Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí

 Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì xả bình trung gian để khởi động dễ dàng.. MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN có file AutoCad kèm theo • Cá

TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

- -NHÓM 29 BÁO CÁO ĐỒ ÁN

Yêu cầu đề tài:

Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí:

 Động cơ có công suất P=25HP, áp suất ổn định là 6kg/cm2

 Chọn động cơ, thiết bị, biến tần

 Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì

xả bình trung gian để khởi động dễ dàng

 Ổn định áp suất khí nén đầu ra

 Bảo vệ quá tải động cơ

 Bảo vệ quá áp suất bình chứa: dừng động cơ khi bình chứa có áp suất quá 8 bar

I. TÌM HIỂU VẤN ĐỀ

Đối tượng cần điều khiển ở đây là máy nén khí Trong thực tế có rất nhiều loại máynén khí khác nhau như: máy nén piston, máy nén trục vít, roto cánh trượt, máy nén lytâm…

(tham khảo tài liệu: Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công

nghiệp Châu Á-www.energyefficiencyasia.org trang 8)

Từ yêu cầu đề bài và những so sánh trên ta chọn loại máy nén trục vít Mômen tỷ lệvới tốc độ, có đặc tính làm việc và đặc tính cơ là:

ω M

Vấn đề ở đây cần điều khiển ổn định áp suất máy nén, cho nên trong trường hợp:

- Áp suất đo > áp suất đặt ⇒ giảm tốc độ động cơ lại

- Áp suất đo < áp suất đặt ⇒ tăng tốc độ động cơ lên

- Áp suất đặt = áp suất đo ⇒ động cơ quay với tốc độ hiện tại.

Ta sẽ điều khiển tốc độ quay của động cơ để điều khiển máy nén khí tạo ra khínén cung cấp cho sử dụng với một áp suất ổn định theo yêu cầu

Sử dụng bình trung gian để khi động cơ dừng, xả hết khí trong bình trung gian đểđộng cơ khởi động lại dễ dàng

Sử dụng van 1 chiều để không cho khí đi ngược lại bình trung gian khi dừng độngcơ

Chế độ làm việc: làm việc dài hạn

Bảo vệ chính : bảo vệ quá tải, bảo vệ quá áp suất

II. GIẢI PHÁP

Theo như sơ đồ giải pháp ở trên, nhóm sẽ chọn các thiết bị chính sau:

 Biến tần của hãng FUJI

 Máy nén khí trục vít của hãng Hertz (Đức)

 Động cơ để kéo máy nén

 Cảm biến áp suất để đo áp suất bình chứa khí phản hồi về biến tần

 Van 1 chiều để không cho khí đi ngược lại bình trung gian

 Van điện từ để xả khí trong bình trung gian khi dừng động cơ

 Bình trung gian và bình chứa khí để lưu trữ lượng khí được sinh ra

 Relay áp suất để bảo vệ quá áp suất bình chứa khi áp suất quá 8bar

III.CHỌN CÁC THIẾT BỊ

1. MÁY NÉN KHÍ

Mục đích: máy nén là thiết bị quan trọng nhất đối với hệ thống khí nén , bởi vì máy

nén trực tiếp sản sinh ra khí nén để cung cấp tới các thiết bị và các vị trí có nhu cầu sử

dụng khí nén

Yêu cầu: Theo yêu cầu đề bài động cơ có công suất P = 25 HP (18.5kW), áp suất ổn

định của máy nén khí là 6kg/cm2( )

Giải pháp: Do không có loại máy nén có công suất 18.5kW có áp suất làm như yêu cầu đề

bài (6bar) nên nhóm quyết định chọn máy nén trục vít Hertz có dầu với model HSC 18.5 có

áp suất làm việc: 7.5 đến 13 bar, có tích hợp sẵn động cơ

(catalog “may nen khi Hertz.pdf” trang 4)

Thông số kỹ thuật:

 Hãng sản xuất: Hertz (Đức)

 Model: HSC 18.5

 Công suất động cơ: 25 HP (18.5kW)

 Áp suất làm việc : 7.5- 13 bar

 Điện áp: 380V/3 pha/50Hz

 Lưu lượng: 2.4 đến 3.3 m3/phút

 Khối lượng: 420kg

2. Bình chứa khí:

Mục đích: tích trữ khí nén mà máy nén khí sản sinh ra, và cung cấp trở lại cho hệ thống

khí nén khi có nhu cầu sử dụng

Yêu cầu:

Nguyên tắc chọn bình chứa khí:

Dung tích bình chứa= khí nén ra từ máy nén/ phút

Máy nén đã chọn ở trên có lưu lượng 3.3 m3/phút , áp suất đường ống là 7.5bar Do

đó, khí nén ra trên mỗi phút là: 3300/7.5 - tương đương 440 lít

Giải pháp: Chọn bình chứa khí dung tích 500 lít.

