Đồ Án Tốt Nghiệp Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Xoay Chiều 3 Pha Dùng PLC Mitsubishi

Hình 1.1: Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLCKhối nguồn có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới 110V hay 220V thành điện áp thấp hơn cung cấp cho các khối của thiết bị tự động.. Các

KHOA ĐIỆN



Đề Tài:

Nghiên cứu các tính năng và ứng dụng PLC Mitsubishi xây dựng hệ điều

chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

Giáo Viên Bộ Môn : Th.s Nguyễn Đức Quang

Lớp : TĐH1 K8

Sinh viên thực hiện:

Mục lục

Lời nói đầu 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC 7

I Cấu trúc và phương thức hoạt động của bộ điều khiển lập trình PLC 7

II GIỚI THIỆU VỀ PLC FX1N 13

1 Đặc điểm 13

2 Đặc tính kỹ thuật : 13

3 Các loại FX1N 16

III.GIỚI THIỆU MÔ-ĐUN ANALOG FX2N-2DA 17

1 Tổng quan về Analog đầu ra FX2N-2DA 17

2 Sơ đồ đấu nối tín hiệu Analog : 18

3 Độ phân giải và thông số ngõ vào/ra : 18

4 Địa chỉ thanh ghi kết nối 19

5 Cách ghép nối vật lý và định địa chỉ Module : 19

6 Cấu trúc lệnh kết nối dữ liệu tới địa chỉ thanh ghi của Module : 20 CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .23 I Động cơ 23

1 Cấu tạo: 23

c) Lõi thép 24

d) Dây quấn 25

e) Phần quay( hay Rotor ) 26

f) Lõi Thép 26

g) Dây Quấn Rotor: 26

h) Khe hở : 27

2 Nguyên lí làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha 27

a) Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n 1 ( 0 < s < 1) 28 b) Rotor cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n > n1 (s < 0) 28

c) Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 (s > 1) 29

d) Các đường đặc tính của động cơ không đồng bộ 3 pha 29

II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐCKĐB 30

1 Điều chỉnh tộc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R2f): 30

2 Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (us): 32

3 Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p): 33

4 Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi tần số (f1): 33

a) Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato: 33

b) Quy luật điều chỉnh điện áp stato khi thay đổi tần số: 34

c) Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato: 36

III.GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 38

1 Khái quát về biến tần 38

a) Khái niệm 38

b) Phân loại: 39

c) Ứng dụng: 39

d) Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần 40

2 Tìm hiểu về biến tần FR-D700 43

a) Giới thiệu chung 43

b) Chức năng của các phím 44

c) Cấu trúc biến tần FR-D700 45

IV Encoder Autonic ES50 48

1 Đặc tính kí thuật 48

2 Sơ đồ đầu ra 49

3 Các đặc điểm cơ khí 51

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 52

I Đặt vấn đề 52

V Cách thức giải quyết vấn đề 53

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ LẬP TRÌNH 56

1 Sơ đồ kết nối PC – PLC – Biến tần 56

1 Lắp đặt và nối dây biến tần 57

a) Đấu dây 58

b) Đấu mạch điều khiển 60

d) Tín hiệu đầu ra 64

5 Bảng điều khiển hoạt động 66

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 79

Kết quả thu được 79

LỜI CẢM ƠN 81

Lời nói đầu

Như chúng ta đã biết ngày nay,Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,ngành công nghiệp có 1 vai trò quan trọng nhằm thúc đẩy và phát triểnnền kinh tế.Đưa công nghệ mới vào sản xuất là 1 yêu cầu tất yếu

Khi mà động cơ điện càng được ứng dụng rộng rãi trong nghành công nghiệpthì điều khiển nó 1 cách tối ưu là 1 vấn đề được đặt ra Có nhiều phương pháp đểđiều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha.Trải qua nhiều giai đoạn, qua nhiềuphương pháp.Cho đến khi Biến tần được tạo ra và đưa vào ứng dụng thì nó trởthành 1 giải pháp tối ưu và được dùng rất rộng rãi

