a. Đặc điểm của vận thăng lồng
Với yêu cầu khắt khe của hệ thống vận thăng đòi hỏi làm việc và độ ổn định cao, do đó sử dụng giải pháp hiện đại hóa và nâng cao khả năng đáp ứng và độ tin cậy cho các hệ thống vận thăng lồng bằng việc sử dụng biến tần OMRON – 3G3RX-A4550 điều khiển.
b. Nguyên lý cơ bản
Vận thăng lồng là 1 loại tải có sức ì lớn nên yêu cầu mômen khởi động lớn. Động cơ này điều khiển bới bộ biến tần được tính toán theo mômen khởi động, giúp di chuyển nhẹ nhàng, êm dịu, kết hợp phanh cơ khí và bộ hãm điều khiển của biến tần nâng cao độ bền cơ khí.
Trong giai đoạn hãm dừng động cơ, nhờ mạch hãm tái sinh với thuật toán đặc biệt, năng lượng điện tái sinh của tải được tiêu tán trên điện trở, giúp cho quá trình dừng động cơ theo ý muốn.
Biến tần OMRON – 3G3RX-A4550 với chế độ điều khiển véc-tơ có mạch vòng phản hồi tốc độ encoder giúp cho điều khiển và dừng động cơ chính xác và mômen lớn khi hoạt động ở tốc độ thấp.
Ngoài ra, với chức năng điều khiển phanh cơ khí gắn ngoài chuyên dụng có sẵn trên biến tần sẽ phối hợp điều khiển một cách nhịp nhàng và mềm mại giúp chống được sự trôi tải ở đầu chu trình khởi động và cuối chu trình hãm.
Tất cả động cơ được bảo vệ quá tải, quá dòng, quá áp, mất pha, lệch pha, bảo vệ nhiệt động cơ, nhờ các chế độ bảo vệ xử lý tức thời của biến tần.
Có thể quan sát được dòng điện, điện áp, công suất tải tiêu thụ, tốc độ quy đổi, chiều quay của động cơ, chiều cao nâng, góc nâng, tải trọng của vật, các mã lỗi... bằng màn hình hiển thị.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
24
Chương 3
LỰA CHỌN VÀ CÀI ĐẶT BỘ BIẾN TẦN 3.1. Giới thiệu chung về biến tần
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ sinh ra từ trường xoay làm quay rotor.
Để cấp cho động cơ nguồn điện có điện áp và tần số thay đổi, ta cần có một bộ biến đổi tần số chính là bộ biến tần (BBT).
Hình 3.1. Sơ đồ khối mạch lực bộ biến tần
Nguyên lý làm việc của bộ biến tần: trước tiên, biến tần chuyển đổi điện xoay chiều vào thành điện áp một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định. Tiếp theo, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện, điện áp một chiều này ở mức rất cao. Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) của viến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha. Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
25
Biến tần cho cơ cấu nâng hạ
Công suất động cơ (P1) = (P2) = (P3): 15 kW Số vòng quay động cơ (ndc): 1460 v/p
Tỉ số truyền (i): 8,27:1
Tốc độ đầu ra hộp giảm tốc (n2): 175 v/p
Mômen đầu ra định mức của động cơ (Mn): 98 Nm Mômen đầu ra định mức của hộp giảm tốc (Mp): 817 Nm Dòng định mức của biến tần (Iinverter): 112 A
Dòng định mức của động cơ (Imotor): 28 A
Hệ số lựa chọn biến tần cho cơ cấu nâng hạ: k=1,2 đến 1,5
Vận thăng lồng sử dụng 3 động cơ 15 kW mắc song song qua một biến tần nên tổng công suất của hệ thống là:
P = P1+P2+P3 = 15+15+15 = 45 kW Vậy chọn biến tần có công suất 55 kW
Mômen định mức cho động cơ 45 kW
Kiểm tra mômen định mức cho biến tần 55 kW: Mn =
= = 359,7 (Nm) Minverter = = = 479,6 (Nm) Hệ số mômen cho biến tần nâng hạ:
M = k.Mn = 1,5×3×98 = 441 (Nm) Do M < Minverter nên chọn biến tần 55kW là hợp lý.
Chọn loại biến tần
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
26
-Loại tải nhẹ: dùng cho các loại động cơ làm việc với lực nhẹ thường làm việc ở chế độ không hết tối đa công suất (làm việc ở tải ổn định) như quạt gió, máy bơm...
