Nghiên cứu ứng dụng biến tần ACS355 của hãng ABB dùng cho khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ ba pha lồng sóc

LỜI NĨI ĐẦU Trong ngành cơng nghiệp, động điện không đồng đƣợc sử dụng phổ biến tính chất đơn giản tin cậy thiết kế chế tạo sử dụng Tuy nhiên sử dụng động không đồng sản xuất đặc biệt với động có cơng suất lớn ta cần ý tới trình khởi động động khởi động rô to trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dịng điện khởi động mơmen khởi động lớn, khơng có biện pháp khởi động thích hợp khơng khởi động đƣợc động gây nguy hiểm cho thiết bị khác hệ thống điện Vấn đề khởi động động điện không đồng đƣợc nghiên cứu từ lâu với biện pháp hồn thiện để giảm dịng điện mơmen khởi động Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đƣợc giao nhiệm vụ nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng biến tần ACS355 hãng ABB dùng cho khởi động điều chỉnh tốc độ động dị ba pha lồng sóc” giáo Thạc Sĩ Đỗ Thị Hồng Lý Kỹ Sƣ Đinh Thế Nam hƣớng dẫn thực Bản đồ án tốt nghiệp bao gồm ba chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu động không đồng ba pha phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động Chƣơng : Giới thiệu chung biến tần Chƣơng : Thi công kết nối biến tần ABB ACS355 với động dị ba pha lồng sóc CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ BA PHA VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG Loại máy điện quay đơn giản loại máy điện không đồng (dị bộ) Máy điện dị loại pha, hai pha ba pha Căn vào cách thực rô to, ngƣời ta phân biệt hai loại: loại rô to ngắn mạch loại rô to dây quấn Cuộn dây rô to dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo nguyên lý cuộn dây dòng xoay chiều Cuộn dây rô to ngắn mạch gồm lồng nhôm đặt rãnh mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh 1.2 CẤU TẠO Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rơ to) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí a Stato b Rơto Cuộn dây stato Hình 1.1 Cấu tạo động khơng đồng 1.2.1 Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện 1.2.1.1 Mạch từ: Mạch từ stato đƣợc ghép thép điện có chiều dày khoảng (0,3-0,5) mm, đƣợc cách điện hai mặt để chống dòng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đƣợc đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rô to không đƣợc Mạch từ đƣợc đặt vỏ máy.Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép đƣợc chia thành phần đƣợc ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy đƣợc 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 1.2.1.2 Mạch điện: Mạch điện cuộn dây máy điện 1.2.2 Cấu tạo rô to 1.2.2.1 Mạch từ: Giống nhƣ 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 đƣợc gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đƣợc đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rơ to cịn đƣợc đục rãnh thơng gió dọc thân rơ to 1.2.2.2 Mạch điện: Mạch điện rô to đƣợc chia thành hai loại: loại rơ to lồng sóc loại rơ to dây quấn Loại rơ to lồng sóc (ngắn mạch): Mạch điện loại rô to đƣợc làm nhôm đồng thau Nếu làm nhơm đƣợc đúc trực tiếp rãnh rô to, hai đầu đƣợc đúc hai vịng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rơ to ngắn mạch Nếu làm đồng đƣợc làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu đƣợc gắn với hai 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 khơng phải thực cách điện dây dẫn lõi thép Loại rô to dây quấn: Mạch điện loại rô to thƣờng đƣợc làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống nhƣ thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trƣớc Cuộn dây rơto dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện ba pha, ba đầu cuối đƣợc nối với máy điện, ba đầu lại đƣợc dẫn gắn vào ba vành trƣợt đặt trục rơto, tiếp điểm nối với mạch 1.2.3 Nguyên lý hoạt động Động làm việc dựa vào định luật luật điện từ F tác dụng lên dẫn có chiều dài l có dịng điện I nằm từ trƣờng có từ cảm B Chiều độ lớn lực F đƣợc xác định theo tích véc tơ F=i.l.B Đó định luật động biến đổi