Nghiên cứu biến tần PV SERIES điều khiển tốc độ cho động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha lai bơm và quạt gió

Kỹ thuật

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƢƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Các khâu 1.2.3 Biến tần áp 1.2.4 Biến tần nguồn dòng 1.2.5 Bộ biến tần gián tiếp chỉnh lƣu điều khiển 11 CHƢƠNG 2.TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN HỆ THỐNG BƠM, 16 QUẠT, MÁY NÉN GIÓ 16 2.1 ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG, PHÂN LOẠI, TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHÓM BƠM, QUẠT GIÓ 16 2.1.1 Đặt vấn đề 16 2.1.2 Chức 16 2.1.3 Phân loại 16 2.1.4 Các thơng số bơm quạt gió 17 2.2 LƢU LƢỢNG BƠM, CÁCH XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ BƠM, QUẠT GIÓ 18 2.2.1 Lƣu lƣợng bơm pittông 18 2.2.2 Lƣu lƣợng bơm ly tâm: Q  S V  C1n 18 2.2.3 Điều chỉnh lƣu lƣợng: 20 2.3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ ĐIẾU KHIỂN BƠM, QUẠT, MÁY NÉN 21 2.3.1 Hệ thống máy nén khí 21 2.3.1.1 Công dụng phân loại máy nén 21 2.3.1.2 Sơ đồ máy nén khí khởi động Y- (Hình 2.3 tàu Vinashin Sea) 22 2.3.1.3 Máy nén khí tàu 12.500T ( NO1 MAIN AIR COMPRESSOR ) 27 2.3.2 Quạt gió tăng áp máy 30 2.3.2.1 Giới thiệu phần tử 30 2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động 33 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU PV SERIES 36 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 36 3.2 GIỚI THIỆU VỀ PV SERIES 36 3.2.1 Giới thiệu hãng Emerson Industrial Automation 36 3.2.2 Cấu trúc PV SERIES 37 3.2.2.1 Phân loại PV SERIES 38 3.2.3 Giới thiệu PV 0055 39 3.2.3.1 Trạm chức 41 3.2.4 Ƣu điểm đặc tính kỹ thuật 47 3.2.4.1 Ƣu điểm 47 3.2.3.2 Đặc tính kỹ thuật 48 3.3 PV SERIES ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 51 3.3.1 Công suất quan điểm thiết kế 51 3.3.2 Điều khiển 52 3.3.2.1 Các kiểu điều khiển biến tần 52 3.2.2.2 Chọn tham chiếu 52 3.3.2.3 Trạng thái hoạt động biến tần 52 3.3.2.4 Chế độ hoạt động 53 3.3.2.5 Ứng dụng PV SERIES cho động nén gió 55 3.4 SERIES) 55 3.4.1 Đặt vấn đề 55 3.4.2 Thiết lập mơ hình tốn hệ truyền động điện biến tần 57 3.4.2.1 Động không đồng hệ tọa độ 57 3.4.2.2 Hệ điều khiển động biến tần QC 68 77 3.5.1 Các khối chức đƣợc xây dựng 78 KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LỜI NÓI ĐẦU Tự động hóa, năm gần khái niệm trở nên quen thuộc khơng cịn khái niệm sử dụng lĩnh vực chuyên mơn kỹ thuật đặc thù Tự động hóa góp mặt lĩnh vực từ sản xuất phục vụ sống ngày Mục tiêu công nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống mà trung tâm người, người thực việc đặt yêu cầu thao tác thực yêu cầu đó, tùy theo lĩnh vực, trình, đảm nhận hệ thống kỹ thuật đặc trưng Trên giới, hệ thống thông minh, tự động điều khiển áp dụng từ sớm cho thấy đóng góp quan trọng khơng thể phủ nhận biến tần sử dụng rộng rãi hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động bơm, quạt gió, máy nén khí Việc điều chỉnh tốc độ biến tần làm tăng hiệu sản xuất, đơn giản, giảm chi phí mang lại hiệu kinh tế Để tìm hiểu rõ em nhận đề tài “Nghiên cứu biến tần PV SERIES điều khiển tốc độ cho động không đồng xoay chiều ba pha lai bơm quạt gió’’ : Chƣơng Nghiên cứu biến tần gián tiếp Chƣơng Truyển động điện hệ thống bơm, quạt, máy nén gió Chƣơng Nghiên cứu PV SERIES Hải Phòng, ngày 25 tháng 11 năm 2012 TRẦN VĂN TIẾN LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Điện,Điện Tử trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng tạo điều kiện thuận lợi tận tình giúp đỡ để em hoàn thành tốt đồ án Đặc biệt cám ơn PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, người hướng dẫn cho đề tài giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! CHƢƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Biến tần thiết bị biến đổi tần số, điện áp với mục đích thay đổi momen để đạt tốc độ mong muốn cho động xoay chiều ba pha Do việc sử dụng biến tần ngày trở nên rộng rãi nhiều lĩnh vực, lĩnh vực đòi hỏi yêu cầu khắt khe tốc độ , momen Bên cạnh đó, số loại biến tần khắc phục hạn chế khởi động động so với phương pháp khác : khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác, khởi động biến áp tự ngẫu ba pha Biến tần cịn có ưu điểm tiết kiệm điện sử dụng Về phân loại biến tần ba pha gồm có hai loại : + Biến tần trực tiếp + Biến tần gián tiếp: - Biến tần nguồn dòng - Biến tần nguồn áp Dưới số mơ hình biến tần gián tiếp 1.2 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.2.1 Khái niệm Bộ biến tần gián tiếp biến đổi nguồn điện xoay chiều có V 1, f1 số thành nguồn điện xoay chiều có Vr, fr thay đổi, qua khâu trung gian chiều Tần số đầu xác định nhịp đóng mở thiết bị nghịch lưu 1.2.2 Các khâu Thiết bị biến tần gián tiếp gồm ba khâu a Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguồn xoay chiều sang chiều b Bộ lọc: để giảm bớt độ nhấp nhô áp dòng đầu chỉnh lưu c Khâu nghịch lưu: biến đổi điện áp chiều để đặt vào động Thiết bị nghịch lưu Thyristor Transitor cơng suất Hình 1.1: Sơ đồ biến tần gián tiếp Do tính chất khác khâu trung gian ta có hai loại biến tần biến tần áp biến tần dòng 1.2.3 Biến tần áp a Biến tần áp dùng Thyristor Nhóm chỉnh lưu gồm Thyristor T7 đến T12 vừa làm chức biến đổi dạng điện áp từ xoay chiều thành chiều vừa có nhiệm vụ điều chỉnh giá trị điện áp V0 Bộ lọc phẳng gồm có cuộn kháng ĐK tụ C0 Phần chỉnh lưu nhóm nghịch lưu Thyristor T1 đến T6 Chúng mở theo thứ tự T1-T2-T3-T4-T5-T6 Cách 1/6 chu kỳ áp Như thời điểm có hai Thyristor mở, nối với cực dương nối với cực âm điện áp V0 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý biến tần gián tiếp dùng Thyristor Kết điện áp dây đầu đưa vào động có dạng sau: Vab [V] 2π Wt (rad) Hình 1.3: Điện áp đầu biến tần gián tiếp Bằng cách thay đổi khoảng thời gian mở Thyristor ta thay đổi thời gian chu kỳ điện áp ra, nghĩa điều chỉnh tần số Để chuyển mạch Thyristor người ta dùng tụ C1-C6 Các diode D1-D6 ngăn tác dụng tụ chuyển mạch với phụ tải, làm cho áp tải không bị ảnh hưởng phóng nạp tụ Các diode D7-D12 tạo cầu ngược, có tác dụng mở đường cho dịng điện phản kháng từ phía động chạy tụ C0 Dịng điện xuất lệch pha dòng áp động Tụ C0 có nhiệm vụ chứa lượng phản kháng động vơ tải đơn giản nghịch lưu mà có tác động cách khác với điều hòa dạng sóng điện áp Để trì từ thơng tối ưu động không đồng cần giữ tỉ số điện áp/tần số băng const Biến thiên tần số đầu nghịch lưu phải có biến thiên áp Để giữ quan hệ điện áp/tần số const, ta áp dụng phương pháp điều chế bề rộng xung Hoạt động mạch sau: Trong ½ chu kỳ điện áp ta đóng cắt Thyristor số lần định giá trị trung bình điện áp phụ thuộc vào tỷ số thời gian đóng mở Trạng thái tương ứng với tất hai Thyristor T1và T2 dẫn Dòng điện từ nguồn qua T1 T2 pha a pha c, điện áp Vac= V0 Nếu ta cho T2 ngưng dẫn lúc dịng tải qua