-Loại tải nặng: dùng cho các loại động cơ có mômen khởi động lớn, công suất hoạt động gần như tối đa, có mật độ đóng cắt nhiều hơn, tải không ổn định chuyên dùng cho nâng hạ cần có lực khởi động lớn và độ chính xác như: thang máy, vận thăng, cầu trục...
Vậy ta chọn biến tần tải nặng với công suất định mức là 55 kW
Hình 3.2. Biến tần 3G3RX-A4550 của OMRON
Các đặc tính của biến tần 3G3RX-A4550 của OMRON.
Công suất: 55 kW
Cấp điện áp: 3 pha 400 VAC Tần số điều khiển: 0,1 – 400 Hz
Phương pháp điều khiển: điều rộng xung sóng sin (V/f, vecto cảm biến hoặc máy phát xung)
Tần số sóng mang: 2-15 kHz
Chức năng bảo vệ: bảo vệ quá dòng tức thời, bảo vệ quá tải, bảo vệ quá áp, bảo vệ thấp áp, làm mát, bảo vệ nối đất....
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
27 3.3. Khảo sát biến tần 3G3RX của OMRON 3.3.1. Sơ đồ kết nối tiêu chuẩn
Hình 3.3. Sơ đồ đấu dây
Các chú thích trong ngoặc đơn chỉ các đầu kí hiệu cho 3G3RX-AE. Kết nối một đầu pha và 380VAC đến đầu cực L1 và N/L3.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
28
Theo mặc định, MA được đặt là tiếp điểm thường đóng và MB là tiếp điểm thường mở trong ngõ ra của relay (MA,MB) được chọn (C036).
Các đầu U/T1, V/T2, W/T3 là các đầu nối của động cơ 3 pha. Các tín hiệu vào từ chân S1 đến S5.
Các chân của điện trở hãm và tín hiệu đầu ra cũng được bố trí ở các chân của biến tần.
3.3.2. Nối dây cung cấp cho nguồn và động cơ.
Không được nối nguồn cung cấp khác tới R/L1, S/L2, hoặc T/L3.
Không được di chuyển thanh ngắn mạch giữa P/+2 và +1, ngoại trừ khi có một nguồn DC tùy ý được nối vào.
Hình 3.4. Sơ đồ nối đất
Để chuyển sang điều khiển lần thứ 2, gán 08 đến đầu cực ngõ vào đa chức năng và sau đó bật nó lên ON.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
29
Hình 3.5. Nối dây cung cấp cho nguồn và động cơ
3.3.3. Phương pháp điều khiển (đặc tuyến V/f).
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
30
Điện áp ngõ ra tỉ lệ với tần số ngõ ra trong đoạn từ 0 Hz đến tần số cơ bản. Còn trong đoạn từ tần số cơ bản đến tần số tối đa, điện áp không đổi
Hình 3.6. Biểu đồ điều khiển V/f – thuộc tính mômen quay cố định
Giảm thuộc tính mômen quay
Thích hợp cho quạt hay bơm nước không yêu cầu mômen quay trong tốc độ thấp. Loại này có hiệu suất cao, giảm tiếng ồn và rung động
Hình 3.7. Biểu đồ điều khiển V/f - giảm thuộc tính mômen quay
Giảm thuộc tính mômen quay đặc biệt (VP đặc biệt)
Thích hợp cho quạt hay bơm nước yêu cầu mômen quay tại tốc độ thấp. Thuộc tính VC chỉ giảm chậm trong giảm thuộc tính mômen quay
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
31
Hình 3.8. Biểu đồ điểu khiển V/f – giảm thuộc tính mômen quay đặc biệt
Thời kỳ a: Cung cấp thuộc tính mômen quay không đổi (VC) trong phạm vi từ 0 Hz tới 10% tần số cơ bản. Thí dụ nếu tần số cơ bản là 60Hz, biến tần cung cấp thuộc tính mômen quay không đổi trong phạm vi từ 0Hz - 6 Hz
Thời kỳ b: Giảm thuộc tính mômen quay trong phạm vi từ 10% - 100% của tần số cơ bản. Điện áp ngõ ra của biến tần nằm trên đường cong nguồn 1.7 của biến tần.
Thời kỳ c: Cung cấp điện áp không đổi trong phạm vi từ tần số cơ bản đến tần số tối đa.
3.4. Các chức năng giám sát
3.4.1. Giới hạn quá tải/cảnh báo quá tải.
a. Giới hạn quá tải.