Có nhiều hãng nước ngoài sản xuất các loại biến tần khác nhau Misubishi là 1trong số đó.Em đã được giao đề tài”nghiên cứu hệ biến tần-Động cơ không đồng

bộ 3 pha” chuyên sâu về biến tần của hãng Mitsubishi.Em đã chọn biến tần D720s để nghiên cứu.Qua đề tài này em đã có thêm nhiều kiến thức hơn về hệbiến tần-động cơ không đồng bộ 3 pha

FR-Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện ,bộ môn Tự động hóa

đã giúp đỡ em đặc biệt là thầy Nguyễn Đức Quang đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn em hoàn thành đồ án

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án, chưa có nhiều kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm

Sinh viên thực hiện:

Lương Mạnh Tuấn

I Cấu trúc và phương thức hoạt động của bộ điều khiển lập trình PLC

Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dòng sản phẩm Khi mới xuất xưởng, chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, counter v.v được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một nhiệm vụ điều khiển cụ thể nào đó Bộ điều khiển PLC có nhiều loại khác nhau và được phân biệt với nhau qua các thành phần sau:

• Khả năng truyền thông

Các bộ điều khiển lớn thì các thành phần trên được lắp thành các modul riêng Đối với các bộ điều khiển nhỏ, chúng được tích hợp trong bộ điều khiển Các bộ điều khiển nhỏ này có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Bộ điều khiển đượccung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vào của nó Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình Kết quả xử lý được đưa ra ngõ ra để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu

Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau:

Hình 1.1: Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC

Khối nguồn có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới (110V hay 220V) thành điện áp thấp hơn cung cấp cho các khối của thiết bị tự động Điện áp này là 24VDC Các điện áp cho cảm biến, thiết bị điều chỉnh và các đèn báo nằm trong khoảng (24 ÷ 220V) có thể được cung cấp thêm từ các nguồn phụ ví dụ như biến áp

Bộ nhớ chương trình trong PLC là một bộ nhớ điện tử đặc biệt có thể đọc được.Nếu sử dụng bộ nhớ đọc/ghi được (RAM), thì nội dung của nó luôn luôn được thay đổi, ví dụ như trong trường hợp vận hành điều khiển Trong trường hợp điện

áp nguồn bị mất thì nội dung trong RAM có thể vẫn được giữ lại nếu như có sử dụng Pin dự phòng

Nếu chương trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nó có thể được nạp vào một bộ nhớ cố định, ví dụ như EPROM, EEPROM Nội dung chương trình ở EPROM có thể bị xóa bằng tia cực tím

nhớ bởi Pin dự phòng) cũng như ACCU về 0.

Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc từng dòng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực hiện chương trình theo các câu lệnh

Các ngõ vào của khối này sẽ được kết nối với các bộ chuyển đổi tín hiệu và biến đổi các tín hiệu này thành tín hiệu phù hợp với tín hiệu xử lý của CPU Dựa vào loại tín hiệu vào sẽ có các khối ngõ vào tương ứng Gồm có hai loại khối vào

cơ bản sau:

Các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút nhấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân v.v Do tín hiệutại ngõ vào có thể có mức logic tương ứng với các điện áp khác nhau, do đó khi

sử dụng cần phải chú ý đến điện áp cần thiết cung cấp cho khối vào phải phù hợp với điện áp tương ứng mà bộ chuyển đổi tín hiệu nhị phân tạo ra.

Ví dụ: Các nút nhấn, công tắc được nối với nguồn 24VDC thì yêu cầu phải sử dụng khối vào có nguồn cung cấp cho nó là 24VDC

Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự (hay còn gọi là tín hiệu

analog) thành tín hiệu số Các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ (Thermocouple), cảm biến lưu lượng, ngõ ra analog của biến tần v.v Khi sử dụng các khối vào analogcần phải chú ý đến loại tín hiệu analog được tạo ra từ các bộ chuyển đổi (cảm biến)

Ví dụ: Các cảm biến tạo ra tín hiệu analog là dòng điện (4 ÷ 20mA) thì phải sử dụng ngõ vào analog là loại nhận tín hiệu dòng điện (4 ÷ 20mA) Nếu cảm biến tạo ra tín hiệu analog là điện áp (0 ÷ 5V) thì phải sử dụng ngõ vào analog nhận tínhiệu là điện áp (0 ÷ 5V)

