Các luật điều khiển

Chương 1: Khái quát chung về hệ biến tần động cơ không đồng

1.3. Khái quát về hệ biến tần động cơ không đồng bộ xoay chiều

1.3.2. Các luật điều khiển

Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ là khi nối nó vào nguồn điện áp Uđm và tần số fđm thì từ thông là định mức ϕđm và mạch từ ở trạng thái bắt đầu bão hòa. Như vậy mạch từ đã phát huy hết công suất, và động cơ làm việc ở chế độ tối ưu. Sức điện động của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông ϕ1 và tần số f1 theo biểu thức:

E´1 ̇= Kϕ´1 f1 = U´1 ̇ - I´1 ̇Z1

Khi điều khiển động cơ bằng cách thay đổi tần số f1 thì từ thông có thể bị thay đổi và động cơ không đảm bảo được chế độ tối ưu nói trên. Vì vậy người ta đặt ra vấn đề tìm kiếm các luật điều khiển sao cho khi f1 thay đổi, từ thông động cơ vẫn được giữ giá trị 

= đm. Nó có thể là từ thông của stator 1 hoặc từ thông của rotor 2 hoặc từ thông tổng của mạch từ húa à.

Một số luật điều khiển:

 Luật U/f không đổi

Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở stator Z1 ta có E1 = U1, do đó:

1 = KUf11

Như vậy để giữ 1 = 1đm = const, khi điều chỉnh tần só f1 ta phải thay đổi U1 một cách tỷ lệ:

U1 = Uf đm

đm.f1

Về lý thuyết khi điều khiển theo luật Mth = U12/f12 = const, nghĩa là momen tới hạn không đổi và ta có họ đặc tính cơ.

Tuy nhiên ở các cấp tần số nhỏ cỡ dưới 10 đến 15 HZ thì ảnh hưởng điện trở R1 đáng kể làm cho điện áp U1 bị giảm nhiều hơn giá trị tỷ lệ ở, do đó momen tới hạn giảm nhiều.

Vì vậy, người ta tính toán, bổ sung U1 ở những tần số thấp theo những công thức tính toán mạch điện.

 Luật hệ số quá tải không đổi

Luật U/f nêu trên với Mth = const khi điều chỉnh tốc độ chi thích hợp nhất với phụ tải có Mc = const. Nếu căn cứ vào điều kiện về sự phù hợp giữa momen cho phép của động cơ và momen cản thì quy luật λ = const sẽ ưu việt hơn. Từ quan hệ:

Mth = A.U1

2

f12 và λ = Mth

Mc = const Ta có: Uđm

2

fđm2 Mcđm = U1

2

f1.Mc = λ = const Do đó: UU1

đm = f1

fđm√McđmMc

Trong đó Mc = f(w) – phụ thuộc vào tốc độ theo đặc tính cơ của phụ tải.

Để điều khiển bộ biến tần theo quy luật này, ta cũng lấy tín hiệu đặt tần số làm chủ đạo (Uđf ), kết hợp với hàm số Mc = f(w) = f (f1) để tạo ra tín hiệu đặt điện áp Uđu. Ưu điểm của luật này là momen tới hạn Mth thay đổi phù hợp với momen tải Mc , dạng các đặc tính cơ điều chỉnh với các loại đặc tính cơ của các phụ tải khác nhau.

Chú ý, ở các cấp tần số thấp, điện áp U1 cũng có thể bị giảm hơn nhiều. Do đó Mth cũng bị giảm đi.

Luật dòng điện tải không đổi (I0 = const): Nếu coi dòng điện không tải xấp xỉ dòng từ hóa thì giữ nó không đổi khi thay đổi tần số cũng có nghĩa duy trì từ thông tổng Φ_μ = const. Luật điều khiển này cho phép tạo ra những đặc tính cơ gần như thẳng và có momen tới hạn lớn, nhưng việc lấy tín hiệu điều khiển tỷ lệ với I0 hoặc Iμ.