Chức năng này giúp ngăn chặn và ngắt quá dòng điện nhanh chóng trong khi tốc độ hoạt động không đổi hoặc tăng tốc.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
32
Bảng 3.1. Bảng chức năng giới hạn quá tải
Để chuyển chế độ điều khiển lần thứ 2, gán giá trị 08 đến đầu cực ngõ vào đa chức năng và sau đó bật nó lên ON.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
33
Biến tần giám sát dòng động cơ trong suốt thời gian hoạt động tăng tốc hay tốc độ không đổi. Nếu nó đến mức giới hạn quá tải thì ngõ ra biến tần sẽ tự động giảm xuống đến thông số giới hạn quá tải.
Mức giới hạn quá tải đặt giá trị dòng điện cho chức năng này để hoạt động. Khi chức năng này hoạt động, thời gian tăng tốc trở nên dài hơn thời gian đặt.
Với thông số đặt giới hạn quá tải quá thấp, ngắt quá áp có thể xảy ra để phục hồi năng lượng từ động cơ. Với chức năng này thì quá trình giảm tốc bằng quá trình tăng tốc.
Thực hiện điều chỉnh sau nếu chức năng này hoạt động trước khi các tần số đạt giá trị xác định khi tăng tốc:
Tăng thời gian tăng tốc. Tăng mômen quay.
Tăng mức giới hạn quá tải. Dùng biến tần cao cấp hơn
Hình 3.9. Hoạt động của giới hạn quá tải
Chúng ta có thể thay đổi mức cài đặt trong việc chọn điểm giới hạn quá tải: Chọn 00 giá trị đặt của b022 và *b222 được cung cấp đến mức giới hạn quá tải.
Chọn 01 ngõ vào điện áp trương tự khởi động giữa FV và FC và 10V ở đây phù hợp với 150% của loại dòng điện.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
34
b. Cảnh báo quá tải:
Nếu tải quá lớn, chức năng này cảnh báo dấu hiệu quá tải ngõ ra, sau đó chúng tai có thể đọc mức quá tải này. Điều này giúp ngăn cản hư hại cơ khí lúc quá tải trên băng tải, hay dừng một phạm vi hoạt động do ngắt quá tải của biến tần.
Gán 03 (OL) đến đầu cực của ngõ ra đa chức năng P1 (hay đầu cực ngõ ra relay).
Hình 3.10. Hoạt động của tín hiệu cảnh báo quá tải (OL)
3.4.2. Chức năng dừng khi quá áp
Chức năng này ngăn ngừa và ngắt khi quá áp để phục hồi năng lượng từ động cơ trong khi giảm tốc độ. Chú ý rằng thời gian giảm tốc có thể dài hơn giá trị đặt. Nếu điện áp DC vượt quá giá trị đặt, biến tần ngừng giảm tốc độ. Chức năng này giống như là chức năng dùng khi quá điện áp, được mô tả trong b055 và b056. Tuy nhiên chức năng này có khác biệt về thuộc tính lúc giảm tốc độ và chúng ta có thể lựa chọn chức năng này cho hệ thống của chúng ta.
Bảng 3.2. Chức năng dừng khi quá áp
Tham số Chức năng Dữ liệu Măc định Đơn
vị b130 Ngừng khi quá áp 00: mất tác dụng 01: có tác dụng 00 - b131 Cài đặt mức ngừng khi quá áp Loại 200V: 300 đến 395 Loại 400V: 660 đến 790 380/760 V Chọn lựa mất tác dụng hay có tác dụng chức năng dừng khi quá điện áp trong b130.
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
35
Đặt lại chức năng mức dừng khi quá điện áp trong b131.
Điện áp DC của mạch chính tăng lên bởi vì sự phục hồi năng lượng từ động cơ mỗi khi bắt đầu giảm tốc độ. Với chức năng ngừng khi quá áp đặt là có tác dụng (b130: 01), biến tần sẽ ngừng giảm tốc độ mổi lần điện áp DC của mạch chính được tìm thấy mức dừng khi quá áp, nó sẽ chậm hơn mức quá điện áp. Tốc độ giảm sau đó bắt đầu lại nếu mức điện áp giảm xuống dưới mức dừng khi quá điện áp.
Với chức năng ngừng khi quá áp đặt có tác dụng (b130: 01), thì thời gian giảm tốc độ có thể lớn hơn giá trị đặt (F003/F203).