Khối này có nhiệm vụ khuếch đại các tín hiệu sau xử lý của CPU (được gởi đến vùng đệm ra) cung cấp cho đối tượng điều khiển là cuộn dây, đèn báo, van từ.v.v… Tùy thuộc vào đối tượng điều khiển nhận tín hiệu dạng nào mà sẽ có các khối ra tương ứng Gồm có hai loại khối ra tiêu biểu:

Các ngõ ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo, cuộn dây rơle v.v Vì đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân sử dụng nhiều cấp điện áp khác nhau nên khi sử dụng các khối ra sốcần phải chú ý đến điện áp cung cấp cho nó có phù hợp với điện áp cung cấp cho đối tượng điều khiển hay không

Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số được gửi từ CPU đến đối tượng điềukhiển thành tín hiệu tương tự Các ngõ ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu tương tự như ngõ vào analog của biến tần, van tỷ

lệ, v.v Khi sử dụng các ngõ ra tương tự cần chú ý đến loại tín hiệu tương tự

Ví dụ: Ngõ vào analog của biến tần nhận tín hiệu là điện áp (0 ÷ 10V) thì nhất thiết phải sử dụng ngõ ra tương tự tạo ra tín hiệu analog là điện áp (0 ÷ 10V).

Việc xử lý chương trình trong PLC được thể hiện trong Hình 4.2 như sau:

Hình 1.2: Chu kỳ quét trong PLCPLC thực hiện chương trình cheo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào tới vùng bộ đệm ảo ngõ vào (I), tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo ngõ ra (Q) tới các cổng ra Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòngquét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét

nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông v.v trong vòng quét đó.

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian quét càng ngắn, tính thời gian thựccủa chương trình càng cao

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham

số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi do hệ điều hành CPU quản lý

Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

1 Đặc điểm

FX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trongkhoảng 14-60 I/O Tuy nhiên, khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N cóthể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O FX1N được tăng cường khả năngtruyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhaunhư Ethernet, ProfileBus, CC-Link, CanOpen, DeviceNet,… FX1N có thể làmviệc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặc biệt, FX1N PLCđược tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối

đa 60kHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100kHz Điềunày cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N PLC có thể cùng mộtlúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điềukhiển vị trí (điều khiển hai toạ độ độc lập)

Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong côngnghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thangmáy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hoà không khí trong các nhà kính, hệ thống

xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,…

Đối với các lệnh ứng dụng: 3,7  khoảng 100 µsNgôn ngữ lập trình Ngôn ngữ Ladder vàInstruction Có thể tạo chương trìnhloại SFCDung lượng chương trình 8000 bước EEPROM

Có thể chọn tùy ý bộ nhớ(như FX1N-EEPROM-

8L)

Cấu hình Vào/Ra

(I/O)

Phần cứng có tối đa 128 ngõ Vào/Ra, tùy thuộc vào người

sử dụng chọn(Phần mềm có tối đa 128 đầu vào, 128 đầu ra)

Số lượng: 20

Từ C200  C219Loại: bộ đếm lên/xuống

32 bitChốt 32 bit

Khoảng đếm: -2.147.483.648đến 2.147.483.647

Số lượng: 15

Từ C220  C234Loại: bộ đếm lên/xuống

Tối đa 10kHz cho phần mềmcủa HSC (C237  C245, C247 

Từ D128  D7999

Loại: cặp thanh ghi lưutrữ dữ liệu 16 bit dùngcho thiết bị 32 bit

Loại: thanh ghi lưu trữ

dữ liệu 16 bit

Được điều chỉnhbên ngoài Trong khoảng: 0  255

Số lượng: 2

Dữ liệu chuyển từ biếntrở điều chỉnh điện ápđặt ngoài vào thanh ghiD8030 và D8031Đặc biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030,D8031) Từ D8000  D8255

Loại: thanh ghi lưu trữ

dữ liệu 16 bit

Từ V0  V7 và Z0  Z7Loại: thanh ghi dữ liệu

16 bit: -32768 đến 32767

32 bit: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647Thập lục phân

(H)