điện thành Khi động đƣợc cấp điện, dòng điện dây quấn stato sinh lõi sắt stato từ trƣờng quay với tốc độ đồng n1 60 f1 p (1-1) (f1 tần số dòng điện lƣới đƣa vào, p số đôi cực máy) Khi từ trƣờng quét qua dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi sắt roto cảm ứng dẫn sức điện động dịng điện Từ thơng dịng điện sinh hợp với từ thông stato tạo thành từ thơng tổng khe hở Dịng điện dẫn roto tác dụng với từ thông khe hở sinh mơmen Tác dụng làm cho roto quay với vận tốc không đồng n (n < n1) Để phạm vi tốc độ động ngƣời ta dùng hệ số trƣợt s, theo định nghĩa hệ số trƣợt bằng: s n1 - n n1 (1-2) Nhƣ bắt đầu mở máy n = nên s = 1, n n1 độ trƣợt s = 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3.1 Khởi động trực tiếp Khởi động trình đƣa động trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức Khởi động trực tiếp, đóng động vào lƣới khơng qua thiết bị phụ Việc cấp điện áp định mức cho stato động dị rơ to lồng sóc động dị ro to dây quấn nhƣng cuộn dây rô to nối tắt, rô to chƣa kịp quay, thực chất động làm việc chế độ ngắn mạch Dịng động lớn, gấp dòng định mức từ đến lần Tuy dịng khởi động lớn nhƣ nhƣng mơ men khởi động lại nhỏ hệ số công suất cos (cos 0 nhỏ = 0,1- 0,2), mặt khác khởi động, từ thông bị giảm điện áp giảm làm cho mơ men khởi động nhỏ Dịng khởi động lớn gây hậu sau: - Nhiệt độ máy tăng tổn hao lớn, nhiệt lƣợng toả máy nhiều (đặc biệt máy có cơng suất lớn máy thƣờng xun phải khởi động) Vì sổ tay kỹ thuật sử dụng máy cho số lần khởi động tối đa, điều kiện khởi động - Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lƣới điện lớn, gây trở ngại cho phụ tải làm việc với lƣới điện Vì lý khởi động trực tiếp áp dụng cho động có cơng suất nhỏ so với công suất nguồn, khởi động nhẹ (mômen cản trục động nhỏ) Khi khởi động nặng ngƣời ta không dùng phƣơng pháp 1.3.2 Khởi động gián tiếp 1.3.2.1 Khởi động động dị rô to dây quấn Với động dị rơ to dây quấn để giảm dịng khởi động ta đƣa thêm điện trở phụ vào mạch rô to Lúc dịng ngắn mạch có dạng: I ngm U1 (R1 ' R2 Rp )2 ( X1 (1-3) ' X )2 Việc đƣa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta đựoc kết quả: làm giảm dịng khởi động nhƣng lại làm tăng mơmen khởi động Bằng cách chọn điện trở Rp ta đạt đƣợc mô men khởi động giá trị mô men cực đại a) b) Hình 1.2 Khởi động dị rô to dây quấn a) Sơ đồ b) Đặc tính Khi khởi động, tồn điện trở khởi động đƣợc đƣa vào rô to, với tăng tốc độ rô to, ta cắt dần điện trở khởi động khỏi rô to để tốc độ đạt giá trị định mức, điện trở khởi động đƣợc cắt hết khỏi rô to, rô to rô to ngắn mạch Phƣơng pháp sử dụng cho động rô to dây quấn điện trở ngồi mắc nối tiếp với cuộn dây rô to 1.3.2 Khởi động động dị rô to ngắn mạch Với động rô to ngắn mạch đƣa điện trở vào mạch rô to nhƣ động dị rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta thực biện pháp sau: Ngƣời ta dùng phƣơng pháp sau để giảm điện áp khởi động: dùng cuộn kháng, dùng biến áp tự ngẫu thực đổi nối sao-tam giác * Phƣơng pháp sử dụng cuộn kháng Hình 1.3 Khởi động động khơng đồng cuộn kháng Khi khởi động mạch điện stato đặt nối tiếp điện kháng Sau khởi động xong cách đóng cầu dao D2 điện kháng bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số điện kháng đƣợc dòng điện khởi động cần thiết Do điện áp sụt điện kháng nên điện áp khởi động đầu cực động điện U‟ nhỏ điện áp lƣới U1 Gọi dòng điện khởi động mômen khởi động khởi động trực tiếp Ik Mk , sau thêm điện kháng vào dòng điện khởi động lại I‟k = k.Ik kf3) 38 - Có thể kết nối với thiết bị ngoại vi nhƣ PLC, encoder để điều khiển, giám sát tốc độ chiều quay động - Có khả đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác - Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động lúc (dệt, băng tải) - Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài) Ứng dụng biến tần để điều khiển động đƣợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp đặc biệt hệ thống bơm, hệ thống quạt, động quán tính lớn, băng chuyền Các doanh nghiệp tiết kiệm điện