đồ án tốt nghiệp công nghệ biến tần

đồ án tốt nghiệp công nghệ biến tần. Ứng dụng biến tần cho khởi động động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ, tiết kiệm điện năng. Sử dụng cho các động cơ từ công suất nhỏ đến máy thiết bị có công suất lớn, thiết bị công nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA, ỨNG DỤNG .4 I TỔNG QUAN CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN Định nghĩa Phân loại máy điện và ứng dụng .4 II ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ A Cấu tạo và nguyên lý động KĐB pha Cấu tạo Nguyên lý làm việc động KĐB pha B Các phương pháp mở máy động KĐB .7 Mở máy động KĐB rơto lồng sóc Mở máy động KĐB rôto dây quấn .11 C Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB 11 Điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số 11 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực từ 12 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato .14 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch rôto 14 III HỆ THỐNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ 15 A Động không đồng – biến tần và sơ đồ khối .15 Động không đồng – biến tần 15 Sơ đồ khối 16 B Các yêu cầu điều khiển tốc độ động biến tần 16 KẾT LUÂN: .17 CHƯƠNG II 18 GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 18 I PHÂN LOẠI BIẾN TẦN 18 II GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN VAN 18 Biến tần trực tiếp .18 Biến tần gián tiếp 20 III CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 20 A BỘ NGHỊCH LƯU NGUỒN DÒNG 20 Bộ nghịch lưu dòng pha 20 Bộ nghịch lưu dòng ba pha 21 B NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP .22 Bộ nghịch lưu áp cầu pha 23 Nghịch lưu áp ba pha 24 IV CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRÊN TẢI 25 Điều chỉnh biên độ điện áp chiều chỉnh lưu có điều khiển băm xung 25 Điều chỉnh thời gian đóng ngắt van để thay độ rộng xung .26 Điều biến độ rộng xung (PWM) 26 KẾT LUẬN: .28 CHƯƠNG III 29 MỘT SỐ BIẾN TẦN THƯỜNG GẶP 29 I BIẾN TẦN M420 CỦA SIMENS 29 Các thông số kỹ thuật 29 Sơ đồ đấu dây 31 Mạch điều khiển .31 SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử Các tham số thông dụng 34 Báo lỗi 40 Lựa chọn 50 II BIẾN TẦN F7 CỦA HÃNG YASKAWA 50 III BIẾN TẦN DANFOSS 82 3.1 chọn biến tần 82 3.2 ý : .82 3.3 Dữ liệu động (Motor Data) 82 3.4 Các thông số nhiệt độ, độ ẩm, môi trường lắp đặt .83 3.5 Lắp đặt 83 3.6 Sơ đồ nối dây 83 3.7 Bản điều khiển thiết lập thông số 89 III KẾT LUẬN 90 CHƯƠNG IV 92 ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 92 I ỨNG DỤNG BIẾN TẦN .92 1.1 Về ứng dụng 92 1.2 Ưu và nhược điểm sử dụng biến tần 92 II CÁCH LỰA CHỌN BIẾN TẦN VÀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 92 2.1 Cách lựa chọn biến tần 92 * Về mặt kinh tế: Tùy vào túi tiền nhà đầu tư mà ta chọn sản phẩm hãng danh tiếng hỗ trợ đầy đủ chế độ bảo hành, chăm sóc khách hàng hay sản phẩm giá rẻ đáp ứng toán kỹ thuật ( biến tần chỉ đắt ở phần điều khiển ) 2.2 Ứng dụng biến tần tiết kiệm lượng 93 KẾT LUẬN: .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử LỜI NÓI ĐẦU Đối với sinh viên, sau thời gian học tập nghiên cứu ghế nhà trường mang nặng công lao dạy dỗ Thầy Cô tận tụy với công việc, hết lòng với sinh viên – hệ làm chủ tương lai, làm chủ khoa học kỹ thuật công nghệ Là sinh viên lớp Điện-Điện Tử K52- khoa Cơ Điện – Trường Đại Học Mỏ Địa Chất sau năm học tập sự chỉ bảo nhiệt tình tất thầy cô giáo, công trình lớn nhất chúng em đạt là: “đồ án tốt nghiệp”! Đó khơng chỉ nỗ lực thân mà sự giảng dạy tận tình Thầy Cô Bộ môn đặc biệt thầy giáo Th.s Cung Quang Khang – Người trực tiếp hướng dẫn em hồn thành cơng trình mình Lúc em khơng biết nói gì hơn, Em xin chân thành cảm ơn thầy! Và cuối em xin chúc thầy luôn mạnh khỏe thành công công việc cũng sống để đào tạo lớp sinh viên tài phục vụ cho đất nước! SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA, ỨNG DỤNG I TỔNG QUAN CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN Định nghĩa Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện), dùng để biến đổi thông số điện điện áp, dòng điện, tần số, số pha Phân loại máy điện và ứng dụng Máy điện có nhiều loại có nhiều cách phân loại khác Ở ta phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau : a Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, sự biến đổi từ thông cuộn dây khơng có sự chủn