16 bit: 0000 đến FFFF

32 bit: 00000000 đến FFFFFFFF

3 Các loại FX1N

Nguồn AC, đầu vào 24 VDC

FX1N

Tổng các ngõ

Vào/Ra

(Dài × Rộng × Cao) (mm)

Số lượng Loại

FX1N-24MT-ESS/UL

Transistor(Source)FX1N-40MR-

FX1N-40MT-ESS/UL

Transistor(Source)FX1N-60MR-

ES/UL

Rơ le

175 × 75 × 90FX1N-60MT-

ESS/UL

Transistor(Source)FX1N-14MR-DS

Rơ le

90 × 75 × 90FX1N-14MT-

DSS

Transistor(Source)FX1N-24MR-DS

Rơ le

90 × 75 × 90FX1N-24MT-

DSS

Transistor(Source)FX1N-40MR-DS

Rơ le

130 × 75 × 90FX1N-40MT-

DSS

Transistor(Source)FX1N-60MR-DS

Rơ le

175 × 75 × 90FX1N-60MT-

DSS

Transistor(Source)

Module Analog FX2N-2DA của hãng Mitsubishi được thiết kế 2 ngõ AnalogOutput.

Dòng sản phẩm Module Analog FX2N-2DA chỉ có 2 ngõ Analog và thườngđược đưa vào những ứng dụng chỉ có một hoặc hai tín hiệu Analog ở ngõ ra.Tín hiệu sau khi được PLC xử lí ở dạng số sẽ được chuyển đổi thành tín hiệuAnalog thông qua Module FX2N-2DA Tín hiệu điều khiển sẽ được đưa ra ở 2dạng là dòng hoặc áp Tùy vào ứng dụng mà ta thay đổi dạng tín hiệu tại ngõ ra.Thông thường những tín hiệu này dùng để điều khiển các đối tượng như: các vanAnalog, biến tần… những thiết bị điều khiển bằng tín hiệu Analog

Module FX2N2DA chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự : Trên PLCthực hiện nạp dữ liệu số từ 0~4000, ngõ ra sẽ tương ứng từ 0~10VDC hoặc4~20mA

FX2N-DA có thể sử dụng cho các dòng PLC Mitsubishi FX1N, FX2N

Các thông số kỹ thuật:

Power Supply : 24VDC/85mA (from main unit)

Analog Channel(Output): 2

Analog Range: 0 to 5 VDC/0 to 10 VDC/ 4 to 20 mA DC

2 Sơ đồ đấu nối tín hiệu Analog :

 Ngõ vào Analog module FX2N2AD:

Chú ý khi kết nối ngõ vào dòng điện, ngõ vào VIN và IIN phải nối chung vớinhau.

 Ngõ ra Analog module FX2N2DA :

3 Độ phân giải và thông số ngõ vào/ra :

Mỗi Module được tích hợp 2 kênh chuyển đổi

Độ phân giải : 12 bit

4 Địa chỉ thanh ghi kết nối

Module FX2N2DA:

Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit

4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0

Trong đó : Từ Bit 8 đến Bit 15 không được sử dụng 8 Bit còn lại từ Bit 0 đếnBit 7 được dùng để chứa giá trị số cần chuyển đổi

b Thanh ghi số 17:

Thanh ghi điều khiển việc nạp dữ liệu số, kích hoạt quá trình chuyển đổi giá trị

số sang analog ngõ ra

Thanh ghi cũng có 16 bit nhưng chỉ sử dụng 3 bit thấp là:

Bit 0: Khi bit này chuyển mức từ mức 1 xuống mức 0, quá trình chuyển đổiD=>A của kênh CH2 sẽ được bắt đầu

Bit 1: Khi bit này chuyển mức từ mức 1 xuống mức 0, quá trình chuyển đổiD=>A của kênh CH1 sẽ được bắt đầu

Bit 2: Khi bit này chuyển mức từ mức 1 xuống mức 0, quá trình lưu dữ liệu 8bit thấp của giá trị số nạp xuống được thiết lập

Ví dụ: Để kích hoạt quá trình chuyển đổi DA của kênh CH1 , ta sẽ thực hiện:Bước 1: Nạp thanh ghi số 17, bit 2 = 1 => dữ liệu nạp xuống là 010 , tương ứngvới số K2, hoặc H2