Thông số kỹ thuật:

 Áp suất làm việc: 8 đến 50 bar

 Áp suất thiết kế: 1,25 lần áp suất làm việc

 Chuyên dùng cho máy nén

 Thích hợp cho tải ít thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn

 Sử dụng cho động cơ có công suất đầu ra 25HP(18.5kW)

 Điều khiển U/f

 Điều khiển bằng biến tần của hãng FUJI.

 Áp suất ổn định 6kg/cm2

Giải pháp :

Chọn biến tần FUJI FRENIC5000P11S Model FRN025P11S-4UX:

 Sử dụng cho máy nén khí, quạt,bơm…

 Điều khiển U/f

 Thích hợp cho tải ít thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn

 Có chức năng PID

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 9)

Thông số kỹ thuật của biến tần:

Điện áp đầu vào định mức 380 đến 480V

Giải pháp: chọn cuộn kháng với Catalog No LRAC04502

(catalog “AC REATOR.pdf” trang 7)

Thông số kỹ thuật:

Mục đích : Làm phẳng dòng trong biến tần sau bộ chỉnh lưu

Giải pháp : Chọn DC REACTOR theo catalog biến tần có Reator type DCR4-18.5

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 27)

6. Chọn điện trở hãm

Mục đích: dùng để hãm tránh tăng áp khi tăng tốc và giảm tốc độ động cơ.

Yêu cầu: phù hợp với công suất của biến tần.

Giải pháp: theo khuyến cáo của biến tần chọn điện trở hãm Type DB18.5-4.

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 28)

Chọn chiều dài đường dây : l=10m, ta có:

Rdây= 3,33mΩ/m Xdây=0,09 mΩ/m=>Zdây=(3,33+j0,07).10=(33.3+j0,9) mΩ

Rtxmccb=1,1mΩ Rcd=5mΩ , Xcd=2.5mΩ (tra bảng 2-36, 2-42, 2-43/trang

649/CCĐ- thầy Nguyễn Xuân Phú)

Rtxcontactor=0,5mΩ

=>

Giải pháp: Chọn MCCB với DC Reator theo khuyến cáo của biến tần , nhóm chọn

loại MCCB của hãng Fuji với Type BW50SAG – CE

(catalog “MCCB FUJI.pdf” trang 2)

 Chọn dòng định mức vào khoảng (1,3 -1,5)Iđm.

 Phù hợp với công suất của động cơ cũng như biến tần

Mục đích: dùng để khởi động biến tần

Yêu cầu:

 Có 2 tiếp điểm

 Điện áp cuộn hút 220V

Giải pháp : chọn rơle của hãng Omron MY2 220VAC (S)

Chọn đế cắm cho Relay trung gian”

(catalog “RELAY OMRON.pdf” trang 2 )

Thông số của Relay trung gian:

Mục đích: Do yêu cầu ổn định áp suất máy nén khí nên ta cần chọn cảm biến áp suất

để đo áp suất phản hồi về biến tần

(catalog “Cam bien ap suat-M5100.pdf” trang 2,4)

Thông số kĩ thuật:

 Xuất xứ: Hàn Quốc  Hãng sản xuất: SENSYS

 Dải áp suất : 0 ÷ 10bar

 Độ chính xác:

 Nhiệt độ hoạt động: -40 ÷125oC

 Điện áp vào: 9 ÷ 30VDC

 Ngõ ra: 4~20mA (2Wire)

 Kiểu kết nối: Cable

 Ứng dụng: dùng cho khí

 Khối lượng: 85g

12. Chọn relay áp suất:

Mục đích: Bảo vệ quá áp suất, ngắt mạch khi áp suất quá mức cho phép.

Yêu cầu: Mức đặt của relay là 8 bar.

