt để dẫn điện biến trở nối nằm động để khởi động điều chỉnh tốc độ TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3: Rotor kiểu dây quấn Loại rotor kiểu lồng sóc (hình 1.4): Gồm đồng nhôm đặt rãnh bị ngắn mạch hai vành ngắn mạch hai đầu Với động nhỏ dây quấn rotor đúc nguyên khối gồm dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt cánh quạt làm mát Các động công suất 100 KW dẫn làm đồng đặt vào rãnh rotor gắn chặt vành ngắn mạch (c) Hình 1.4 Cấu tạo rotor động KĐB a) Dây quấn rotor lồng sóc b) Lõi thép rotor c) Ký hiệu động sơ đồ 1.2.3 KHE HỞ Vì rotor khối tròn nên khe hở đều, khe hở máy điện không đồng nhỏ ( từ 0.2 mm – 1mm máy điện cỡ nhỏ vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào làm cho hệ số công suất máy tăng cao TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi có dòng điện ba pha chạy dây quấn stator khe hở khơng khí xuất từ trường quay với tốc độ n = 60f1/p ( f1 tần số lưới điện; p số cặp cực; tốc độ từ trường quay ) Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua Từ thơng dòng điện sinh hợp với từ thơng stator tạo thành từ thông tổng khe hở Dòng điện dây quấn rotor tác dụng với từ thơng khe hở sinh mơmen Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n rotor Trong phạm vi tồc độ khác chế độ làm việc máy khác Sau ta nghiên cứu tác dụng chúng ba phạm vi tốc độ Hệ số trượt s máy : s= = Như n = n1 s = , n = s = ; n > n ,s < rotor quay ngược chiều từ trường quay n < s > Hình 1.5 Q trình tạo mơmen máy điện khơng đồng 1.3.1 ROTOR QUAY CÙNG CHIỀU TỪ TRƯỜNG NHƯNG TỐC ĐỘ n < n1 ( < s < ) Giả thuyết chiều quay n1 từ trường khe hở Φ rotor n hình 1.5a Theo quy tắc bàn tay phải, xác định chiều sức điện động E I2; theo quy tắc bàn tay trái, xác định lực F mômen M Ta thấy F chiều quay rotor, nghĩa điện đưa tới stator, thông qua từ truờng TRANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP biến đổi thành trục quay rotor theo chiều từ trường quay n 1, đông làm việc chế độ động điện 1.3.2 ROTOR QUAY CÙNG CHIỀU NHƯNG TỐC ĐỘ n > n1 (s < 0) Dùng động sơ cấp quay rotor máy điện không đồng vượt tốc độ dồng n > n1 Lúc chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor ngược lại, sức điện động dòng điện dây quấn rotor đổi chiều nên chiều nên chiều M ngược chiều n 1, nghĩa ngược chiều với rotor, nên mơmen hãm ( hình 1.5b ) Như máy biến tác dụng lên trục động điện ,do động sơ cấp kéo thành điện cung cấp cho lưới điện, nghĩa động làm việc chế độ máy phát 1.3.3 ROTOR QUAY NGƯỢC CHIỀU TỪ TRƯỜNG n < (s > 1) Vì ngun nhân mà rotor máy điện quay ngược chiều từ trường quay hình 1.5c, lúc chiều sức điện động mômen giống chế độ động Vì mơmen sinh ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại Trường hợp máy vừa lấy điện lưới điện vào, vừa lấy từ động sơ cấp Chế độ làm việc gọi chế độ hãm điện từ 1.4 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ - Đặc tính tốc độ n = F(P2) Theo công thức hệ số trượt ta có : n = n1 (1-s) Trong đó: s = Khi động không tải Pcu