T1,D5và Vac= Nếu cho T1 ngưng dẫn T2 dẫn dịng tải qua T2 D4, Vac= Nếu T1 T2 ngưng dẫn Dòng điện tải qua D5, D4 ngược chiều nguồn điện Vac= -V0 Khi T1 T2 dẫn lượng đưa từ nguồn chiều vào tải Khi T1, T2 ngưng dẫn lượng từ tải đưa trở lại nguồn cịn có moat Thyristor dẫn nguồn tải khơng có trao đổi lượng Để tăng tốc độ hiệu đổi chiều nghịch lưu không cần đến chuyển mạch phụ dùng Thyristor thông thường Người ta dùng Thyristor khóa cực khiển (GTO) khâu nghịch lưu biến tần có điều chế bề rộng xung + Qua khâu biến đổi để cuối ta lấy đại lượng cuối trước vào điều chế vector usα usβ - Phần mơ hình động biến đổi hình 3.11 - Các khâu P, PI - Phần DCi Mtu theo mơ hình sau từ hệ phương trình 3.54 : Hình 3.14: Khối MTu (Khối biến áp) Khối DCi : Hình 3.15: Khối DCi (Khối biến đổi dịng ) 69 -Phần điều chế vector khơng gian ; Một động xoay chiều ba pha nuôi biến tần nguồn áp hình vẽ sau : Hình 3.16: Biến tần gián tiếp nơi nguồn áp Ta có sáu van chia làm cặp van Mỗi pha động tồn trạng thái tương ứng với ba pha động có 2^3 =8 khả nối với nguồn chiều UMC ,Như ta có tổ hợp trạng thái sau Bảng 3.7 : Các trường hợp đóng mở van Pha Thứ tự Pha u 1 0 1 Phav 0 1 0 Pha w 0 0 1 1 Bây ta xét trường hợp trường hợp : 70 R U R V UN U U VN U MC U WN R W Hình 3.17: Xét khả thứ hai q trình đóng mở van Như ta tính điện áp lớn u wN uWN =(3/2)UMC.Ở trường hợp này(u2) trường hợp véc tơ chủân khác u0 => u7 tạo sector với bốn gốc phần tư ta nhận biết vector u s nằm vị trí trình điều chế sau Cuon dây pha V S2 u3 u2 S3 S1 Q2 Q1 V7 V0 u4 Q3 u1 Cuon dây pha U Q4 S6 S4 u6 u5 S5 Cuon dây pha W Hình 3.18: Các vector chuẩn xây dựng qua bảng với góc phần tư Bây ta xét vector us sector thứ (S1) sau : 71 Hình 3.19: Thực vector us Như ta biết us vị trí vector chuẩn tương ứng ta có ; usmax  u1  u2  u3  u4  u5  u6 =UMC.2/3 (3.56) Us vị trí không gian ta tách thành thành phần tương ứng Vd trường hợp ta có ; + us= usr +usl ( đại lượng vector).vậy ta tách thành vec tơ biên usr, usl + Khi ta điều chế vector biên sau: Tr  Tp * Tl  Tp * ur (3.57) us max ul  3.58 us max Trong usr, usl, Tl , Tr , Tp ; đại lượng vector điện áp biên phải, biên trái,thời gian điều chế biên trái, biên phải chu kì trích mẫu Và hai vec tơ biên trái biên phải tính theo hai cách sau : 72 Hình 3.20: Tính vector biên thơng qua biết us C1 : Tính trực tiếp ul ur ur  Trong : us sin(600   ) ; ul  us sin( ) 2 usd  usq  us (3.60) (3.61) C2 : tính trực tiếp thơng qua hai đại lượng usα usβ ur  us  us  ; ul  us  (3.62) Trong không gian sector góc phần tư vector điều chế theo bảng sau : 73 Bảng 3.8 : Bảng tính giá trị ur , ul sector G ur ul us  us  us  Q1 us  us   us  Q2  us  S1 Q1 S2 S3 us  us  us  us  us  Q2 us  us  us  us  us  Q3 us  us   us  Q4  us  S4 Q3 S5 S6 us  us  us  us  us  Q4 us  us  Để tiện cho việc tính tốn ta đua thơng số tính tốn sau : a  us  us  ; b  us  us  ; c  us  (3.63) + Bằng việc xét dấu usα usβ ta xác định us nằm góc phần tư thực bước tiếp + Bằng việc xác định b biết us qua góc phần 6( b đổi dấu qua góc phần 6) Và ta có biểu đồ thời gian phát xung hình sau : 74 Hình 3.21: Thời gian việc điều chế vector us chu kì trích mẫu TP Hình 3.22: Thời gian việc điều chế vector us sector2, sector3 75 Hình 3.23: Thời gian việc điều chế vector us sector4, sector5,sector6 76 Từ ta thiết lập thuật tốn tính tốn cho vi xử lý sau : Nhập số liệu usα,usβ Tính a,b, c theo cơng thức 3.49 usβ