* Các thành phần chính bộ thí nghiệm:
- 1 Khối lọc sóng công suất 16 kW ( Active interface module) - 1 Khối điều khiển CU320_DP (Control Unit)
- 1 Khối chỉnh lưu công suất 16kW - 1 Khối nghịch lưu điều khiển 1 động cơ
- 1 biến tần PM340 được điều khiển bằng khối CU320_2_DP thông qua khối CUA31 gắn trên biến tần này.
- Dây cáp dữ liệu DRIVER-CliQ. - Một động cơ không đồng bộ 2.2kW - Một động cơ đồng bộ 2.1 kW
- Encoder mỗi chiếc gắn trên một động cơ :
+ Encoder gắn trên động cơ đồng bộ : Absolute encoder 2048 S/R, 4096 Revolutions, multi-turn, with EnDat interface.
+ Encoder gắn trên động cơ không đồng bộ : Siemens 1XP8001 rotaty incremental encoder.
- Hai khối SMC(Sensor Module Cabinet) nhận tín hiệu từ hai encoder và sang chuẩn DRIVER-CliQ:
+ SMC 30: kết nối với encoder trên động cơ không đồng bộ. + SMC20: kết nối với encoder trên động cơ đồng bộ.
- Các aptomat đóng cắt :
+ Atomat AT1: đóng cắt nguồn 3 pha cấp vào bộ thí nghiệm.
+ Atomat AT2: đóng cắt nguồn 1 pha được trích ra từ lưới điện 3 pha để chuyển thành nguồn 24Vdc nuôi thiết bị điện tử.
+ Atomat AT3: đóng cắt nguồn 3 pha cấp cho biến tần PM 340.
+ Attomat AT4: đóng cắt nguồn một chiều từ chỉnh lưu đến khối nghịch lưu.
- Bộ Vol kế và Ampe kế đo điện áp và dòng điện đầu vào.
- Hai động cơ được nối cứng trục với nhau để tạo nên hệ máy phát-động cơ.
* Sơ đồ ghép nối thiết bị:
Dựa vào sơ đồ kết nối thiết bị phần cứng đã nêu ở chương 3, cùng với việc quan sát thực tế bộ thí nghiệm hệ thống S120 em đã tiến hành kiểm nghiệm và vẽ sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển chi tiết như hình 4.1.
Chú thích :
- Dây màu xanh da trời : Dây cáp DRIVER-CliQ - Dây màu tím : Đường dây DC BUS
- Dây màu xanh lá : Đường dây +24VDC
45
46
4.2 Cài đặt vận hành bộ thí nghiệm
Lập project
Đầu tiên, ta thiết lập kết nối phần mềm trên PC với khối CU320_DP như trong mục 3.3.2 đã hướng dẫn. Sau đó ta tiến hành lập project online như sau :
Bước 1: Gọi Wirazd tạo project mới
- Từ menu “project” ta chọn “new with wizard”.
Hình 4.2 Khởi tạo project mới
- Cửa sổ “project wizard” mới hiện ra ta bấm chọn “Find drive unit online”.
Hình 4.3 Cửa sổ “project wizard”
Bước 2: Nhập thông tin cho project
- Mục “Project name”: nhập tên của project. - Mục “Author”: nhập tên tác giả (tùy ý).
- Mục “Storage location” : nhập địa chỉ lưu project trên ổ cứng máy tính. - Mục “ Conmment” : nhập các ghi chú (tùy ý).
47
Bước 3: Chọn giao diện kết nối
- Giao diện kết nối đã được thiết lập ở trên, nên ở bước này bạn có thể bỏ qua nó. Bạn cũng có thể chọn lại giao diện khi cần thay đổi.
Hình 4.5 Chọn giao diện kết nối
Bước 4: Chọn hệ điều khiển
- Ở chế độ online phần mềm Starter có thể nhận dạng hệ điều khiển một cách tự động
- Ta bấm nút “refresh new” để kiểm tra lại hệ điều khiển được kết nối với máy tính.
Hình 4.6 Nhận dạng khối điều khiển
Bước 5: Hoàn thành tạo project
- Cuối cùng, các thông tin ta đã nhập vào được hiển thị trong mục summary. Bấm complete để hoàn thành việc tạo project mới.
- Sau khi tạo project mới, ta ấn vào biểu tượng kết nối trên thanh công cụ hoặc chọn danh mục lệnh “project > Connect to selected target devices”.
48 - Khi cửa sổ “Target Device Selection” hiện ra , ta chọn khối điều khiển
muốn kết nối và thực hiện thiết lập thông số hệ thống.
