BÁO CÁO Tìm hiểu về biến tần siemens”.

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ BIẾN TẦN Biến tần Cấu tạo biến tần 2.1 Bộ chỉnh lưu 2.2 Tuyến dẫn Một chiều .4 2.3 IGBT .4 2.4 Bộ điện kháng xoay chiều .5 2.5 Bộ điện kháng chiều .6 2.6 Điện trở hãm Nguyên lý hoạt động biến tần .7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN CỦA SIEMENS 10 Ứng dụng chung 10 1.1 MM410 10 1.2 MM420 10 1.3 MM440 11 Thông số kỹ thuật .12 2.1 MM410 12 2.2 MM440 12 CHƯƠNG 3: LỢI ÍCH VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN 15 Lợi ích việc sử dụng biến tần .15 Một số lưu ý sử dụng biến tần 16 LỜI CẢM ƠN 17 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóngcủa khoa học kỹ thuật nhiều phát minh khoa học vĩ đại đời Đem lại cho người sống ấm no hạnh phúc mặt vật chất lẫn tinh thần Hoạt động người không cịn mang tính chân tay nhiều xưa mà thay vào qui trình, cơng nghệ mang tính tự động cao Trong nghiệp giáo dục nước ta mục tiêu giáo dục đào tạo người có đủ đức, đủ tài, có văn hóa, có kỹ ,kỹ xảo nghề nghiệp có thái độ ứng xử tốt phục vụ tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa - đại hóa - xây dựng nước nhà Để đạt mục đích hệ trẻ đặc biệt sinh viên phải ln chủ động tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng thành tựu khoa học mới, nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà Là sinh viên năm cuối làm thực tập tốt nghiệp hội cho em tìm hiểu thêm kiến thức thực tế ,củng cố kiến thức học, em nghiên cứu đề tài: “ Tìm hiểu biến tần siemens” Đề tài đề cập đến lĩnh vực ứng dụng phổ biến công nghiệp lại kiến thức sinh viên Đề tài em chia thành phần chính: Khái quát biến tần Tổng quan số loại biến tần siemens Lợi ích lưu ý sử dụng biến tần Vì kiến thức cịn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi sai sót, nhóm thực đề tài mong nhận ý kiến đóng góp sữa chữa quý thầy ( cô) Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ BIẾN TẦN Biến tần Biến tần thiết bị dung để chuyển đổi điện áp dòng điện xoay chiều đầu vào từ tần số thành điện áp dịng điện có tần số khác đầu Bộ biến tần thường sử dụng để điều khiển vận tốc động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo tần số lưới nguồn thay đổi thành tần số biến thiên Cấu tạo biến tần Biến tần gồm mạch chỉnh lưu, mạch chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu phần điều khiển Từ đó, ta cụ thể hóa thành phận sau: 2.1 Bộ chỉnh lưu Phần trình biến điện áp đầu vào thành đầu mong muốn cho động trình chỉnh lưu Điều đạt cách sử dụng chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng tồn phần Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với chỉnh lưu thường thấy nguồn, dịng điện xoay chiều pha chuyển đổi thành chiều Tuy nhiên, cầu đi-ốt sử dụng Biến tần cấu hình đi-ốt bổ sung phép chuyển đổi từ điện xoay chiều ba pha thành điện chiều Các đi-ốt cho phép luồng điện theo hướng, cầu đi-ốt hướng dịng electron điện từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC) Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng 2.2 Tuyến dẫn Một chiều Tuyến dẫn Một chiều giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều chỉnh lưu Một tụ điện trữ điện tích lớn, xếp chúng theo cấu hình Tuyến dẫn Một chiều làm tăng điện dung Điện áp lưu trữ sử dụng giai đoạn IGBT tạo điện cho động 2.3 IGBT Thiết bị IGBT công nhận cho hiệu suất cao chuyển mạch nhanh Trong biến tần, IGBT bật tắt theo trình tự để tạo xung với độ rộng khác từ điện áp Tuyến dẫn Một chiều trữ tụ điện Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung PWM, IGBT bật tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin áp dụng sóng mang Trong hình bên dưới, sóng hình tam giác nhiều chấm biểu thị sóng mang đường trịn biểu thị phần sóng dạng sin Nếu IGBT bật tắt điểm giao sóng dạng sin sóng mang, độ rộng xung thay đổi PWM sử dụng để tạo đầu cho động giống hệt với sóng dạng sin Tín hiệu sử dụng để điều khiển tốc độ mô-men xoắn động 2.4 Bộ điện kháng xoay chiều