Bước 2: Nạp thanh ghi số 17, bit 2 = 0 => dữ liệu nạp xuống là 000 , tương ứngvới số K0, hoặc H0

Chú ý, các bit tính theo hệ nhị phân ( cơ số 2 ) và quy đổi thành hệ Thập lụcphân Hexa ( cơ số 16 ) Ký hiệu chữ H là chỉ số ở hệ Hexa, hoặc quy đổi sangthập phân chữ K là hệ thập phân ( hệ cơ số 10 )

5 Cách ghép nối vật lý và định địa chỉ Module :

Đối với PLC Mitsubishi, theo phòng kỹ thuật Công ty TNHH Cơ điện AutoVina đã tìm hiểu thì các modul I/O thông thường sẽ ghép nối mà không cần bất kỳthiết lập nào Địa chỉ sẽ tiếp nối phụ thuộc theo số ngõ vào / ra có sẵn của PLC Các Module đặc biệt như Module Analog sẽ được tự động hoàn toàn định địachỉ theo thứ tự gần với PLC nhất

6 Cấu trúc lệnh kết nối dữ liệu tới địa chỉ thanh ghi của Module :

a Lệnh viết dữ liệu : TO

Cấu trúc lệnh:

| TO | m1 | m2 | S | n |Trong đó :

+ TO là tên lệnh

+ m1 là địa chỉ của Module theo thứ tự như mục số 5 đã nêu trên

+ m2 là địa chỉ của thanh ghi cần kết nối tới, là các thanh ghi ở mục 4 đã nêu trên

+ S là dữ liệu để viết vào thanh ghi S có thể là hằng số hoặc dữ liệu dạng thanhghi data trong PLC

+ n là số thanh ghi được viết trong lệnh, tính từ địa chỉ m2

+ m1 là địa chỉ của Module theo thứ tự như mục số 5 đã nêu trên

+ m2 là địa chỉ của thanh ghi cần kết nối tới, hay chính là chỉ số thanh ghi ở mục 4 đã nêu trên

+ D là dữ liệu lưu kết quả giá trị sau khi đọc từ Module lên D là các dạng dữ liệu kiểu thanh ghi trong PLC

+ n là số thanh ghi sẽ đọc lên trong lệnh, tính từ địa chỉ m2

Cách viết lệnh:

Trong cửa sổ lập trình, gõ trực tiếp câu lệnh theo cấu trúc trên

Ví dụ: thực hiện lệnh TO để nạp giá trị cho kênh CH2 của module FX2N2DA :

Chúng ta vẫn giả sử theo ví dụ trên là Module FX2N2DA được kết nối vào vị trí 1 như trên mục số 5 Chi tiết địa chỉ thanh ghi, lập trình viên coi lại mục số 4 ởtrên hoặc xem trong tài liệu đi kèm thiết bị

Thực hiện mở phần mềm và chọn Model PLC tương ứng cho FX1N 40MR:

Dưới đây là đoạn code thực hiện chuyển đổi tín hiệu số 12 bit từ 0~4000 qua kênh CH2 của module FX2N2DA

Đoạn code này có thể thực hiện cho cả PLC dòng FX0N, FX1N, của

Lệnh 2: Tách 8 bit thấp lưu sang thanh ghi ghép từ M16 đến M23

Lệnh 3: Nạp xuống module 1 là FX2N2DA, thanh ghi #16 giá trị 8 bit có được

ở bước 2

Lệnh 4: Đưa bit 2 của thanh ghi #17 trong module lên 1

Lệnh 5: Xóa bit 2 của thanh ghi #17 trong mudule về 0, quá trình nạp 8 bit thấpđược xác nhận

Lệnh 6: Tách 8 bít cao của thanh ghi giá trị số ở Lệnh 1, tiếp tục lưu đệm qua thanh ghi ghép từ M16 đến M23, trong 8 bit cao này chứa 4 bit cao còn lại của số liệu 12 bit cần nạp xuống từ thanh ghi D0 ( Lý do 12 bít là vì module chỉ chuyển đổi được 12 bit, chúng ta có thể xem kỹ lại thông số đã nêu ở Mục 3 Lệnh 7: Nạp 8 bit đã tách được từ lệnh số 6 xuống thanh ghi #16 của module Lệnh 8: Nạp bit 0 của thanh ghi #17 trong module lên 1

