Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG Sinh viên thực hiện: Lại Thanh Tùng Mã sinh viên: DTC16HD5103010009 Lớp: KT ĐCN-K15A Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Ngọc Ánh Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần lĩnh vực điều khiển truyền động điện phát triển mạnh mẽ Đặc biệt với phát triển khoa học kỹ thuật, người ta khai thác tất ưu điểm vốn có động khơng đồng Với đồ án em nêu khía cạnh nhỏ lĩnh vực điều khiển tốc độ động không đồng bộ: Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Động không đồng Chương 2: Tổng quan thiết bị biến tần Chương 3: Biến tần IE5 phương pháp điều rộng xung Sau thời gian nghiên cứu, làm việc, thực hành phịng thực hành khoa Cơng Nghệ Tự Động Hóa hướng dẫn tận tình giúp đỡ giảng viên Th.s Nguyễn Ngọc Ánh, thực tập chuyên ngành với đề tài “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG” hoàn thành Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Ban Giám hiệu Trường Đại học Công Nghệ Thông tin truyền thông tạo điều kiện cho làm thực tập chuyên ngành Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Ngọc Ánh tận tình giúp đỡ em hồn thành đề tài Thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp tài liệu, kiến thức kinh nghiệm quý báu cho suốt thời gian làm đề tài Mặc dù cố gắng, điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế thân cịn ít, đề tài cịn nhiều thiếu sót Vì vậy, mong nhận góp ý ý kiến thầy, tồn thể bạn Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2019 Sinh viên thực Lại Thanh Tùng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Việc điều khiển tốc độ thay đổi chiều quay động công nghiệp quan trọng mà phương pháp điều khiển phổ biến lại chưa đáp ứng tối ưu u cầu đặt Chính mà em thầy nguyễn ngọc ánh tìm hiểu thực hành điều khiển động với phương pháp sử dụng biến tần để tìm phương pháp tối ưu để đáp ứng yêu cầu đề cho loại động cơng nghiệp Mục đích chọn đề tài Thực hành nghiên cứu biến tần LS IE5 với tìm hiểu phương pháp điều rộng xung sử dụng cho biến tần qua thêm nhiều lựa chọn cho công nhân kĩ sư việc điều khiển động công nghiệp thay có vài phương pháp cịn tồn nhiều hạn chế trước với ưu điểm sử dụng biến tần để điều khiển động công nghiệp em mong phương pháp ứng dụng rộng dãi nhà máy thiết bị công nghiệp lớn CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 MỞ ĐẦU Loại động điện quay đơn giản loại động điện không đồng Động điện không đồng loại pha, pha pha, phần lớn động không động pha, có cơng suất từ vài W tới vài MW , có điện áp từ 100V đến 6000V Căn vào cách thực rô to, người ta phân biệt loại: loại có rơ to lồng sóc loại có rơ to dây quấn Cuộn dây rơ to dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo ngun lý cuộn dây dịng xoay chiều Cn dây rơ to lồng sóc gồm lồng nhơm đặt rãnh mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh Động rơ to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản rẻ tiền, máy điện rơ to dây quấn đắt hơn, nặng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh 1.2 CẤU TẠO Động nói chung động điện khơng đồng nói riêng gồm phần bản: phần quay (rô-to) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí 1.2.1 Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện a, Mạch từ: Mạch từ stato ghép thép điện có chiều dày khoảng 0,30,5mm, cách điện mặt để chống dịng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rô to không Mạch từ đặt vỏ máy Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép chia thành phần ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy làm gang đúc hay gang thép, vỏ máy có đúc gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay nhà vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện khơng đồng b, Mạch điện: Mạch điện cuộn dây máy điện trình bày phần Hình 1.2 Stato máy điện không đồng Mạch từ; Vỏ máy; Dây quấn; Chân đế 1.2.2 Cấu tạo rô to 1.2.2.1 Mạch từ: Giống mạch từ stato, mạch từ rô to gồm thép điện kỹ thuật cách điện Rãnh rơ to song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thơng loại trừ số sóng bậc cao Các thép điện kỹ thuật gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rơ to cịn đục rãnh thơng gió dọc thân rơ to Hình 1.3 Lá thép rơto máy điện không đồng 1.2.2.2 Mạch điện: Mạch điện rô to chia thành loại: loại rơ to lồng sóc loại rô to dây quấn -Loại rô to lồng sóc Mạch điện loại rơ to làm nhôm đồng thau Nếu làm nhôm đúc trực tiếp rãnh rơ to, đầu đúc vịng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rơ to ngắn mạch Nếu làm đồng làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với vòng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng loại rơ to có tên rơ to lồng sóc Loại rơ to ngắn mạch thực cách điện dây dẫn lõi thép -Loại rô to dây quấn Mạch điện loại rô to thường làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trước Cuộn dây rơ to dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện pha, đầu cuối nối với máy điện, đầu cịn lại dẫn ngồi gắn vào vành trượt đặt trục rơ to, tiếp điểm nối với mạch 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Để xét nguyên lý làm việc máy điện không đồng , ta lấy mơ hình máy điện pha gồm cuộn dây đặt cách chu vi máy điện góc , rơ to cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào cuộn dây dòng điện hệ thống điện pha có tần số f1 máy điện sinh từ trường quay với tốc độ 60f /p Từ trường cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato suất điện động tự cảm e1 cuộn dây rơ to suất điện động cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng sau: Do cuộn rơ to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tương hỗ dịng điện chạy dây dẫn rơ to từ trường, sinh lực ngẫu lực (2 dẫn nằm cách đường kính rơ to) nên tạo mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thông móc vịng với cuộn dây Nhưng stato gắn chặt cịn rơ to lại treo ổ bi, rô to phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trường, n = n tt từ trường khơng cắt dẫn nữa, khơng có sđđ cảm ứng, E2 = dẫn đến I2 = mô men quay không , rô to quay chậm lại, rơ to chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng mơ men nên rơ to lại quay Do tốc độ quay rô to khác tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: Do tốc quay rơ to có dạng: Do n # ntt nên ( - n) tốc độ cắt dẫn rô to từ trường quay Vậy tần số biến thiên suất điện động cảm ứng rô to biểu diễn bởi: Khi roto có dịng I2, sinh từ trường quay với tốc độ: So với điểm không chuyển động stato, từ trường quay với tốc độ: Như so với stato, từ trường quay rơ to có giá trị với tốc độ quay từ trường stato 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.4.1 Mở đầu Trong thực tế sản xuất tiêu dùng, khâu khí sản xuất cần có tốc độ thay đổi Song chế tạo, động điện lại sản xuất với tốc độ định mức, cần điều chỉnh tốc độ động điện cần thiết Khi mô men cản trục động thay đổi, tốc độ động thay đổi, thay đổi tốc độ không gọi điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ động không đồng trình thay đổi tốc độ động theo ý chủ quan người phục vụ yêu cầu công nghệ Phụ thuộc vào đặc tính khí sản xuất mà q trình thay đổi tốc độ xảy mơ men cản khơng đổi hình 1.6a mơ men cản thay đổi hình 1.6b Khi điều chỉnh tốc độ động cần thỏa mãn yêu cầu sau: Phạm vi điều chỉnh, liên tục điều chỉnh tính kinh tế điều chỉnh Với thiết bị vận chuyển, phải điều chỉnh tốc độ phạm vi rộng, thiết bị dệt giấy lại địi hỏi tốc độ khơng đổi với độ xác cao a) b) Hình 1.4 Điều chỉnh tốc độ động không đồng a) Khi mô men cản không đổi; b) Khi mô men cản thay đổi Để nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ta dựa vào biểu thức sau: Mặt khác ta lại có: Vậy: 10 3.1.4 Kiểu hoạt động SV004 iE5-1 3.1.5 Chức bảo vệ SV004 iE5-1 36 3.1.6 Chế độ làm việc SV004 iE5-1 Trên hình 3.2 giới thiệu hình dạng bên ngồi trạm vào/ biến tần LS