lớn tăng tuổi thọ động sử dụng biến tần 39 KẾT LUẬN Sau thời gian dài tìm hiểu tài liệu thực đề tài “Nghiên cứu ứng dụng biến tần ACS355 hãng ABB dùng cho khởi động điều chỉnh tốc độ động dị ba pha lồng sóc” giúp em có nhìn tổng quan biến tần xây dựng thành cơng mơ hình điều khiển động dị ba pha lồng sóc thơng qua biến tần ACS355 Đồng thời giúp em củng cố lại kiến thức máy điện, trang bị điện, điện tử công suất…đã học suốt thời gian vừa qua Đề tài hồn thành với cơng việc đƣợc tác giả thực : - Giới thiệu phƣơng pháp khởi động động - Giới thiệu nguyên lý cấu tạo biến tần, phân loại biến tần - Thực kết nối biến tần để khởi động điều chỉnh tốc độ động Đây đề tài mang tính ứng dụng cao phù hợp với yêu cầu khai thác công nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tới cô giáo Th.S Đỗ Thị Hồng Lý KS Đinh Thế Nam ngƣời trực tiếp tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện giúp em hoàn thành đồ án Em xin cám ơn thây cô giáo khoa điện, bạn sinh viên lớp ĐCL501 giúp đỡ em học tập năm qua Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 25 tháng năm 2013 Sinh viên thực Lê Văn Cƣờng 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh(2005), Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng Nguyễn Phùng Quang(1996), Điều khiển truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất giáo dục Tài liệu kỹ thuật biến tần ACS355, hãng ABB http:// WWW Google.com.vn http:// WWW lib.hpu.edu.vn.vn 41 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ BA PHA VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1.2 CẤU TẠO 1.2.1 Cấu tạo stato 1.2.1.1 Mạch từ 1.2.1.2 Mạch điện 1.2.2 Cấu tạo rô to 1.2.2.1 Mạch từ 1.2.2.2 Mạch điện 1.2.3 Nguyên lý hoạt động 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3.1 Khởi động trực tiếp 1.3.2 Khởi động gián tiếp 1.3.2.1 Khởi động động dị rô to dây quấn 1.3.2 Khởi động động dị rô to ngắn mạch 1.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ 12 1.4.1 Điều chỉnh động dị cách thay đổi tần số nguồn 13 1.4.2 Phƣơng pháp điều chỉnh U/f = const 14 1.4.3 Chọn phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ 17 CHƢƠNG 2.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BIẾN TẦN 18 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 18 2.2 PHÂN LOẠI BIẾN TẦN 20 2.2.1 Biến tần trực tiếp 20 42 2.2.2 Biến tần gián tiếp 22 2.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TẦN 25 2.3.1 Cấu trúc biến tần 25 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 25 CHƢƠNG 3.THIẾT KẾ BẢNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BIẾN TẦN ABB ACS355 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DỊ BỘ RƠ TO LỒNG SĨC 27 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HÃNG ABB TẠI VIỆT NAM 27 3.2 BIẾN TẦN ABB ACS355 28 3.2.1 Các tính bật 29 3.2.2 Thông số kỹ thuật 29 3.2.3 Các đầu vào 29 3.3 CẤP NGUỒN CHO BIẾN TẦN VÀ ĐỘNG CƠ 31 3.4 KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ DỊ BỘ RÔTO LỒNG SĨC THƠNG QUA BIẾN TẦN ACS355 32 3.4.1 Cài đặt thông số cho biến tần 32 3.4.2 khởi động dừng mềm động 32 3.4.3 Điều khiển động chế độ cục biến tần 32 3.4.4 Điều khiển động chế độ kiểm soát từ xa biến tần 33 3.4.4.1 Ứng dụng standard macros điều khiển động 35 3.5 KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ 37 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 411 43 ... thọ động sử dụng biến tần 39 KẾT LUẬN Sau thời gian dài tìm hiểu tài liệu thực đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng biến tần ACS355 hãng ABB dùng cho khởi động điều chỉnh tốc độ động dị ba pha lồng sóc? ??... sử dụng biến tần ABB ACS355 điều khiển động pha rô to lồng sóc Trên mơ hình em sử dụng chốt cắm, switch để kết nối điều khiển động Sau cấp nguồn cho biến tần động cơ, động đƣợc khởi động điều. .. đầu vào 29 3.3 CẤP NGUỒN CHO BIẾN TẦN VÀ ĐỘNG CƠ 31 3.4 KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ DỊ BỘ RÔTO LỒNG SĨC THƠNG QUA BIẾN TẦN ACS355 32 3.4.1 Cài đặt thông số cho biến tần