Hình 4.8 Cửa sổ “Target Device Selection”
Thiết lập cài đặt hệ thống
* Khôi phục cấu hình nhà máy và chức năng cấu hình tự động:
Khi lập một project mới, trước khi thiết lập thông số ta cần khôi phục cấu hình nhà máy để đưa các thông số trong bộ nhớ ROM của khối điều khiển về mặc định. Sau khi khôi phục cấu hình nhà máy ta mới có thể sử dụng chức năng cấu hình tự động.
Ta thực hiện như sau :
- Chọn đối tượng điều khiển S120_CU320_2_DP với nút chuột phải và chọn “Target device > Restore factory settings”.
Hình 4.9 Thao tác khôi phục cấu hình nhà máy
- Xác nhận bằng nút “OK”
- Các thiết lập mới được tự động chuyển đến thẻ nhớ khối điều khiển khi sử dụng chức năng “ Copy RAM to ROM”.
Sau khi khôi phục cấu hình nhà máy, ta sẽ sử dụng chức năng cấu hình tự động để phần mềm Starter tự động nhận dạng thêm các khối chỉnh lưu, khối nghịch
49 lưu và modul cảm biến đi cùng được kết nối cáp dữ liệu Driver-CLiQ với khối điều khiển CU320_DP đang được kết nối với máy tính. Chức năng này cho phép ta tiết kiệm thời gian thêm, tránh sai sót khi chèn các khối chức năng bằng tay bằng phần mềm. Ngoài ra, việc cấu hình tự động giảm thao tác cài đặt các thông số mặc định của hệ thống điều mà việc cài đặt thủ công lại tốn khá nhiều thời gian, nên người sử dụng chỉ cần quan tâm đến việc cài đặt tham số điều khiển, giới hạn tham số, chức năng vào ra và bảo vệ hệ thống,…Để thực hiện chức năng này ta làm như sau :
- Trong project vừa tạo, click vào “+” trước biểu tượng đầu vào “S120_CU320_2_DP”. Danh sách các đối tượng mở ra, xem hình dưới :
Hình 4.10 Chọn chức năng cấu hình tự động
- Kích chuột vào tùy chọn “Automatic configuration” , cửa sổ
Hình 4.11 Cửa sổ “Automatic configuration”
- Nhấn vào “Configure” để tiến hành cấu hình tự động
- Với bộ thí nghiệm, ta sẽ chọn chế độ điều khiển cho cấu hình tự động là chế độ điều khiển Vector cho cả khối nghịch lưu của động cơ đồng bộ và không đồng bộ.
50
Hình 4.12 Chọn chế độ điều khiển cho động cơ
- Nhấn vào nút “Creat” và chờ đến khi xuất hiện cửa sổ với thông báo “Automatic configuration is complete” tức là đã hoàn thành việc cấu hình tự động cho bộ thí nghiệm.
* Thiết lập cài đặt khối chỉnh lưu:
Để truy cập vào danh sách tham số cài đặt của bộ chỉnh lưu : trên cây Project vừa tạo >> mở S120_CU320_2_DP >> Infeeds >> Supply_1 >> Expert list.
Hình 4.13 Tham số cài đặt bộ chỉnh lưu
Với khối nghịch lưu, khối điều khiển ta cũng có mục “Expert list” tương tự. Quay lại với khối chỉnh lưu , do bộ thí nhiệm chỉ cung cấp một modul chỉnh lưu nên ta phải vận hành chế độ chỉnh lưu thông thường để cấp nguồn DC cho khối nghịch lưu . Vì thế ta không thể vận hành hệ truyền động ở chế độ nối lưới mà chỉ vận hành hệ truyền động theo chế độ máy phát-động cơ. Cụ thể động cơ đồng bộ sẽ nối cứng trục với động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ sẽ được điều khiển để sinh momen đủ lớn để đưa động cơ không đồng bộ vào trạng thái hãm
51 tái sinh, năng lượng sinh ra do quá trình hãm này được modul nghịch lưu cấp ngược lại thành nguồn nuôi DC cho động cơ đồng bộ . Một phần nguồn DC bus này cũng đến từ modul chỉnh lưu từ lưới điện, vì thế khi có năng lượng từ hàm tái sinh động cơ KĐB thì modul chỉnh lưu làm nhiệm vụ là ổn định mức điện áp DC, từ đó dòng năng lượng phát ra từ động cơ KĐB lại được tận dụng để tạo ra nguồn cấp ngược lại cho động cơ đồng bộ mà không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn chỉnh lưu từ lưới của modul chỉnh lưu. Cài đặt chỉnh lưu có ổn định điện áp DC là chức năng mặc định của bộ “Active Line Module” và đã được cài đặt tự động theo chức năng cấu hình tự động đã nêu ở trên, vì thế ta không cần chỉnh sửa lại các tham số cài đặt của khối chỉnh lưu và chuyển sang các bước thiết lập tiếp theo.