(catalog “relay ap suat Danfoss.pdf” trang 3)

Thông số của Relay áp suất :

 Dải điều chỉnh điểm đặt áp suất :1-10 bar

 Áp suất làm việc tối đa :22 bar

 Áp suất thử nghiệm tối đa : 25 bar

Giải pháp : chọn bộ nguồn S8VM-01524 của hãng Omron.

(catalog “bo nguon AC-DC.pdf” trang 2)

 Dùng cho khí.

Giải pháp : chọn van điện từ YC1335BA2T

Mục đích : chỉ cho khí đi theo 1 chiều từ bình khí trung gian sang bình khí

chính,ngăn không cho khí đi theo chiều ngược lại khi động cơ dừng

Yêu cầu :

 Van sử dụng cho khí

 Chịu được áp suất

Giải pháp : Chọn van 1 chiều của hãng SMC với type AK2000-02

Van 1 chiều AK2000-02 có thông số:

 Dùng cho khí

 Áp suất chịu được : 1,5 Mpa ( 15bar)

 Áp suất hoạt động: 0.02 MPa - 1 Mpa (0.2bar – 10bar)

 Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt

Theo khuyến cáo của Fuji chọn Cable có kích thước 5.5mm2 cho mạch động lực

Giải pháp : Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node là 1060308 của hãng Cadivi:

Cáp động lực có các thông số:

 Số lõi: 4

 Tiết diện : 5.5mm2

• Chọn Cable cho mạch điều khiển:

Mục đích: Kết nối các thiết bị trong mạch điều khiển với nhau.

Yêu cầu:

 Phù hợp với dòng điện của mạch điều khiển

 Độ sụt áp

 Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt

Giải pháp: Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node là 1060101 của hãng Cadivi.

Cáp điều khiển có thông số :

Các thông số cơ bản của cáp chống nhiễu:

 Cách điện tốt, hoạt động tin cậy

 Sử dụng với điện áp 220 VAC

Giải pháp: chọn nút nhấn của IDEC với mã hàng YW1L-MF2E10QM3 (R, Y, G)

•Đèn báo:

Mục đích: Báo nguồn, báo tình trạng làm việc của hệ thống.

Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220VAC

Giải pháp: Chọn đèn led báo của IDEC với mã hàng YW1P-1EM42(R, Y, G).

(catalog “Den bao-Nut nhan IDEC.pdf” trang 3)

18.Chọn tủ điện:

(cho người và thiết bị) và tin cậy; tránh các hư hỏng và sự cố trong quá trình làm việc của tủ.

Các thiết bị chứa trong tủ điện:

Tủ điện chọn có thông số:

 Chiều cao: 1200mm

 Chiều rộng: 800mm

 Chiều sâu: 350mm

IV. MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

(có file AutoCad kèm theo)

• Các phần tử có trong mạch động lực và mạch điều khiển:

 Mạch động lực:

MCCB Bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực

Bộ nguồn220VAC/24VDC

Cấp nguồn cho cảm biến

Cảm biến áp suất Đo áp suất từ bình chứa khí và phản hồi về biến tần

Relay áp suất Bảo vệ quá áp suất bình chứaVan 1 chiều Không cho khí đi ngược lại bình trung gianVan điện từ Điều khiển xả khí bình trung gian khi động cơ dừng

 Mạch điều khiển:

MCB Bảo vệ quá tải ngắn mạch cho mạch điều khiểnRelay trung gian Khởi động biến tần

Contactor Đóng cắt cấp nguồn cho mạch động lực thông qua

mạch điều khiển

Tiếp điểm relay áp suất Đóng khi quá áp suất điều khiển, đưa ra đèn báo và

dừng động cơ

Cuộn hút van điện từ Điều khiển xả khí qua bình trung gian

Start, Stop, On, Off Các nút nhấn khởi động,dừng

• Thuyết minh hoạt động mạch động lực:

 Đóng MCCB cấp nguồn cho mạch động lực sau đó contactor KM được đóng thông qua mạch điều khiển cung cấp điện cho mạch động lực Sau đó Relay trung gian RTG đóng tiếp điểm phụ RTG lại động cơ kéo máy nén hoạt động, đồng thời rơle điện từ Rđt đóng lại khóa van điện từ không cho khí xả ra môi trường, động cơ kéo máy nén tạo ra khí nén đưa khí qua bình trung gian Sau