Lệnh 9: Xóa bit 0 của thanh ghi #17 trong module về 0 Quá trình chuyển đổi giá trị số được thực hiện và xuất ra ngõ ra analog kênh CH2 của module FX2N-2DA

Như vậy, chúng ta đã có thể truyền giá trị số xuống module DA để chuyển đổi thành tín hiệu analog 0~10VDV, 4~20mA Việc còn lại là thực hiện nạp giá trị cần vào thanh ghi D0 và kích hoạt đoạn code trên, M8000 có thể thay thành bit điều kiện khi cần sẽ SET ON

CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG

ĐỒNG BỘ

I Động cơ

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên

lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong máy.

trục, lõi sắt và dây quấn roto

Ngoài ra khe hở trong ĐCKĐB

rất nhỏ nên roto trong ĐCKĐB

rất tròn và đều

c) Lõi thép

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao , lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm thép tròn

ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm thép hình

rẻ quạt ( hinh 1.2 ) ghép lại thành khối tròn

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơncách điện trên bề mặt để giảm hao tổn dodòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắnthì có thể ghép thành một khối nếu lõi thépquá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗitấm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1cm

để thông gió cho tốt Mặt trong cùa lá thép có

sẽ rảnh để dặt dây quấn

d) Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và được cách điện tốtvới lõi thép Dây quấn phấn ứng là phần dây bằng đồng được trong các rãnh phầnứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhấtcủa động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổi năng lượng từ điệnnăng thành cơ năng Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũngchiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy

+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhấtđịnh chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra mộtmoment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

- Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn - Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :

+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

+ Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

Hình 1.2 tấm thép hình rẻ quạt

 Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữahai dây quấn xếp và song

e) Phần quay( hay Rotor )

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor:

f) Lõi Thép

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được

ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài của lá thép

có sẽ rãnh để đặt dây quấn

g) Dây Quấn Rotor:

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn va roto kiểu lồng sóc:

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 1.3 ) cũng giống như dâyquấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu này luônđấu hình sao ( Y ) và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor

và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫnđiện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động Cơ để khởi động hoặc điềuchỉnh tốc độ

Hình 1.3 : Rotor kiểu dây quấn

nhỏ ,dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánhtản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làmbằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch

h) Khe hở :

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện khôngđồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cở nhỏ và vừa ) để hạn chếdòng điện từ hóa lấy từ lưới vào ,và như vậy có thể làm cho hệ số công suất củamáy tăng cao

2 Nguyên lí làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khísuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện ; p là số cặpcực ; tốc độ từ trường quay ) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắnmạch nên trong dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua Từ thông do dòng điệnnày sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòngđiện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment Tác dụng

đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor Trong những phạm vi tốc độkhác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau Sau đây ta sẽ nghiên cứutác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ

- Hệ số trượt s của máy : s = =

Như vậy khi n = n1 thì s = 0 , còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n1 ,s < 0 và rotorquay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1

a) Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n 1 ( 0 < s < 1)

Giả thuyết về chiều quay n1 của từ trường khe hở Φ và của rotor n như hình1.5a Theo quy tắc bàn tay phải , xác đinh được chiều sức điện động E2 và I2 ;theo quy tắc bàn tay trái , xac định được lực F và moment M Ta thấy F cùngchiều quay của rotor , nghĩa là điện năng đưa tới stator , thông qua từ truờng đãbiến đổi thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n1 , như vậyđông cơ làm việc ở chế độ động cơ điện

độ dồng bộ n > n1 Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngượclại , sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiềunên chiều của M cũng ngược chiều n1 , nghĩa là ngược chiều với rotor , nên đó làmoment hãm ( hình 1.5b ).Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động

cơ điện ,do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện ,nghĩa làđộng cơ làm việc ở chế độ máy phát

c) Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 (s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trườngquay hình 1.5c , lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độđộng cơ Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãmrotor lại Trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơnăng từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ

d) Các đường đặc tính của động cơ không đồng bộ 3 pha

Đặc tính tốc độ n = F(P2) Theo công thức hệ số trượt ,ta có :

n = n1(1-s)Trong đó : s = Khi động cơ không tải Pcu

<< Pdt nên s ~ 0 động cơ điện quay gần tốc

độ đồng bộ n ~ n1 Khi tăng tải thì tổn hao đồng cũng tăng lên n giảm một ít , nên đường đặc tính tốc độ là đường dốc xuống