Bộ điện kháng dòng Xoay chiều cuộn cảm cuộn dây Cuộn cảm lưu trữ lượng từ trường tạo cuộn dây chống thay đổi dòng điện Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức nhiễu dịng xoay chiều Ngồi ra, điện kháng dịng Xoay chiều giảm mức đỉnh dịng điện lưới hay nói cách khách giảm dòng chồng Tuyến dẫn Một chiều Giảm dòng chồng Tuyến dẫn Một chiều cho phép tụ điện chạy mát sử dụng lâu Bộ điện kháng dòng Xoay chiều hoạt động hỗn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu xung gây bật tắt tải điện cảm khác ngắt mạch khởi động từ Có vài nhược điểm sử dụng điện kháng, chi phí tăng thêm, cần nhiều khơng gian pa-nen giảm hiệu suất Trong trường hợp gặp, điện kháng dịng sử dụng phía đầu Biến tần để bù cho động có điện cảm thấp, điều thường không cần thiết hiệu suất hoạt động tốt công nghệ IGBT Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng 2.5 Bộ điện kháng chiều Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời tuyến dẫn Một chiều Việc giảm tốc độ thay đổi cho phép truyền động phát cố tiềm ẩn trước xảy hỏng hóc ngắt truyền động Bộ điện kháng Một chiều thường lắp đặt chỉnh lưu tụ điện Biến tần 7,5 kW trở lên Bộ điện kháng Một chiều nhỏ rẻ Bộ điện kháng Xoay chiều Bộ điện kháng chiều giúp tượng méo sóng hài dịng chồng khơng làm hỏng tụ điện, nhiên điện kháng không cung cấp bảo vệ chống hoãn xung cho chỉnh lưu Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng 2.6 Điện trở hãm Tải có lực quán tính cao tải thẳng đứng làm tăng tốc động động cố chạy chậm dừng Hiện tượng tăng tốc động khiến động hoạt động máy phát điện Khi động tạo điện áp, điện áp quay trở lại tuyến dẫn Một chiều Lượng điện thừa cần phải xử lý cách Điện trở sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa tạo tượng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt Nếu khơng có điện trở, lần tượng tăng tốc xảy ra, truyền động ngắt lỗi áp tuyến dẫn chiều Nguyên lý hoạt động biến tần 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 Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải có giá trị 0.96 Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Sơ đồ chi tiết mạch điện biến tần Dạng sóng điện áp dịng điện đầu biến tần Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ số điện áp - tần số không đổi Tuy với tải bơm quạt, quy luật lại hàm bậc Điện áp hàm bậc tần số Điều tạo đặc tính mơ men hàm bậc hai tốc độ phù hợp với yêu cầu tải bơm/quạt thân mô men lại hàm bậc hai điện áp Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Hiệu suất chuyển đổi nguồn biến tần cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ đại Nhờ vậy, lượng tiêu thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống Ngồi ra, biến tần ngày tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác phù hợp hầu hết loại phụ tải khác Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN CỦA SIEMENS Ứng dụng chung 1.1 MM410 Dùng điều khiển cửa gara, barrie, bảng quảng cáo chuyển động linh hoạt, hệ thống máy bơm hay quạt gió, sử dụng nguồn điện có sẵn 220V 1.2 MM420 Một hệ thống băng tải, hay hệ định vị đơn giản rẻ tiền kết hợp với PLC nhiệm vụ điều khiển mà biến tần MM420 đảm nhiệm Giá thành hạ có nhiều tính khả tổ hợp linh hoạt làm cho MM420 trở thành loại biến tần phù hợp hoàn hảo với nhu cầu người dùng 10 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng 1.3 MM440 Micromaster 440 họ biến tần mạnh mẽ dòng biến tần tiêu chuẩn Khả điều khiển vector cho tốc độ Moment hay khả điều khiển vịng kín PID có sẵn đem lại độ xác tuyệt vời cho hệ thống truyền động quan trọng hệ nâng chuyển, hệ thống định vị Khơng có vậy, loạt khối Logic có sẵn lập trình tự cung cấp cho người dùng linh hoạt tối đa việc điều khiển hàng loạt thao tác cách tự động 11 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Thông số kỹ thuật 2.1 MM410 MICROMASTER MM410 dòng biến tần nhỏ chuyên điều khiển tốc độ động pha xoay chiều Công suất 120 đến 750W, điện áp 120 đến 240VAC - -  Nét bật