SV iE5 trạm Hình 3.2: Hình dạng bên ngồi sơ đồ trạm vào/ra biến đổi LS SV iE5 3.2 Điều khiển động AC không đồng biến tần 3.2.1 Khối biến tần công nghiệp + Bộ biến tần LS SV iE5; + Các công tắc P1: P5 nối với trạm để điều khiển biến tần + CB đóng cắt nguồn AC 37 + Bộ biến tần thường có hai phần - Bộ chỉnh lưu biến đổi điện AC thành DC - Bộ nghịch lưu biến đổi DC thành AC thay đổi điện tần số để cung cấp cho động Trong biến tần sử dụng chuyển mạch công suất (Thyristor, Transistor, MOSFET) điều khiển đóng mở theo trình tự định để tạo tín hiệu xoay chiều dạng sin lối (U-V-W) từ chiều Hình 3.5: Module biến tần công nghiệp 3.2.3 Đấu nối thiết bị 38 Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối biến tần với điện lưới tải motor - Bộ biến đổi nguồn AC – DC: Biến đổi điện áp xoay chiều pha lối vào thành điện chiều nhờ chỉnh lưu tụ lọc - Bộ vi xử lý (CPU) thực hiền điều khiển DC theo thông số xác lập để cung cấp cho chuyển mạch công suất lối - Bộ công suất điều khiển đóng ngắt để tạo điện xoay chiều ba pha lối - Bộ vi xử lý CPU trung tâm điều khiển xử lý, có nhiệm vụ: + Xác lập chế độ vận hành kỹ thuật số + Nhận lệnh số (DIGITAL) điều khiển từ bàn phím bên ngồi để vận hành hệ thống + Tạo xung có động rộng biến đổi (PWM) để điều khiển phần công suất + Chỉ thị trạng thái bàn phím điều khiển (Display & Keypad) 39 Hình 3.6: Bàn phím thị biến tần iE5 Trong đó: - Các LED thị: + SET: Thông báo biến tần chế độ xác lập + RUN: Thông báo biến tần chế độ vận hành + PWD: Thông báo biến tần chế độ vận hành chạy thuận + REV: Thông báo biến tần chế độ vận hành chạy ngược + $ LED 7- Segment (7 đoạn): Chỉ thị thông số, liệu Các nút điều khiển: Các số ký tự hiển thị LED 7-Segment sau: 40 Chú ý: Bộ LED 7-Segment hiển thị thơng số khơng có nghĩa, ví dụ, số bên trái số trước dấu phẩy khơng có nghĩa không sáng (OF): 3.2.4 Cách thức sử dụng bàn phím - Chuyển nhanh nhóm thơng số nhóm phím SHFT Biến tần có nhóm thơng số: + Drive Group ( nhóm truyền động) bao gồm thông số cần thiết để vận hành biến tần, tần số đích, thời gian gia/ giảm tốc, v.v + PG Group ( nhóm thơng số) gồm thông số dành cho chức bổ xung 41 Ta chuyển nhóm cách nhanh chóng nhờ phím SHIF: Nếu máy hiển thị Code nhóm Drive Group, nhấn SHIF, máy chuyển sang hiển thị nhóm PG Group ngược lại - Chuyển thông số nhóm phím UP/DOWN Ví dụ từ P0, nhấn UP (∆) -> P1 -> P2, ngược lại, từ P2, nhấn DOWN (∆) -> P1, P0, - Xác lập thơng số phím FUNC, SHFT UP/DOWN Khi máy hiển thị thông số Code 0, ví dụ “drC” nhấn SHFT, máy Code nhóm, sau nhấn SHFT lần nữa, máy thực chuyển sang nhóm cịn lại Note1): Tần số đặt xác lập mặc định giá trị 0.00 – giá trị nhóm Drive Group - Xác lập tần số bàn phím số Ví dụ, xác lập tần số biến tần 30.05 (Hz): + Biến tần hiển thị tần số mặc định 0.00 + Nhấn phím UP (∆) có số 0.05 42 + Nhấn SHFT lần để dịch sang trái số + Nhấn phím UP (∆) có số 30.05 + Nhấn phím FUNC để nhập tần số đặt vào máy - Xác lập thơng số khác bàn phím số Ví dụ, xác lập thời gian gia tốc 16.0 (Hz): + Biến tần hiển thị tần số mặc định 0.00 + Nhấn phím UP (∆) có ACC + Nhấn FUNC để hiển thị giá trị + Nhấn SHFT để dịch sang trái số 0.0 + Nhấn phím UP (∆) có số 6.0 + Nhấn SHFT để dịch sang trái số 06.0 + Nhấn phím UP (∆) có số 16.0 + Nhấn phím FUNC để nhập giá đặt vào máy - Xác lập trạng thái trong1 thông số Ví dụ, thơng số P34 có trạng thái 1: + Biến tần hiển thị P0 + Nhấn phím UP (∆) có P34, sử dụng phím để nhập số P34 + Nhấn FUNC để hiển thị trạng thái đầu: + Nhấn phím UP (∆) để chuyển sang trạng thái + Nhấn phím FUNC để nhập giá trị đặt vào máy + Nhấn SHFT để Code đầu PG Group 43 - Theo dõi trạng thái biến tần: + Biến tần hiển thị 0.00 + Nhấn phím UP (∆) nhận thông số Cur + Nhấn FUNC để hiển thị dòng biến tần (2.5[A]) Tương tự, ta theo dõi đường DC biến tần qua dCL, biến tần qua vOL - Theo dõi lỗi biến tần từ Drive Droup: + Màn hiển thị Oct xuất lỗi + Khi nhấn ▲hoặc ▼máy hiển thị tần số có lỗi (ví dụ: 30.00), dịng có lỗi (12.5), trạng thái vận hành – lỗi xuất gia tốc (ACC), điều kiện lỗi xóa “nOn” hiển thị Tương tự, ta theo dõi lỗi dòng (Oct), áp (Out), nhiệt (OHt) lưa chọn thông số tương ứng Khi có lỗi xuất đồng thịi, máy hiển thị lỗi Sau xóa lỗi, lỗi ghi nhận vào P1 PG Group Khi lỗi sau xuất hiện, có chuyển lỗi cũ sang P2 lỗi ghi vào P1 44 3.2.5 Điều khiển biến tần từ bán phím - Xác lập tần số biến tần: F = 10.00Hz -Theo rõi hoạt động motor biến tần tương ứng với giản đồ sau: - Nhập giá trị tần số đích Bật công tắc P2 ( Reverse Run) ON để khảo sát sang quay ngược motor (chú ý cơng tắc cịn lại để OFF) 45 - Motor chạy, bật cơng tắc P3 (Stop) Quan sát q trình dừng motor - Nhập giá trị tần số đích Bật cơng tắc P2 (JOG) sang ON quan sát vận hành motor Bật P5 sang OFF quan sát vận hành motor 3.2.6 Điều khiển biến tần từ biến trở - Xác lập tần số biến tần: F = 10.00 Hz -Theo dõi hoạt động motor biến tần tương ứng với giản đồ sau: - Nhập giá trị tần số đích Bật cơng tắc P2 ( Reverse Run) sang ON để khảo sát quay ngược motor (chú ý cơng tắc cịn lại để OFF) 46 - Motor chạy, bật công tắc P3 (Stop) Quan sát trình dừng motor - Nhập giá trị tần số đích Bật cơng tắc P2 (JOG) sang ON quan sát vận hành motor Bật P5 sang OFF quan sát vận hành motor 3.2.7 Kết sau thực đấu nối biến tần với động khơng đồng pha Mơ hình thực tế biến tần SV400-IE5 đấu nối động không đồng pha Sau cài tần số từ ban đầu ta thay đổi tần số nút vặn chiết áp biến tần Trong q trình động chạy ta thay đổi chiều quay động thông qua việc thay đổi trạng thái cơng tắc P1 P2 Hình 3.8: Cài đặt tần số ban đầu 47 Hình 3.9: Thay đổi tần số động hoạt động nút vặn chiết áp Phương pháp sử dụng biến tần để điều khiển động không đồng phương pháp đại, sử dụng rộng rãi Ưu điểm phương pháp cho phép điều khiển xác tốc độ động khoảng rộng, tăng hiệu suất sử dụng, tiết kiệm lượng ( 20 – 30% so với đấu motor trực tiếp vào lưới), giá thành thấp 48 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu thực đề tài, với hướng dẫn tận tình thầy giáo: Nguyễn Ngọc Ánh, với giúp đỡ thầy cô giáo môn cố gắng nỗ lực thân, em hồn thành báo cáo theo kế hoạch giao Trong đề tài em thực vấn đề sau: Làm quen hiểu thêm biến tần LS IE5 Tìm hiểu phương pháp điều chế độ rộng xung Nâng cao kĩ thực hành với biến tần, động pha thiết bị công suất Qua đề tài em rút nhiều học kinh nghiệm quý báu, nâng cao khả vận dụng lý thuyết để giải vấn đề thực tiễn qua trình thực đề tài em hiểu rõ kiến thức học Sẽ giúp ích nhiều cho cơng việc sau Do thời gian kiến thức có hạn, nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận dẫn giúp đỡ tận tình thầy cô giáo môn bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực hiện: Lại Thanh Tùng 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1.] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, NXB xây dựng [2] Đặng Văn Đào –Trần Khánh Hà – Nguyễn Hồng Thanh (2007), Giáo trình máy điện, NXB giáo dục [3] Nguyễn Bính (1996), Điện tử cơng suất, NXB khoa học kĩ thuật [4] Trần Văn Thịnh(2005), Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất, NXB khoa học kĩ thuật [5] Diễn đàn Điện Tử Việt Nam (www.dientuvietnam.net) [6] Datasheet Linh kiện Điện tử (www.datasheetcatalog.com) [7] Trang tìm kiếm thơng tin (www.google.com) 50 ... khoa Cơng Nghệ Tự Động Hóa hướng dẫn tận tình giúp đỡ giảng viên Th.s Nguyễn Ngọc Ánh, thực tập chuyên ngành với đề tài “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU... động Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần pha 220V, biến tần pha 220V, biến tần pha 380V, Bên cạnh dòng biến tần đa năng, hãng sản xuất dòng biến tần chuyên dụng: biến. .. điều khiển động với phương pháp sử dụng biến tần để tìm phương pháp tối ưu để đáp ứng yêu cầu đề cho loại động cơng nghiệp Mục đích chọn đề tài Thực hành nghiên cứu biến tần LS IE5 với tìm hiểu phương