Ôn thi điều khiển động cơ

Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Ôn thi điều khiển động I Soft starter (Bộ khởi động mềm): Kiến thức chung:  Khái niệm: khởi động dùng cho biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato cách điều khiển góc kích SCR  Cấu tạo: gồm cặp thyristor mắc song song ngược  Nguyên lý: Điều khiển điện áp tăng dần cách giảm dần góc kích  Mục đích: để hạn chế dòng điện sụt áp lưới, hạn chế môment giúp khởi động êm Câu hỏi: Tại khởi động trực tiếp dòng điện khởi động lớn? Sụt áp gì, khởi động trực tiếp động dị gây sụt áp? Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Sụt áp đo điện áp đầu nguồn cao điện áp cuối nguồn Do khởi động, dòng khởi động lớn làm sụt áp động Q=0,24 I2 R ( định luật Jun Lenxơ) Sốc khí gì? Tại gây tác hại? Làm để tăng dần điện áp cấp cho động dị bộ, điện áp tăng dần dòng điện khởi động giảm? Vì điện áp tăng dần động bắt đầu tăng tốc, làm hệ số trượt giảm Sử dụng bypass contactor lợi ích gì, đóng bypass contactor? Thiết bị mạch điều khiển thực thao tác đóng bypass contactor? Làm để bảo vệ tải động khởi động chạy ổn định Thiết bị bảo vệ ngắn mạch cho softstarter động cơ? Tại phải nối đất, nối gì? Để làm Nối đất để bảo vệ người thiết bị có cố chập mạch Thời gian tăng tốc gì? Tại thời gian tăng tốc q ngắn dòng điện khởi động lớn so với yêu cầu Là thời gian bắt đầu tăng dần điện áp Thời gian tăng tốc ngắn gần nghĩa khởi động trực tiếp, làm động chưa tăng tốc kịp, hệ số trượt lớn 10 Tại softstater không sử dụng cho lọai tải thể năng? Vì moment khởi động thấp, khơg đủ lớn nhanh II Biến tần: Kiến thức chung: Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ  Khái niệm: Biến tần thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt cuộn dây bên động thơng qua biến tần điều khiển động cơ, khơng cần dùng đến hộp số khí  Cấu tạo:  Nguyên lý hoạt động: + Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Điện đầu vào pha ba pha, mức điện áp tần số cố định + Sau đó, Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Mới đầu, điện áp Một chiều tạo trữ giàn tụ điện Điện áp chiều mức cao Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp biến đổi IGBT (IGBT từ viết tắt Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống cơng tắc bật tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu Biến tần) Biến tần tạo điện áp xoay chiều pha phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển (khi cần tăng giảm tốc độ động cơ) Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Câu hỏi: Cầu chỉnh lưu làm linh kiện điện tử gì? Vai trò cầu chỉnh lưu Bộ lọc có thiết bị gì, lại phải thêm vào mạch, lọc lại làm điện áp phẳng Bộ nghịch lưu làm linh kiện nào, nguyên lý làm việc nghịch lưu, tần số băm PWM nghịch lưu có giá trị khoảng bao nhiêu, dạng điện áp đầu nghịch lưu DC choke, AC choke cấu tạo gồm gì, khác với cuộn kháng thơng thường tần số 50 Hz, DC choke/AC choke lúc cấp theo biến tần Nhiệm vụ DC choke/DC choke Nếu khơng có xạc mạch DC khởi động chuyện xảy ra? Thiết bị điều khiển việc đóng, cắt xạc DC Tại phải có thiết bị hỗ trợ hãm động năng? Nếu khơng có chuyện xảy ra? Khi hãm làm việc? Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ III Hãm động AC dùng biến tần: Kiến thức chung:  Khái niệm: Hãm trạng thái mà moment động ngược chiều với tốc độ, nghĩa M < Trạng thái hãm gọi trạng thái máy phát  Có loại hãm: Hãm tái sinh (Regeneration ): trả lượng lưới Hãm động ( Dynamic braking): chuyển điện thành nhiệt bên điện trở Hãm DC Infection: Bơm dòng chiều vào Roto Ram to stop: Giảm dần tốc độ Coast to stop: thả tự do, dừng moment tải  Phân tích loại hãm: Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Hãm DC Infection: - Ngắt nguồn AC, Cấp nguồn điện DC vào pha stator, sử dụng PWM tạo dòng điện chiều pha stator - Động hoạt động máy phát điện chiều, điện sinh mạch rotor biến thành nhiệt rotor - Hiệu hãm giảm dần tốc độ thấp Hãm động ( Dynamic braking): Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ - Xảy động làm việc Q2, chế độ máy phát, tốc độ rotor lớn tốc độ từ trường quay (tạo tần số biến tần) - Cơ từ động chuyển thành điện nạp vào DC bus - Mạch logic đóng Transitor S để xả điện qua điện trở R - Là kỹ thuật hãm phổ biến - Ưu điểm: đơn giản Nhược điểm: + Tốn điện (không tận dụng điện trả về) + Tốn điện trở + Chỉ thích hợp với thiết bị hoạt động liên tục, hãm, đảo chiều Hãm tái sinh : Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Mạch nghịch lưu phụ thuộc dùng SCR Mạch chỉnh lưu tích cực dùng IGBT (Active Front End) - Hãm tái sinh hoạt động Q2, Q4 - Đòi hỏi nghich lưu SCR IGBT (Active Front End) - Phương pháp : lắp thêm nghịch lưu phụ thuộc song song với chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc hoạt động tương tự động chiều, phát điện lưới Khi tốc độ động lớn tốc độ không tải, động máy phát đưa điện ngược trở lại DC Bus, tụ C tích điện, cầu hãm tái sinh chuyển điện DC Bus (khi cổng Gate kích hoạt) lưới điện xoay chiều Ưu điểm Tiết kiệm lượng, hãm nhanh Thích hợp tải ngắn hạn lặp lại Nhược điểm : Chi phí đầu tư cao, khơng thích hợp với tải thay đổi Câu hỏi: Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Khi động hãm, làm để hãm động từ Q1, sang Q2 Khi hãm động làm việc chế độ nào? Tại sao? So sánh tốc độ động chế độ động chế độ hãm Mạch hãm gồm thành phân nào? Thiết bị điều khiển mạch hãm, quy trình điều khiển nào? Tại lại ngắt mạch hãm điện áp DC bus thấp? Phân biệt giá trị điện trở công suất điện trở hãm Giá trị điện trở hãm lấy từ đâu ra, không chọn giá trị cao hơn, thấp hơn? Tại chọn công suất điện trở hãm nãng hãm chia cho thời gian chu kỳ lần hãm Nếu động hãm nhanh, moment quán tính máy sản xuất lớn, chuyện xảy với biến tần, sao? Khắc phục điều nào? Tại phải bải vệ tải nhiệt điện trở hãm, bảo vệ cách IV - Điều khiển tần số động dị pha, phương pháp u/f = const Kiến thức chung: U= k.f  K = U/f  = constan  Ưu điểm: Thay đổi f - trì U/f = constant, Động làm việc từ thông định mức, với monent tới hạn ổn định Khơng bị bão hòa từ, tránh dòng từ hóa lớn Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ - Giữ cho đặc tính khơng đổi  Nhược điểm: Ở tần sô, sụt áp trở kháng ngắn mạch cuộn dây tương đối lớn so với sức điện động cảm ứng Moment giảm tốc độ thấp  Cách khắc phục: - Tăng điện áp tần số thấp - Duy trì dòng điện khơng tải Im = const để ag = Const Công thức: Câu hỏi: Tại u/f = const moment tới hạn khơng đổi? Nếu moment tới hạn tăng có ích khơng? Nếu moment tới hạn giảm có hại khơng? Tại sao? 10 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Tại ta lại muốn từ thông khe khí băng giá trị định mức thay đổi tần số với u/f=const Nếu từ thơng tăng sao? Tại điều khiển u/f=const không phù hợp với tải thể Tại đặc tính thực tế lại thấp tần số thấp so với đặc tính lý thuết, tác hại tượng này? Tại biến tần u/f không phù hợp với tải thể năng? Tại lại phù hợp với tải bơm quạt? Trong mơ hình điều khiển biến tần u/f=const, thiết bị làm nhiệm vụ phát xung thay đổi tần số V Chọn biến tần