động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện máy biến áp biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác b Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng) Máy điện quay làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ từ trường dòng điện cuộn dây gây Loại máy dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện) Quá trình biến đổi lượng có tính thuận nghịch nghĩa máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện động điện Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: Hình 1.1 phân loại máy điện II ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Động khơng đồng (KĐB) máy điện xoay chiều, có tốc độ rơto khác tốc độ stato Từ trường quay có thể pha, pha pha, tuỳ thuộc vào cấu tạo dây quấn ở stato pha, pha pha Theo cấu tạo dây quấn rôto, động khơng đồng chia làm loại: SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử Rôto lồng sóc rơto dây q́n, động khơng đồng roto lồng sóc có cấu tạo đơn giản, vận hành bảo quản dễ dàng, độ tin cậy cao, giá thành rẻ, nên ứng dụng rộng rãi thực tế Động không đồng rôto dây quấn có cấu tạo phức tạp vận hành bảo quản khó hơn, độ tin cậy hơn, giá thành cao có ưu điểm có thể đưa điện trở phụ ở ngồi vào để cải thiện tính mở máy điều chỉnh tốc độ sử dụng cho nơi có nhu cầu cao mở máy điều chỉnh tốc độ mà động lồng sóc khơng đáp ứng A Cấu tạo và nguyên lý động KĐB pha Cấu tạo 1.1 Phần tĩnh (stato) Stato bao gồm vỏ, lõi sắt dây quấn - Vỏ máy: vỏ có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thân vỏ máy làm gang Đối với máy có cơng śt tương đối lớn thường dùng tấm kim loại làm thành vỏ - Lõi sắt: lõi sắt phần dẫn từ làm từ thép kỹ thuật + Mỗi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dòng điện máy gây nên + Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành khối, lõi sắt dài thì ghép thành thếp ngắn, thếp từ - cm đặt cách 1cm để thơng gió cho tốt, mặt thép có sẻ rãnh để đặt dây quấn - Dây quấn: dây quấn stato đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt 1.2 Phần quay (rơto) Có phận chính: lõi sắt dây quấn - Lõi sắt: lõi sắt làm từ thép kỹ thuật, lõi sắt ép trực tiếp trục động đặt lên giá rôto động cơ, phía ngồi thép có sẻ rãnh để đặt dây quấn - Dây quấn roto: gồm loại rôto kiểu dây quấn loại rôto kiểu lồng sóc + Loại rơto kiểu dây q́n: Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Trong động cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu song song lớp vì bớt dây đầu nối; kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Dây quấn pha rơto thường đấu hình cịn ba đầu đặt vào ba rãnh trượt thường làm đồng đặt cố định ở đầu trục thơng qua chổi than có thể đấu với mạch bên ngồi Đặc biệt rơto kiểu dây q́n có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch điện rôto để cải thiện hệ số công suất máy máy làm việc bình thường Dây quấn rôto nối ngắn mạch + Loại rôto kiểu lồng sóc: kết cấu loại dây quấn rất khác với dây quấn stato, rãnh lõi sắt rôto đặt vào dẫn đồng hay nhôm nối tắt lại ở hai đầu Dây quấn rôto lồng sóc khơng cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính mở máy máy cơng śt lớn, rãnh rơto có thể làm thành dạng rãnh sâu làm thành hai rãnh lồng sóc kín máy có công suất nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo góc so với tâm trục 1.3 Khe hở khơng Vì rơto khối trịn nên khe hở đều, khe hở động không đồng rất nhỏ (từ 0,2 1mm) để hạn chế dòng điện từ hố lấy từ lưới lên có thể làm cho hệ số công suất máy cao Nguyên lý làm việc động KĐB pha SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử * Nguyên lý làm việc Động không đồng làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Khi đặt điện áp pha vào dây quấn pha đặt đối xứng lõi thép stato Xuất từ trường quay (giả thiết chiều kim đồng hồ ) phần cảm quay qua dây dẫn phần ứng thì cuộn dây (hay thanh) phần ứng xuất sức điện động (s_đ_đ ) cảm ứng Nếu mạch phần ứng nối kín thì có dịng điện cảm ứng sinh (chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải) Từ trường quay lại tác dụng vào dịng cảm ứng này, lực từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo mô men làm quay phần cảm theo chiều quay tư trường quay Hình 1.2 Nguyên lý làm việc động KĐB pha Tốc độ quay phần cảm nhỏ tốc độ quay từ trường quay Nếu phần cảm quay với tốc độ tốc độ từ trường thì từ trường không quay qua dây dẫn phần cảm nên sức điện động cảm ứng dòng điện cảm