đó ,khí được đưa đến bình chứa khí thông qua van 1 chiều, cảm biến áp suất đo

áp suất bình chứa khí và phản hồi về biến tần để biến tần điều khiển tốc độ

động cơ hoạt động kéo máy nén khí với áp suất ổn định trong bình chứa là 6 bar

 Khi xảy ra lỗi biến tần(quá tải, quá áp,…) tiếp điểm 30C-30B mở ra relay RTGmất điện, tiếp điểm phụ RTG mở ra dừng động cơ Đồng thời, tiếp điểm 30C-30A đóng lại báo lỗi biến tần

 Khi áp suất bình chứa lên đến 8 bar thì relay áp suất tác động mở tiếp điểm 1-2

làm cho động cơ ngừng hoạt động, đồng thời tiếp điểm 1-4 đóng lại đèn Quá

áp sáng báo sự cố quá áp.

• Thuyết minh hoạt động mạch điều khiển:

 Khởi động và dừng:

 Đóng MCCB 3 pha cấp nguồn cho mạch động lực Đóng MCB 1 pha cấp

nguồn cho mạch điều khiển:

⁺ Tiếp điểm phụ KM bên mạch điều khiển thường mở sẽ đóng lại để duy trì đồng thời tiếp điểm thường đóng sẽ đóng lại.

⁺ Tiếp điểm phụ KM thường mở bên mạch động lực đóng lại cấp điện

cho biến tần hoạt động Đèn Stop sáng.

⁺ Đèn báo nguồn Supply sáng.

 Nhấn nút START relay RTG và cuộn hút Rđt của van điện từ có điện:

⁺ Tiếp điểm phụ RTG thường mở bên mạch điều khiển đóng lại duy

trì, đồng thời tiếp điểm RTG thường đóng mở ra đèn Stop tắt.

⁺ Tiếp điểm phụ RTG thường mở bên mạch động lực đóng lại, động

cơ bắt đầu chạy

⁺ Đèn Run sáng báo động cơ đang chạy.

 Nhấn STOP cuộn hút RTG và Rđt mất điện:

⁺ Tiếp điểm RTG bên mạch động lực mở ra động cơ ngừng hoạt động,

tiếp điểm RTG bên mạch điều khiển đóng lại đèn Stop sáng báo

động cơ dừng

⁺ Van điện từ mở xả khí từ bình trung gian ra môi trường, khí từ bình chứa khí không thể đi ngược lại bình trung gian vì có van 1 chiều chặn lại

 Nhấn OFF cuộn hút của contactor KM mất điện, tiếp điểm KM đang đóng bên mạch động lực sẽ mở ra ngắt nguồn điện cấp vào biến tần.Hệ thống ngừng hoạt động

 Bảo vệ:

 Khi xảy ra lỗi biến tần(quá tải, quá nhiệt…) tiếp điểm 30C và 30B mở ra động cơ dừng hoạt động đồng thời tiếp điểm 30C và 30A đóng lại đèn

Error sáng báo lỗi biến tần.

 Khi xảy ra sự cố quá áp suất relay áp suất tác động làm mở tiếp điểm 1-2 ngắt nguồn điện cấp cho relay RTG và Rđt động cơ ngừng hoạt động; đồng

thời tiếp điểm 1-4 đóng lại đèn Quá áp sáng báo sự cố quá áp suất.

đang đóng bên mạch động lực mở ra ngắt nguồn điện cấp vào biến tần ⇒ hệthống ngừng hoạt động Khi có điện lại biến tần không tự hoạt động lại được, muốn hoạt động lại phải nhấn nút ON biến tần mới hoạt động được.

 Dây PE bảo vệ chống dòng rò

1. Reset lại biến tần

2. Cài đặt các thông số cơ bản của biến tần và động cơ

F02 Phương thức hoạt động 1 Hoạt động thông qua tín

hiệu ngõ vào số FWD hoặc

REV

F11 Dòng bảo vệ quá tải 34 A(quá tải 110% dòng định

mức động cơ)

H21 Tín hiệu phản hồi 1 Chân C1: 4÷20mA

báo lỗi

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 18, 20, 21)

4. Cài đặt cho Relay áp suất: 8 bar