theo đặc tính khai thác Chế độ dài hạn tự làm mát Chế độ dài hạn động tự làm mát bắt buộc Chế độ tải ngắn hạn -2 Chế độ tốc độ định mức Chế độ chống kẹt máy cca sec Giải thích: Ta có M= K I, I tỉ lệ với moment M nên động tự làm mát được, đường đặc tính dùng cho tải có momment biến thiên theo tốc độ: bơm ly tâm M=k2 Khi động làm việc thấp tấp, M không đổi, I không đổi -> nhiệt không đổi-> tự làm mát-> buộc phải làm mát Vùng đặc tính này: tải có moment nhỏ băng truyền , điều khiển u/f Là đường tải ngắn hạn phút khởi động moment cần lớn từ 1.7 Mđm, dùng để tải thắng moment nghỉ, sau hoạt động xong làm việc chế độ định mức  dùng cho tải có moment lớn: tải có cơng suất lớn ; thang máy, cẩu> sử dụng biến tần vectơ Trên tốc độ định mức, làm việc tốc định mức -> moment giảm dần Chỉ làm việc tốc động cho phép 11 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ  Đường ứng dụng cho tải có cơng suất không đổi : máy tời, máy kéo, máy cưa, máy bào : Khi động cần moment lớn thời gian ngắn để vượt qua điểm kẹt Câu hỏi: Phân biệt chế độ việc dài hạn chế độ làm việc ngắn hạn Chế độ làm việc dài hạn Chế độ làm việc ngắn hạn Làm việc với phụ tải thời gian Thời gian ngắn dài Nhiệt độ làm việc máy đạt giá trị Chưa đạt ổn định ổn định Cái gây tải, tảiu chuyện xảy với biến tần động cơ? Khi I tăng nhanh, tăng giá trị định mức gây tải Nếu tải gây nóng động cơ, cháy Biến tần “trip” Tại tải ngắn hạn tải dài hạn? Tại ta lại cần động có khả tải ngắn hạn cao Vì chịu sức nóng thời gian ngắn Vì thực tế cần máy cưa, cẩu Nếu động biến tần chạy tốc độ thấp tốc độ định mức, moment tải moment định mức chuyện xảy ra? Do n < nđm Mtải = Mđm gây tải động không kéo nổi, dẫn đến động dừng lại, gây nóng động Ta sử dụng động kéo tải cao định mức tốc độ thấp định mức không? Tại sao? Khơng thể Vì động khơng thể q tải dài hạn Tại ta lại có nhu cầu tải ngắn hạn động cơ? Nếu động cơ+biến tần có khả tải ngắn hạn cao ta lợi ích gì? Để động co moment khởi động cao, lớn moment nghỉ Khi xong trở hoạt động bình thường 12 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Ứng dụng nhiều máy sản xuất Lọai tải yêu cầu động cơ+ biến tần có khả tải ngắn hạn cao? Tại sao? Tâỉ năng, nâng hạ Vì ban đầu, động cần moment lớn để nâng hạ tải từ trạng thái nghỉ Biến tần u/f biến tần vector lọai có khả tải ngắn hạn cao hơn? Vì biến tần vectơ vòng kín nên điều khiển xác Tại ta chọn biến tần u/f cho tải bơm ly tâm? Lợi ích gì? Vì rẻ tiền, moment tỉ lệ n2, khởi động moment nhỏ Lợi ích, đáp ứng nhu cầu, phù hợp tải 10 Tại tải nâng hạ cần moment khởi động cao moment định mức? Nếu dùng biến tần u/f cho tải nâng hạ chuyện xảy ra? Vì tải nâng hạ cần moment lớn khởi động Nếu dùng biến tần u/f không giữ tải khơng thể xuất moment cao tốc độ thấp VI Tính điều khiển biến tần - điều khiển PID Kiến thức chung:  Yêu cầu điều khiển bơm ổn định: Ví dụ: Ứng dụng ổn định áp suất bơm quạt: 13 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ - Áp suất tăng động tăng tốc kéo bơm - Biến tần có tích hợp PID để ổn định áp suất, tốc độ U= KP + KI edt + KD Chức PID biến tần kích hoạt thành phần :  tín hiệu tham chiếu analog  tín hiệu phản hổi analog input  Cài đặt hệ số Proportional, Integral, Derivative  Hệ số tỉ lệ tín hiệu phản hổi  Hàm Ramp tín hiệu tham chiếu (ACC, Dec)  Giới hạn đầu  Chức đảo đầu ra: - ( analog input, internal, pulse preselected) - dòng điện áp Câu hỏi: Tại điền khiển PID ứng dụng cho điều khiển mức bồn điều khiển áp suất đầu bơm? Vì điều khiển PID điều