Chức năng này không có mục đích giữ cho mức điện áp DC của mạch chính không đổi. Ngắt khi quá áp có thể xảy ra nếu điện áp DC của mạch chính tăng lên.
Hình 3.11. Biểu đồ ngừng khi quá áp
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
36
Chức năng này ngăn chặn quá dòng điện bởi vì dòng điện tăng lên khi tốc độ tăng nhanh. Chọn có tác dụng hay mất tác dụng chức năng ngăn chặn quá dòng điện trong b140.
Chức năng này không hoạt động trong thời gian giảm tốc độ. Bảng 3.3. Chức năng ngăn chặn quá dòng điện Tham số Chức năng Dữ liệu Mặc định Đơn vị b140 Ngăn chặn quá dòng 00: mất tác dụng 01: có tác dụng 01 -
Hình 3.12. Biểu đồ ngăn chặn khi quá dòng
3.5. Chức năng các ngõ điều khiển. 3.5.1. Thông số kỹ thuật các ngõ điều khiển 3.5.1. Thông số kỹ thuật các ngõ điều khiển
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
37
Bảng 3.4. Tổng hợp các ngõ điều khiển Ký
hiệu Tên và chức năng Mặc định
Đặc điểm kỹ thuật Tín hiệu ngõ vào PSC
Cung cấp đầu cực nguồn bên ngoài cho tín hiệu ngõ vào (input) tại bộ nhận logic.
Cung cấp đầu cực ngõ ra nguồn bên trong cho tín hiệu ngõ vào (output) tại nguồn logic - 24VDC±10% 30mA max 24VDC±10% 100mA max S1
Đầu dây ngõ vào đa chức năng S1 tới S5. Chọn 5 chức năng trong số 31 chức năng và gán chúng đến từ đầu dây S1 tới S5. Những đầu dây gán thì tự động thay đổi khi sử dụng chức năng dừng khẩn cấp. Thuận/dừng Contắc ngõ vào Đóng: ON (start) Mở: OFF (stop) Thời gian ON min là 12ms S2 Nghịch/dừng S3 Reset lỗi S4 Lỗi dừng khẩn cấp S5 Đa cấp tốc độ chuẩn 1 SC Tín hiệu ngõ vào thông thường -
Tín hiệu giám sát
AM Giám sát tần số analog/ giám sát dòng điện ngõ ra analog
Giám sát tần số analog
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần 38 Tần số chuẩn ngõ vào
FS Cung cấp nguồn tần số chuẩn - 10VDC
10mA max
FV Tín hiệu mẫu tần số điện áp -
0-10VDC
Trở kháng ngõ vào 10kΩ
Khi cài đặt biến trở tại FS, FV và FC (1-2kΩ)
FI Tín hiệu mẫu tần số dòng điện -
4-20 mA DC Trở kháng ngõ vào 250Ω
FC Tần số chuẩn thông thường -
Tín hiệu
ngõ ra
P1
Đầu cực ngõ ra đa chức năng chọn trạng thái của biến tần và gán nó đến đầu cực P1 Tín hiệu tần số đạt được tại tốc độ không đổi 27 VDC 50mA max
PC Tín hiệu ngõ ra thông thường -
Tín hiệu ngõ ra relay MA Loại contắc.
250V AC 2.0A (điện trở tải) 100VAC min 0,2A (điện cảm tải) 10mA
30V DC 3.0A (điện trở tải) 5VDC 0,6A (điện cảm tải) 100mA Hoạt động thông thường: MA-MC đóng
Hoạt động không bình thường hay tắt nguồn: MA-MC mở MB
Chương 3: Lựa chọn và cài đặt bộ biến tần
39 3.5.2. Chức năng của các ngõ điều khiển
Bảng 3.5. Tổng hợp các ngõ điều khiển Ngõ chức
năng Ký hiệu Tên Chức năng và phương pháp kết nối Cỡ dây Con tắc ngõ vào S1 S2 S3 S4 S5 Ngõ vào đa chức năng
Chọn chức năng và gán chúng tới ngõ vào S1 tới S5. Hình vẽ minh họa: Vỏ bọc dây từ 0,14– 0,75 mm2, đề nghị cỡ dây 0,75mm2 Nguồn cung cấp P24 Cài đặt sẵn 24VDC Ngõ ra 24 VDC SC Ngõ vào thông
thường Tín hiệu ngõ vào thông thường