Micromaster 410 Dễ dàng cài đặt, thiết kế chịu va chạm Dễ dàng vận hành thử máy, không yêu cầu lập trình Lập trình trước chuyên dùng cho nhà máy với pole NEMA động IEC, đầu vào số điều khiển đóng cắt biến tần: On, reversing fault reset đầu vào analog điều khiển điểm đặt tốc độ Thời gian điều khiển tín hiệu hồi lặp nhanh đầu vào số (digital), đầu rơ le, đầu vào tương tự (analog), ~ 10V DC Đèn LED hiển thị thông tin trạng thái Công nghệ IGBT với vi xử lí điều khiển số Phương pháp điều khiển: Tuyến tính V/f, bình phương V/f Đầu vào số có đầu vào phản ứng lặp lại nhanh Thời gian gia tốc/giảm tốc từ đến 650 giây Có thể điều chỉnh ramp smoothing Flying restart Bù trượt giúp việc điều khiển tốc độ tốt Tự động restart sau nguồn có lỗi Fast current limit (FCL) for trip free operation Hãm áp lực giúp dừng nhanh One skip frequency Cổng nối tiếp RS-485  Thông số kỹ thuật Điện áp vào: pha 200 ~ 240 V Tần số ngõ ra: ~ 650 Hz Ngõ vào số: (PNP) Ngõ vào tương tự: (0 ~ 10 V) Ngõ số : (rơ le 30 V DC/5 A, 250 V AC/2 A) Thích hợp dùng để điều khiển bơm, quạt, cửa máy tự động 2.2 MM440 -  Nét bật MICROMASTER 420: Thiết kế nhỏ gọn dễ lắp đặt Có nhiều cách lựa chọn truyền thông: PROBIBUS, DeviceNet, CANopen.a3 Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất lượng truyền động cao có thay đổi tải Các đầu vào linh hoạt Các phương thức cài đặt khác nhau, qua bảng điều khiển cơng cụ phần mềm miễn phí Thời gian tăng, giảm tốc cài đặt 0-650s 12 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng - dải tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động lên máy Khởi động bám biến tần nối với động quay Tích hợp bảo vệ nhiệt cho động dùng PTC/KTY  Thông số kỹ thuật: - Điện áp vào Công suất: (200V đến 240V AC ± 10% 0,12 đến 3kW) ; (200V đến 240V AC ± 10% 0,12 đến 5.5kW) ; (380V đến 480V AC ± 10% 0,37 đến 11kW); - Tần số điện vào: 47 đến 63Hz - Tần số điện ra: đến 650Hz - Hệ số công suất: 0.95 - Hiệu suất chuyển đổi: 96 đến 97% - Khả tải: Quá dòng 1.5 x dòng định mức 60 giây 300 giây - Dòng điện vào khởi động: Thấp dòng điện vào định mức - Phương pháp điều khiển: - Tần số điều chế xung: 4kHz (Tiêu chuẩn cho 400VAC pha) ; 2kHz đến 16kHz (ở (PWM) bước 2kHz) - Tần số cố định: 7, tuỳ đặt - Dải tần số nhảy: 4, tuỳ đặt - Độ phân giải điểm đặt: 10 bit analog ; 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) - Các đầu vào số: đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể chuyển đổi PNP / NPN - Các đầu vào tương tự: 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi PI (0-10V, định thang dùng đầu vào số thứ 4) - Các đầu rơ le: 1, tuỳ chọn chức 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A (tải cảm) - Các đầu tương tự: 1, tuỳ chọn chức năng; — 20mA - Cổng giao tiếp nối tiếp: RS-485, vận hành với USS protocol - Tính tương thích điện từ: Bộ biến tần với lọc EMC lắp sẵn theo EN 55 011, Class A hay Class B - Hãm: HãmDC, hãm tổ hợp - Cấp bảo vệ: IP 20 - Dải nhiệt độ làm việc: -10oC đến +40oC Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển từ dịng thơng FCC 13 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng - Nhiệt độ bảo quản: -40oC đến +70oC - Độ ẩm: 95% không đọng nước - Độ cao lắp đặt: 1000m mực nước biển - Các chức bảo vệ: Thấp áp, áp, tải, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, I2t nhiệt động cơ, nhiệt biến tần, khoá tham số PIN - Phù hợp theo tiêu Phù hợp với dẫn thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại có lọc chuẩn CE mark: cịn phù hợp với dẫn 89/336/EC - Kích thước tuỳ chọn: Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg ; A (173 x 73 x 149 ) ; B (khơng có tuỳ chọn) (202 x 149 x 172 3,3) ; C (245 x 185 x 195 5,0) 14 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng CHƯƠNG 3: LỢI ÍCH VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN Lợi ích việc sử dụng biến tần Lợi ích nhìn thấy tiết kiệm điện: hiệu suất chuyển đổi nguồn biến tần cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo cơng nghệ đại Chính vậy, lượng tiêu thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống Qua tính tốn với liệu thực tế, với chi phí thực tế với động sơ cấp khoảng 100 kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho biến tần khoảng từ tháng đến tháng Hiện Việt nam có số xí nghiệp sử dụng máy biến tần có kết rõ rệt Với giải pháp tiết kiệm lượng bên cạnh việc nâng cao tính điều khiển hệ thống, biến tần coi ứng dụng chuẩn cho hệ truyền động cho bơm quạt Nhờ tính kỹ thuật cao với cơng nghệ điều khiển đại (điều khiển tối ưu lượng) biến tần làm hài lòng nhiều nhà đầu tư nước, khu vực giới Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện: + Phụ tải có mơ mem thay đổi (điều hịa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát, ) + Động chạy non tải mà thay động phải lắp thêm biến tần - Điểm đặc biệt hệ truyền động biến tần - động bạn điều chỉnh vơ cấp tốc độ động Tức thông qua việc điều chỉnh tần số bạn điều chỉnh tốc độ động thay đổi theo ý muốn dải rộng - Sử dụng biến tần bán dẫn, có nghĩa bạn hưởng nhiều tính thơng minh, linh hoạt tự động nhận dạng động cơ; tính điều khiển thơng qua mạng; thiết lập 16 cấp tốc độ; khống chế dịng khởi động động giúp q trình khởi động êm (mềm) nâng cao độ bền kết cấu khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm khơng gian lắp đặt; chế độ tiết kiệm lượng,… - Bạn khơng cịn nỗi lo việc không làm chủ, khống chế lượng trình truyền động từ bạn kiểm sốt thơng qua chế độ bảo vệ tải, nhiệt, dòng, áp, thấp áp, lỗi pha, lệch pha,… biến tần 15 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng Một số lưu ý sử dụng biến tần - Tùy theo ứng dụng mà lựa chọn biến tần cho phù hợp, theo cách phải trả chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc - Bên biến tần linh kiện điện tử bán dẫn nên nhạy cảm với điều kiện mơi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên lựa chọn bạn phải chắn biến tần nhiệt đới hố, phù hợp với mơi trường khí hậu Việt Nam - Phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt nhiệt độ, độ ẩm, vị trí Các biến tần khơng thể làm việc ngồi trời, chúng cần lắp đặt tủ có khơng gian rộng, thơng gió tốt (tủ phải có quạt thơng gió), vị trí đặt tủ nơi khơ phịng có nhiệt độ nhỏ 50 độC, khơng có chất ăn mịn, khí gas, bụi bẩn - Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, khơng hiểu khơng chắn khơng tự ý mắc nối thay đổi tham số thiết đặt - Nhờ chuyên gia kỹ thuật hãng cung cấp biến tần hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng - Khi biến tần báo lỗi tra cứu mã lỗi tài liệu tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, khắc phục lỗi khởi động lại - Mỗi biến tần có tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết thông số thay đổi lỗi quan sát vào tài liệu này, thông tin quan trọng cho chuyên gia khắc phục cố cho 16 Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập rèn luyện suốt ba năm nay.Để có kiến thức hiểu biết ngày hôm q trình thực tập rèn luyện, nhờ giúp đỡ dạy tận tình thầy cô trường giúp đỡ nhiều người thời gian qua giúp đỡ nhóm thực đề tài hoàn thành đồ án tốt nghiệp Nay nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn! Các thầy cô trường truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian nhóm thực đề tài học trường Thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn nhóm thực đề tài hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình thực hiên đồ án, nhờ có thầy mà nhóm thực đề tài tiếp xúc, tìm hiểu kỹ lưỡng hệ thống bơm nước tự động, động cơ,PLC,biến tần,cảm biến áp suất, lĩnh vực liên quan khí chế tạo, kỹ thuật điện tử …Ngồi ra, với việc trực tiếp thực “Tìm hiểu biến tần siemens”, bảo thầy, nhóm thực đề tài có hội nắm bắt được, hiểu trình thiết kế, thi công mạch điều khiển, đấu nối PLC, biến tần… q trình mà trước nhóm thực đề tài hiểu cách mơ hồ, không nắm rõ hết Các bè bạn động viên giúp đỡ đóng góp ý kiến có ích cho nhóm thực đề tài hoàn thành đồ án tốt nghiệp 17