khiển dùng để ổn định thông số KI , KP, KD Hoặc Kp, TI, TD Phân biệt điều khiển tốc độ vòng kín có phản hồi điều khiển PID có phản hồi Phân biệt ý nghĩa giá trị áp suất điều khiển tham chiếu giá trị tốc dộ tham chiếu điều khiển PID Giá trị biến tần thay đổi? Điều khiển tốc độ vòng kín có phản hồi: dùng encoder tachometer để phản hồi Điều khiển PID có phân hồi dùng cảm biến nhiệt độ, lưu lượng, áp suất để phản hồi Giá trị tham chiêu tốc độ không đổi Giá trị tham chiếu áp suất thay đổi, phụ thuộc áp suất đầu Trong điều khiển ổn định áp suất bơm áp suất bơm thay đổi? Làm để ổn định áp suất bơm? Do nhu cầu sử dụng người dùng nên phải ổn định Dùng cảm biến áp suất bơm đặt đường ống , so sánh giá trị đặt giá trị phản hồi, dùng biến tần PID điều khiển tốc độ bơm áp suất 14 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Trong trình điều khiển tốc độ quay động có thay đổi hay không? Tại sao? Nếu áp suất tăng giá trị đặt, tốc độ động giảm ngược lại Có dạng tín hiệu phản hồi? Ưu điểm phản hồi dòng so với phản hồi áp Có dạng tín hiệu phản hồi: dòng áp Ưu điểm tín hiệu dòng tránh sụt áp Nếu dùng chọn dạng tín hiệu – 20mA dùng 0- 20mA, cảm biến PID tưởng nhận thiết bị ( 0mA) Mối quan hệ giải tín hiệu tham chiếu thông qua input đầu vào (0-10 V) với giải đo cảm biến? Quan hệ tuyến tính Ý nghĩa thơng số P, P q lớn chuyện xảy ra, P bé chuyện xảy ra? Thơng số Kp: P q bé thời gian đáp ứng chậm Nếu P lớn đáp ứng nhanh, vọt lố lớn Tại thực tế ta sử dụng thông số I tương đối bé mà khơng cần I lớn? Khi ta thấy I lớn so với yêu cầu điều khiển ổn định Tránh gây sai số xác lập Khi I lớn xuất sai số xác lập Khi có tượng xảy ta chỉnh thông số P? Khi hệ thống chưa thấy giá trị mong muốn, ta chỉnh thông số P VII Tính điều khiển biến tần - điều khiển kết hợp hãm trình tự: Kiến thức chung: Chức phanh hãm trình tự: Ứng dụng cho tải nâng hạ chuyển động thẳng, thang máy Phanh khí phải bóp lại động dừng cố Thang máy, cẩu giàn: Khi kéo tải lên: động keo nhẹ để giữ tải nhả phanh  Phanh nhả sớm trước động giữ tải làm tải rơi  Phanh nhả trễ làm căng dây Khi dừng lại: 15 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ  Động dừng từ từ để giữ cho tải đứng yên, sau bop phanh  Nếu phanh bóp sớm giật tải  Nếu phanh bóp trễ rơi tải Tần số làm việc lúc nhả phanh hãm phanh :  Biến tần tự động đặt theo hệ số trượt động  Dòng điện lúc nhả hãm phanh phải xác định Câu hỏi: Nếu thắng khí nhả chậm khởi động lúc kéo tải lên chuyện già xảy ra? Tác hại Làm dây căng Nếu thắng khí đóng q nhanh dừng tải chun xảy ra? Tác hại Gây giật tải Giá trị dòng điện biến tần bơm vào động giữ tải phụ thuộc vào gì? Tại Tại khởi động, biến tần phải thêm thời gian đợi lúc xuất tín hiệu nhả phanh lúc bắt đầu tăng tốc? Vì để động có thời gian giữ tải Làm biến tần biết phanh nhả hay chưa? Tại biến tần khơng dùng tiếp điểm relay để trực tiếp đóng/ngắn điều khiển phanh khí VIII Nêu phương pháp tiết kiệm lượng điện dùng biến tần, cho loại tải bơm, quạt sử dụng biến tần Ở ứng dụng ta cần điều khiển lưu lượng bơm? Ví dụ? Nếu dùng van, lưu lượng bơm thay đổi tốc độ quay khơng đổi? Khi lưu ưlựong lớn nhất, lưu lượng bé nhất? Cột áp tĩnh gì? Tại vbơm phải cấp áp suất cao cọt áp tĩnh 16 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Khi hệ thống đường ống không đổi, sụt áp đường ống tăng lưu lượng nước tăng? Khi điều khiển tốc độ bơm, ta tăng tần số quay động lên không? Tại Tại giảm tốc độ bơm tiết kiệm lượng so với sử dụng tiết lưu? IX Cách tính lượng tiết kiệm cho