* Thiết lập khối nghịch lưu cho động cơ không đồng bộ:
Ta tiến hành cấu hình cho khối nghịch lưu như sau : Từ thư mục chọn thư mục “Drives” >> chọn tên khối nghịch lưu >> Chọn “Configuration” >> Xuất hiện cửa sổ giao diện chọn “Configure DDS” như hình 4.14.
Hình 4.14 Cửa sổ “Configuration” khối nghịch lưu
Sau khi kích vào “configure DDS” sẽ xuất hiện lần lượt các cửa sổ ứng với chức năng khác nhau, một số thông tin trong các cửa sổ đã được điền từ trước thông qua quá trình cấu hình tự động chỉ cần kiểm tra và xác nhận.
- Cấu hình cấu trúc điều khiển : Cho phép ta chọn phương pháp điều khiển động cơ vòng hở U/f hay vòng kín kiểu vector ( speed control, torque control,…). Ta chọn kiểu “speed control (with encoder)” , tức tham số p1300 = 21.
52
Hình 4.15 Cấu hình cấu trúc điều khiển
- Cấu hình phần cứng khối nghịch lưu:
Nhập tên cho khối nghịch lưu (người dùng tự nhập)
Khoảng điện áp từ nguồn cấp DC
Cách thức làm mát
Loại module nghịch lưu ( chọn mã sản phẩm từ bảng bên dưới) Tất cả các tham số này trừ tên khối nghịch lưu đã được thiết lập sẵn khi cấu hình tự động như hình 4.16.
Hình 4.16 Cấu hình phần cứng khối nghịch lưu
- Cấu hình phần cứng bổ sung:
Bộ lọc đầu ra
Khối cảm biến điện áp Ở đây ta không có thành phần bổ sung.
53
Hình 4.17 Cấu hình phần cứng bổ sung
- Cấu hình động cơ : vì ta không có kết nối Driver-CliQ đến động cơ nên ta phải cấu hình động cơ từ đầu theo thứ tự sau.
Hình 4.18 Cấu hình tần số/điện áp kết nối động cơ
+ Nhập tên động cơ.
+ Nếu động cơ có kết nối DRIVER-CLiQ ta chọn mục “Motor with DRIVER-CLiQ interface”.
+ Nếu không có kết nối DRIVER-CliQ thì chọn “Enter motor data” để nhập thông số động cơ thủ công.
54
Hình 4.19 Cấu hình loại động cơ
+ Nhập thông số nhãn động cơ : Ta bỏ chọn 2 ô “Enter optional motor data” và “Enter optional equivalent circuit diagram data” nếu thông số động cơ không rõ ràng và để hệ thống tiến hành nhận dạng xác định chính xác sau.
Hình 4.20 Nhập thông tin nhãn động cơ KĐB
Các tham số nhãn động cơ được nhập:
Điện áp định mức: p304=400 (V)
Dòng điện định mức: p305=4.7 (A)
Công suất định mức của động cơ: p307=2.2 (kW)
Hệ số công suất định mức cosφ: p308 = 0.85
Tần số định mức của động cơ: p310 = 50 (Hz)
Tốc độ định mức của động cơ: p311= 2880 (rpm)
55 + Cấu hình phanh điện cho động cơ: Nếu sử dụng phanh thì có thể cài đặt ở mục này.
Hình 4.21 Cấu hình phanh cho động cơ KĐB
- Cấu hình Encoder : Ta có thể chọn tối đa 3 encoder trong mục này, trong bộ thí nghiệm thì encoder được sử dụng cho động cơ không đồng bộ là loại 2048,1 Vpp A/B EnDat Multiturn 4096 như hình 4.22.
Hình 4.22 Cấu hình Encoder cho động cơ KĐB
- Cấu hình một số tham số khác :
Chọn loại truyền động tiêu chuẩn Vector : tham số p500 = 0
Chọn cả chế độ nhận dạng tĩnh và động : tham số p1900 = 1
56
Hình 4.23 Chọn loại truyền động và nhận dạng động cơ
Hình 4.24 Cấu hình truyền thông
57 + Cài đặt tham số quan trọng khác theo hình 4.24 :
Giới hạn dòng: p640 = 10 (A)
Tốc độ nhỏ nhất: p1080 = 0 (rpm)
Tốc độ lớn nhất: p1082 =3000 (rpm)
Thời gian tăng tốc: p1120 = 10 (s)
Thời gian ramp-down: p1121 = 10 (s)
Thời gian ramp-down cho chế độ OFF3: p1135 = 3 (s) - Cài đặt lượng đặt tốc độ :
Muốn tạo lượng đặt tốc độ cho động cơ không bộ thì sẽ cài đặt khối chức năng “fixed setpoint” bằng cách : chọn vào thư mục “Drives” >> chọn tên khối nghịch lưu tương ứng >> kích vào “setpoint channel” >> kích vào “fixed setpoints” >> hiện ra cửa sổ cài đặt như hình 4.26.