ứng khơng cịn Do mơmen cản phần cảm quay chậm lại sau từ trường dây dẫn phần cảm lại bị từ trường quay qua, dòng điện cảm ứng lại x́t mơmen quay lẫn phần cảm tiếp tục quay theo từ trường với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Tốc độ từ trường quay ω0 (rad/s) hay n0 (vòng/phút) thì tốc độ quay phần cảm ω hay n nhỏ ω < ω0, n < n0 sai lệch tương đối hai tốc độ gọi độ trượt s s = (ω0 - ω )/ω0 ω = ω0(1-s) hay n = n0 (1-s ) với ω = (2 π n)/60; ω0 =(2 πn0)/60 =( πf1)/p f1 - tần số lưới Tốc độ ω0 (rad/s) hay n0 (vịng/phút) tốc độ lớn nhất mà rơto có thể đạt khơng có lực cản Tốc độ gọi tốc độ không tải lý tưởng hay tốc độ đồng Ở chế động ≤ s ≤ Dòng điện cảm ứng cuộn dây phần ứng ở roto cũng dòng xoay chiều với tần số xác định bởi tốc độ tương đối rôto với từ trường quay f2 = [p(n0- n )]/60 * Giản đồ thay động KĐB đặc tinh động KĐB a Sơ đồ SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử Hình 1.3 giản đồ thay thế động KĐB Uf1: trị số hiệu dụng điện áp pha stato Ι1, Ιμ, Ι2: dòng điện stato, từ hố, dịng rơto quy đổi stato X1, Xμ, X2: điện kháng tải stato, mạch từ hoá, điện kháng rôto quy đổi stato R1, Rμ, R2: điện trở cuộn dây stato, mạch từ hố, rơto quy đổi stato b Đặc tinh Phương trình quan hệ mômen quay tốc độ động KĐB: 3U1 ph R , M= ,   R2    X nm  S0  RR1  S    Với Xnm=X1+X2 điện trở ngắn mạch, ta có: tốc độ trượt tới hạn tính theo cơng thức: R2 Sth=  , R 21  X nm mô men tới hạn: M th =  3U f  20 R1  R 21 X nm  Dấu (+)ứng với trường hợp động KĐB làm việc ở chế độ động cơ, dấu ( - ) ở chế độ máy phát B Các phương pháp mở máy động KĐB Điều kiện mở máy là: Mmm>Mco ( mômen cán ban đầu trục máy) Khi mở máy Imm = (5 7)Iđm Vì lúc có nhiều động mở máy thì dịng điện tổng từ lưới vào xí nghiệp lớn  Mđmc giảm Thời gian mở máy t m lớn  aptomat tổng bị tác động  mất điện toàn xí nghiệp  ta phải tìm cách giảm dịng mở máy Tùy theo tính chất tải tình hình lưới điện mà yêu cầu mở máy loại động điện khác Nói chung mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: - Phải có mơmen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dòng điện mở máy nhỏ tốt - Phương pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn - Tổn hao công suất trình mở máy thấp tốt Mở máy động KĐB rơto lồng sóc a Mở máy trực tiếp Đóng trực tiếp động vào lưới điện nhờ cầu dao Đây phương pháp mở máy đơn giản nhất lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy lớn, thời gian mở máy tải thì có thể làm cho máy nóng ảnh hưởng đến điện áp lưới Nếu nguồn điện tương đối lớn thì nên dùng phương pháp mở máy vì mở máy nhanh, đơn giản Phương pháp chỉ dùng động có cơng śt nhỏ cơng suất động vô nhỏ so với công suất lưới điện SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử Hình 1.4 Mở máy trực tiếp b Mở máy phương pháp hạ điện áp Mục đích phương pháp giảm dòng điện mở máy đồng thời mômen mở máy cũng giảm xuống Do tải u cầu có mơmen mở máy lớn thì phương pháp không dùng Tuy vậy, thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phương pháp rất thích hợp Ví dụ như: quạt gió, máy bơm … Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato Khi mở máy cách đóng cầu giao D1 nhả D2 mạch điện stato đặt nối tiếp điện kháng, kết thúc khởi động ta đóng D thì điện kháng bị ngắn mạch Có thể điều chỉnh trị số mà điện kháng để có dịng điện mở máy cần thiết Hình 1.5 Hạ áp mở máy điện kháng Do có sự sụt áp điện kháng nên điện áp đặt vào động ( U k, ) giảm nhỏ điện áp lưới U L Gọi dịng điện mở máy mơmen mở máy trực tiếp I k Mk Khi hạ điện áp mở máy tham số máy điện không đổi sau thêm điện kháng vào: - Dòng điện mở máy lại I ,k : I ,k = k.Ik - Điện áp đầu cực động điện là: U ,k = k.Uk - Mômen mở máy là: M k, = k.Mk Trong k < Ưu điểm: - Thiết bị bảo vệ đơn giản - Dịng điện mở máy có thể điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu - Phương pháp dùng cho động công suất hạ áp cao áp Nhược điểm: - Khi giảm dòng điện khởi động xuống thì mômen mở máy giảm bình phương lần SV: Đồn Đình Tùng GVHD : Ths Cung Quang Khang Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: kỹ thuật điện-điện tử Dùng điện áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy Hình 1.6 Hạ điện áp máy biến áp tự ngẫu Trong sơ đồ: T biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động Sau mở máy xong thì ta cắt T cách đóng cầu giao D2 mở D3 Gọi tỉ số biến đổi điện áp biến áp tự ngẫu kT (kT