bơm với sử dụng biến tần so với dùng tiết lưu VD: Ta có vận tốc góc sử dụng biến tần vận tốc góc sử dụng van tiết lưu = Với P = M = k = k3 P’ = (k /8)= P/8 Cơng suất hao phí giảm gấp lần Câu hỏi: Làm để có chu kỳ phụ tải bơm? Lấy giá trị hiệu suất bơm, cột áp, lưu lượng bơm đâu ra? Nếu bơm chạy hết tải hết 70% thời gian hoạt động có cần sử dụng biến tần không? Tại sao? Bản thân biến tần tiêu hao lượng, hệ thống bơm với biến tần tiết kiệm lượng đâu? Tại phải tính ROI, thời gian ROI khỏang bao nhiều hợp lý? X Harmonic biến tần khắc phục Kiến thức chung: 17 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ  Sóng hài - Harmonics: dòng điện cao tần dây dẫn  Hoạt động: Các sóng hài bậc cao nhiễu cao tần xuất phía nguồn biến tần phía động  Nguyên nhân tác dụng chỉnh lưu nghịch lưu với phương pháp điều biến độ rộng xung điệu áp DC thành AC với dv/dt lớn (PWM)  Harmonics: tần số từ 150 Hz tới 1KHz  Dòng điện qua chỉnh lưu dòng khơng sin dẫn góc 60 độ pha  Đơn vị sóng hài THD (total harmonics distortion)          Các tác hại : Dòng điện hài ngược lại nguồn, gây ảnh hưởng đến lưới điện hộ tiêu thụ xung quanh Harmonics làm tăng dòng điện (tới 50%), gây tải cho nguồn, cáp, máy biến áp Tăng tổn hao từ trễ dòng Fucơ mạch từ máy điện tổn hao tỷ lệ với bình phương tần sô Tăng khả gây cộng hưởng mạch có nối tụ điện Gây nhiễu cho thiết bị điện khác mạng  Giải pháp: Cuộn kháng (Cuộn kháng làm dòng điện gần hình sin làm giảm sóng hài bậc cao)  Line choke  DC choke Bộ lọc Lọc tích cực Câu hỏi: Sóng hài (Harmonics) thiết bị biến tần gây ra? Sóng hài lan truyền theo đường nào? Tại sóng hài gây tổn hao nhiều máy điện máy biến áp, động điện Khi harmonic gây cộng hưởng? Tác hại gây đâu Tại AC choke/ DC choke lại hạn chế sóng hài 18 Biên soạn: Nguyễn Ngọc Vũ Khi khơng cần lắp đặt thiết bị chống sóng hài biến tần? XI EMC biến tần khắc phục; Kiến thức chung:  Nhiễu điện từ Electro-magnetic Compatibility EMC: từ trường tần số cao dòng điện dây dẫn phát không gian xung quanh  Hoạt động: môi trường xung quanh  Nguyên nhân:là tác dụng chỉnh lưu nghịch lưu với phương pháp điều biến độ rộng xung điệu áp DC thành AC với dv/dt lớn (PWM)  Nhiễu cao tần EMC: từ 10 KHz tới GHz  Tác hại: Nhiễu điện từ gây nhiễu đến mạch điện tử logic analog, làm sai hoạt động  Giải pháp:  Tuân thủ việc đấu nối, dây tài liệu hướng dẫn lắp đặt biến tần  Dùng lọc RFI (còn gọi lọc EMC) làm giảm nhiễu truyền dẫn nhiễu phát xạ  Có nhiều mức lọc khác Việc sử dụng lọc mức tùy thuộc vào yêu cầu tiêu chuẩn phải tuân theo vào độ dài cáp, kiểu cáp đấu  Nhiễu điện từ phía cáp động giảm thiểu cách sử dụng cáp bọc kim, nối đất tuân thủ việc đấu nối hướng dẫn tài liệu Câu hỏi: Thiết bị gây EMC biến tần? Thông số biến tần ảnh hưởng đến EMC Tại có EMC lớn ta phải nối đất vỏ động cơ? Tại thiết bị điện tử, tín hiệu điều khiển lại bị ảnh hưởng EMC? Cái làm thiết bị hoạt động sai lệch 19 ... hỏi: Tại điền khiển PID ứng dụng cho điều khiển mức bồn điều khiển áp suất đầu bơm? Vì điều khiển PID điều khiển dùng để ổn định thông số KI , KP, KD Hoặc Kp, TI, TD Phân biệt điều khiển tốc độ... mức không? Tại sao? Khơng thể Vì động khơng thể q tải dài hạn Tại ta lại có nhu cầu tải ngắn hạn động cơ? Nếu động cơ+ biến tần có khả tải ngắn hạn cao ta lợi ích gì? Để động co moment khởi động. .. Ngọc Vũ Khi động hãm, làm để hãm động từ Q1, sang Q2 Khi hãm động làm việc chế độ nào? Tại sao? So sánh tốc độ động chế độ động chế độ hãm Mạch hãm gồm thành phân nào? Thi t bị điều khiển mạch