Đặc tính moment M=f(P )

Ta có M = f(s) thay đổi rất nhiều nhưng trong phạm vi 0 < s < sm thì đường M

= f(s) gần giống đường thẳng ,nên M2 = f(P2) đường thẳng qua gốc tọa độ

Đặc tính hiệu suất  = f(P2)

Ta có hiệu suất của máy điện không dồng bộ :  = 100%

P tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có tổn hao đồng thay đổi theo phụ tải còn cáctổn hao khác là không đổi

Đặc tính hệ số công suất cos = f(P2)

Vì động cơ luôn luôn nhận công suất phản kháng từ lưới Lúc không tải cos rất thấp thường < 0,2 Khi có tải dòng điện I2 tăng lên nên cos cũng tăng

II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐCKĐB

Hai phương trình đặc tính cơ của động cơ

1 Đi u ch nh t c đ đ ng c ĐK b ng cách thay đ i đi n tr ph ề ỉ ộ ộ ộ ơ ằ ổ ệ ở ụ

m ch rôto (R2f): ạ

Qua các biểu thức (3-14), (3-15), khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtođộng cơ ĐK sẽ làm cho sth thay đổi tỷ lệ còn Mth thì không thay đổi, vì vậy sẽthay đổi được tốc độ ? của động cơ ĐK như trên hình 3-6:

* Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R2f với các giá trị khác nhau, thì sth sẽ

thay đổi tỷ lệ, con` Mth = const, ta sẽ được một họ đặc tính cơ có chung ?o,Mth, có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm việc xác lập tương ứng

= 0)

Và khi thay đổi các giá trị R2f.i > R2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn bằng không(? = 0), nghĩa là không điều chỉnh được tốc độ, hay còn gọi là điều chỉnh khôngtriệt để

2 Đi u ch nh t c đ ĐK b ng cách thay đ i đi n áp stato (us): ề ỉ ố ộ ằ ổ ệ

Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên có thể điềuchỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần

số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) như hình 3-7:

Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tưởng (Zb = 0), khi ub ? uđm thì mômen tớihạn Mth.u tỉ lệ với bình phương điện áp, còn sth.u = const:

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động

cơ, người ta mắc thêm điện trở R2f (hình 3-7) Khi đó, nếu điện áp đặt vào stato

là định mức (ub = u1) thì ta được đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặctính giới hạn

Rõ ràng là:Ġ; Mth.gh = Mth (3-18)

Trong đó: Mth.gh, sth.gh là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính giớihạn (đ/tGH)

Mth, sth là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính tự nhiên

Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s), và nếu ? = const, ta suy ra đặc tính điềuchỉnh ứng với giá trị ub cho trước nhờ quan hệ:

3 Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p):

Theo quan hệ:

Trong đó: f1 là tần số lưới điện, p là số đôi cực

biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để tạo ra được p khác nhau, gọi là máy

đa tốc.

Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn là một phần tửnhư hình 3-8 Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực nhau (đánh dấu * trênhình vẽ), thì do đường sức từ phân bố trên như trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4

và p = 2

4 Đi u ch nh t c đ ĐK b ng cách thay đ i t n s (f1): ề ỉ ố ộ ằ ổ ầ ố

a) Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f1 thì ?o = 2pf1/p sẽ thay đổi và sẽ điềuchỉnh được tốc độ động cơ ĐK Nhưng khi thay đổi f1Ġ f1đm thì có thể ảnhhưởng đến chế độ làm việc của động cơ

về từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí nếu nóngquá nhiệt độ cho phép của động cơ thì động cơ có thể bị cháy