Hình 4.26 Cửa sổ “fixed setpoints”
Ta nhập giá trị tốc độ theo 2 cấp như phần ô màu đỏ (hình 4.26) ứng với tham số:
Điểm đặt tốc độ cố định thứ nhất : p1001 = 1000 (rmp)
Điểm đặt tốc độ cố định thứ ba : p1003 = 2000 (rmp)
Các giá trị lượng đặt này sẽ là các đầu vào CI mang giá trị tốc độ đặt cho tham số p1070 (lượng đặt tốc độ chính cho động cơ). Muốn chọn được lượng đặt vào được gửi đến p1070 ta sử dụng 4 bit chọn trong ô màu xanh(hình 4.26):
Tham số p1001 được chọn khi đầu vào BI tương ứng với tham số p1020 = 1 (bit 0) , p1021 = 0 (bit 1) , p1022 = 0 (bit 2) và p1023 = 0 (bit 3).
Tham số p1003 được chọn khi đầu vào BI tương ứng với tham số p1020 = 1 (bit 0) , p1021 = 1 (bit 1) , p1022 = 0 (bit 2) và p1023 = 0 (bit 3). Các đầu vào BI có giá trị mặc định là 0 nên ở đây ta chỉ cần có 2 đầu vào điều khiển tương ứng với bit 0 và bit 1 để chọn lượng đặt tốc độ mong muốn.
* Thiết lập bộ nghịch lưu cho động cơ đồng bộ:
Trong sơ đồ bộ thí nghiệm thì động cơ đồng bộ được kết nối với bộ biến tần PM340 và kết nối với khối điều khiển CU320_2_DP thông qua một bộ control unit adapter CUA31. Bộ PM340 thực chất là một bộ biến tần tích hợp cả chỉnh lưu diode và nghịch lưu trong một thiết bị nhưng trong vận hành hệ thống này ta
58 chỉ sử dụng phần nghịch lưu và nguồn cấp DC lấy từ bộ chỉnh lưu Active Line Module quan 2 chân DCP và DCN.
Việc cấu hình cho bộ PM340 cũng được tiến hành theo các bước cấu hình cho khối nghịch lưu nhưng cần điều chỉnh tương ứng các tham số sau :
- Chế độ điều khiển : Để có thể thực hiện hãm tái sinh thì động cơ đồng bộ phải hoạt động ở chế độ điều khiển momen nên ta sẽ chọn tham số chế độ điều khiển p1300 = 22 ( chế độ điều khiển momen không dùng encoder) - Loại động cơ : Theo hình 4.18 ta phải chọn loại động cơ là “synchronous
motor” tương ứng với tham số p300 = 2.
- Chế độ nhận dạng động cơ tĩnh và động : tham số p1900 = 1. - Thông số nhãn động cơ như hình 4.26 và 4.27 :
Điện áp định mức : p304 = 315 (V) Dòng điện định mức : p305 = 4.4 (A) Công suất định mức : p307 = 2.1 (kW) Tần số định mức : p310 = 200 (Hz) Tốc độ định mức : p311 = 3000(rmp) Số cặp cực : p314 = 4 Hình 4.27 Thông số nhãn động cơ đồng bộ
59 Hình 4.28 Thông số khác động cơ đồng bộ - Các tham số quan trọng khác : Giới hạn dòng: p640 = 6.6 (A) Tốc độ nhỏ nhất: p1080 = 0 (rpm) Tốc độ lớn nhất: p1082 =3000 (rpm)
Thời gian tăng tốc: p1120 = 10 (s)
Thời gian ramp-down: p1121 = 10 (s)
Thời gian ramp-down cho chế độ OFF3: p1135 = 3 (s) - Cài đặt lượng đặt momen :
Do bộ PM340 và CUA31 không hỗ trợ đầu vào ra Analog nên ta không thể đưa được lượng đặt momen từ bên ngoài mà sẽ dùng tham số lượng đặt phần trăm để thay thế như sau :
Tham số lượng đặt đầu momen là p1503 có khoảng giá trị từ 0- 100%. Với các thiết lập thông số động cơ và bộ PM340 thì với giá trị p1503 = 100% thì lượng đặt momen là 13.37 (Nm)
Từ đó ta sẽ cấu hình đầu vào cho tham số p1503 là giá trị của tham số phần trăm đặt p2900 với giá trị khởi tạo là 30%. Như vậy lượng đặt momen tương ứng với 30% là 4 (Nm).
60
Hình 4.29 Cửa sổ “Torque Setpoint”
* Thiết lập thông số cho khối điều khiển CU320_2 DP:
Để vận hành điều khiển ta phải thiết lập chức năng cho chân đầu vào số DI trên khối điều khiển như sau :