Luật điều khiển dòng stator theo hàm của độ sụt tốc

Trong quá trình biến đổi và tính toán các quan hệ điện từ của động cơ không đồng bộ, người ta đã tìm ra quan hệ sau:

I1 = L12Φ2 √1+(T2.Δ w)2

- Trong đó:

+ Φ2- từ thông của rotor;

+ L12 – hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây stator và cuôn dây rotor;

+ T2 = L2/R2 – hằng số thời gian của mạch rotor;

+ Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;

Biểu thức trên cho thấy rằng, nếu giữ Φ_2 = Φ_2đm = const thì I1 phụ thuộc vào Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w.

Khi thay đổi tần số, nếu ta lấy tín hiệu sụt tốc Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w để tạo ra hàm I1(Δw =w1-w là độ sụt tốc hoặc tốc độ trượt của rotor;w), rồi điều khiển bộ biến tần đảm bảo dòng I1 theo quy luật đố thì từ thông rotor Φ2 sẽ được giữ không đổi và bằng định mức. Việc duy trì Φ_2đm = const cho phép điều khiển momen động cơ chính xác và tạo được các đặc tính điều chỉnh tốt. Hơn nữa việc điều khiển dòng điện I1 cũng được thực hiện dễ dàng, thông qua bộ biến tần, có nghịch lưu dòng, hoặc điều khiển gián tiếp qua đại lượng U1 của bộ biến tần có nghịch lưu áp

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện 2.1. Tính chọn biến tần cho động cơ

*R = Dựa vào công suất của động cơ:

- Việc lựa chọn biến tần dựa vào công suất của động cơ rất quan trọng. Nếu như không căn cứ vào công suất động cơ để lựa chọn biến tần thì có thể dẫn đến tổn thất về nhiều mặt, cụ thể như sau:

+ Nếu công suất của biến tần lớn hơn rất nhiều so với công suất của động cơ thì làm lãng phí tiền bạc vì biến tần không sử dụng hết công suất.

+ Nếu công suất của biến tần nhỏ hơn công suất của động cơ thì biến tần có thể sẽ quá

tải, làm hư hỏng biến tần.

*R = Dựa vào điện áp sử dụng của động cơ:

- Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của thiết bị thì khi đó thiết bị sẽ hoạt động khác với các thông số định mức. Dòng điện có thể tăng lên, làm động cơ bị quá tải, công suất và mô men động cơ giảm,... ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của thiết bị.

- Hoạt động của động cơ sẽ bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi điện áp. Ảnh hưởng đến quá

trình khởi động động cơ. Điện áp sẽ làm dòng động cơ tăng: quá tải, quá nhiệt. Ảnh hưởng đến quá trình vận hành động cơ do các thiết bị bảo vệ điện áp hoạt động.

- Việc động cơ điện áp thấp hay cao hơn so với điện áp định mức của động cơ đều ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của động cơ, thậm chí có thể gây hư hại bên trong động cơ, dẫn đến thiệt hại về kinh tế.

*R = Dựa vào khả năng ứng dụng cho tải:

- Như ta đã biết các cơ cấu nâng hạ điển hình như thang máy là một loại thiết bị có tính tải nặng nề, hoạt động đòi hỏi chính xác với độ an toàn cao,

- Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử đã cho phép chế tạo ra các bộ biến tần bán dẫn điều khiển động cơ không đồng bộ với rất nhiều ưu việt.

- Việc chọn biến tần cho đúng loại tải là việc làm hết sức quan trọng, nếu không chọn đúng biến tần sử dung cho tải thì quá trình làm việc không thể chính xác, mọi hoạt động không thể diễn ra một cách đồng bộ và hoàn chỉnh.

=> Chúng ta sẽ chọn biến tần có công suất và điện áp sao cho phù hợp với động cơ.

- Cụ thể ở đây theo đề bài ta có:

+ Công suất động cơ Pđc=2.2 +7= 9.7 Kw + Nguồn 220V, fđm=50hz

- Ngoài ra theo yêu cầu đề bài chúng ra cần sử dụng biến tần của hãng Mitsubishi nên ta có lựa chọn 1 số dòng biến tần phù hợp với yêu cầu đặt ra như sau:

 Biến tần FR-D720:

+ Công suất 0.1 – 15Kw

+ Điện áp 3 pha 200 – 240 V, 50/60 Hz

 Biến tần FR-D740:

+ Công suất 0.4 – 15Kw

+ Điện áp: 3 pha 380 – 480V, 50/60 Hz

 Biến tần FR-D720S:

+ Công suất: 0.1 – 2.2Kw

+ Điện áp: 1 pha 200 – 240 V, 50/60 Hz

 +Biến tần FR-F720PJ:

+ Công suất 0.4 – 15Kw

+ Điện áp 3 pha 200 – 240V, 50/60 Hz

Hình 2.1. Biến tần Mitsubishi FR-F700

Hình 2.2. Hình ảnh biến tần Mitsubishi FR-D700

- Theo những đề xuất trên thì ta có 2 sê- ri biến tần như sau:

Biến tần Sê-ri FR-D700

Đây là dòng biến tần kinh tế, thiết kế nhỏ gọn với đầy đủ tính năng tiện dụng. Có các tiêu chuẩn về dẫn động dạng nhỏ nên thích hợp trong việc tham gia vào môi trường công nghệ dẫn động tốc độ biến thiên hiện đại.

Biến tần Mitsubishi D700 là dòng biến tần mini có độ tin cậy cao, rất linh hoạt, và bảo trì dễ dàng. Thiết bị đấu dây đầu cuối dạng kẹp lò so, nâng cao độ tin cậy và dễ dàng đấu nối. Biến tần có chức năng dừng an toàn tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Châu Âu.

Biến tần Sê-ri FR-F700

Đây là dòng biến tần dùng cho ứng dụng quạt và máy bơm, hay tiết kiệm năng lượng cho các nhà máy và tòa nhà một cách toàn diện.

Biến tần đơn giản và nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, thích hợp cho cả động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

Kết luận:

Dựa theo yêu cầu thì ta sẽ có 2 biến tần FR-D720 và FR-F720PJ có công suất và điện áp phù hợp với đề bài. Nhưng theo yêu cầu về ứng dụng ta dùng thang máy nên chọn Sê- ri FR-D700 cụ thể là biến tần FR-D720 là phù hợp hơn vì thang máy là thiết bị có đặc tính tải nặng nề, hoạt động đòi hỏi chính xác với độ an toàn cao. Trong khi Sê-ri FR-F700 nhỏ gọn tiết kiệm thì dùng cho các thiết bị nhỏ nhẹ hơn như quạt và máy bơm.

Thông tin kỹ thuật Mitsubishi FR-D720

Nguồn cấp 3P 200-240VAC 50Hz/60Hz

Công suất 0.1-15Kw

Dòng điện 0.8-10A

Dải tần số 0.2-400Hz

Mô men khởi động 150% hoặc hơn tùy theo phương pháp điều khiển Khả năng quá tải 150% trong vòng 60s, 200% trong vòng 0.5s

Ngõ vào: Lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa, chọn chức năng thứ hai, bốn cấp quá tải tùy chọn, hoạt động JOG, điều khiển PID có giá trị, hoạt động luân phiên PU, V/F, PU- NET, External-NET, ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu, cài đặt lại biến tần, báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngoài khi PU hoạt động

Ngõ ra :Cảnh báo tình trạng quá tải, ngõ ra phát hiện tần số, tái tạo phanh, cảnh báo lỗi rơ le, biến tần sẵn sàng hoạt động, ngõ ra phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng,cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời, điều khiển PID kích hoạt, PID bị gián đoạn, giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ, hẹn giờ thời gian bảo trì.

Chức năng bảo vệ: Động cơ, định nghĩa lỗi, bảo vệ quá dòng khi tăng tốc, giảm tốc, dừng lại, quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt, quá nhiệt điện trở phanh, ngăn chặn sụt áp.

Chức năng chính: Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng / giảm tốc, bảo vệ nhiệt,

tăng giảm tốc độ kích thích từ tính, xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khi mất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt, mất kiểm soát, mô-men xoắn.

Truyền thông: Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU .

Thiết bị mở rộng: Bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn theo biến tần, cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encorder, lọc nhiễu, bo chức năng ngõ ra relay, bo chức năng ngõ ra analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, cuộn kháng một chiều, cuộn kháng xoay chiều, lọc nhiễu dùng cho biến tần công suất thấp, bo chức năng ngõ vào số 16 bit…