+ Còn khi tăng f1 > f1đm nếu giữ phụ tải Mc = const, mà khi làm việc,mômen M ? K?I2cos? = Mc = const Vậy khi tăng f1 > f1đm sẽ làm cho ? giảm,

dẫn đến dòng I2 tăng, nghĩa là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phátnóng làm xấu chế độ làm việc của động cơ hoặc bị cháy.

b) Quy luật điều chỉnh điện áp stato khi thay đổi tần số:

Hình 3-12, xác định khả năng quá tải về mômen khi điều chỉnh tần số: f1 <f1đm

 Hay ở dạng tương đối:

Như vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK, ta phải thayđổi điện áp sao cho đảm bảo điều kiện (3-41), nhưng lại phụ thuộc vào các dạngphụ tải

c) Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato:

Các dạng đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp stato với các phụ tải khácnhau (hình 3-13):

 Trên hình 3-13a, khi phụ tải Mc ? I/? (q = -1) thì điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật:

 Trên hình 3-13b, khi phụ tải Mc = const (q = 0) thì điều chỉnh tần số vàđiện áp stato theo qui luật:

 Trên hình 3-13c, khi phụ tải Mc = const (q = 1) thì điều chỉnh tần số vàđiện áp stato theo qui luật:

 Trên hình 3-13d, khi phụ tải Mc = const (q = 2) thì điều chỉnh tần số vàđiện áp stato theo qui luật:

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

I GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN

1. Khái quát về biến tần

a) Khái niệm

Bộ biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp 50Hz hoặc 60Hz sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ điện xoay chiều Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồn điện có tần

số fr thay đồi được nhờ các khóa bán dẫn

b) Phân loại:

Biến tần được phân chia làm hai loại:

a) Biến tần trực tiếp

b) Biến tần gián tiếp

Biến tần gián tiếp được chia làm hai loại: biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp

c) Ứng dụng:

Bộ biến tần thường được sừ dụng để điều khiền vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên

Ngoài việc thay đổi tần số còn có sự thay đổi tổng số pha Từ nguồn lưới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần ta có thể mắc vào tải động cơ ba pha Bộ biến tần còn dược sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện Bộ biến tần trong trường hợp này cung cấp năng lượng cho lò cảm ứng

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:

- Hiệu suất làm việc của máy cao;

- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn;

- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy

- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.

- Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm.

Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay ), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các

sự cố có thể xảy ra.

- Điều khiển biến tần ở chế độ PU là sử dụng các phím chức năng được tích hợp trong phần cứng của biến tần để điều khiển hoặc được đưa ra mặt tủ thông qua cáp kết nối.

Sơ đồ nguyên lý

Cấu trúc chung của biến tần

Khâu chỉnh lưu: Biến đổi nguồn xoay chiều về 1 chiều

Khâu lọc: Tụ C lọc các thành phần điện áp xoay chiều

Khâu nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 3 pha: Biến đổi nguồn 1 chiều thành nguồn xoay chiều 3 pha có tần số, điện áp có thể thay đổi Các van

T1,T2 T6 có thể là tranzitor công suất, mosfet, GTO, thyristor, hoặc IGBT

Khâu điều khiển: Tạo xung điều khiển các van

Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần

Luật điều khiển của biến tần

Tốc độ động cơ theo tần số: n = 60*f*(1 - s) / p

Mômen sinh ra tỷ lệ với từ thông và dòng điện:

M = K.Φ.I.cosφ Muốn điều khiển mômen:

Φ = constant

M = f(I)

Luật điều khiển U/f

Duy trì tỷ số U/f không đổi

Duy trì từ thông không đổi

Điều khiển véc tơ từ thông

Nguyên lý: chuyển đổi hệ phương trình máy điện, chuyển các đại lượng

vô hướng (điện áp, dòng điện, từ thông) thành các véc tơ tương ứng

Trên hệ quy chiếu với véc tơ từ thông, thành lập được hệ phương trình:

Từ thông Φr = K1.IdMômen M = K2.Φs.Iq

Id, Iq là các thành phân dọc trục và

ngang trục của véc tơ dòng điện

Nguyên lý: chuyển đổi hệ phương trình

máy điện, chuyển các đại lượng vô hướng (điện

áp, dòng điện, từ thông) thành các véc tơ tương

ứng